POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Sieci i Automatyki Zabezpieczeniowej
Przedmiot: Pomiary i Automatyka w Elektroenergetyce Ćwiczenie nr: 3 Temat: Zabezpieczenia nadprądowe w terminalu polowym CZIP.
Rok akademicki: 2013/2014 Kierunek: Elektrotechnika Studia stacjonarne Rok studiów: 3 Semestr: 6 Nr grupy: UiIE
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się system cyfrowych zabezpieczeń – CZIP oraz badanie jego zabezpieczenia nadprądowego.

1. Informacje na temat urządzenia

System CZIP jest przeznaczony dla wszystkich pól rozdzielni średniego napięcia - szczególnie energetyki zawodowej, w sieciach o dowolnym sposobie uziemienia punktu zerowego co powoduje, że również bardzo dobrze nadaje się do rozdzielni przemysłowych. System realizuje wszystkie funkcje dotychczasowych układów automatyki elektroenergetycznej pól SN i umożliwia realizacje nowych zadań wynikających z aktualnych potrzeb eksploatacyjnych sieci. Bardzo istotną cechą zespołów typu CZIP jest ich zdolność do łatwej współpracy z dyspozytorskimi systemami kontroli i nadzoru pracy sieci elektroenergetycznej. Wszystkie zespoły realizują pomiary i udostępniają je na zewnątrz w formie podawania na wyświetlaczu, do programu MONITOR lub systemu nadrzędnego. Zespoły CZIP współpracują pomiędzy sobą realizując pewne funkcje logiczne, automatyki i zabezpieczenia ogólnostacyjne, w tym zabezpieczenie szyn zbiorczych i lokalną rezerwę wyłącznikową. W tych celach nie korzysta się z transmisji łączem komputerowym. Cyfrowo przesyłane są natomiast sygnały dyspozytorskie, raporty, wyniki pomiarów i żądane komunikaty. Transmisja do nadrzędnego systemu komputerowego odbywa się szeregowo, asynchronicznie i w obu kierunkach.

Do podstawowych zadań zespołów CZIP należą:

• realizacja kryteriów automatyki zabezpieczeniowej danego pola,

• pomiar prądów i napięć w obwodach wtórnych pola rozdzielni,

• obliczanie wartości mocy i energii przepływających pierwotnymi obwodami pola,

• określanie i przekazywanie do systemu nadrzędnego stanu łączników pola,

• sterowanie wyłącznikiem pola,

• realizacja funkcji telemechaniki,

• komunikacja z komputerowym systemem nadzoru (np. EX, SYNDIS) w oparciu o protokół DNP 3.0, bezpośrednio lub poprzez własny koncentrator CZIP-NET,

• samokontrola pracy poszczególnych elementów zespołu CZIP,

• sporządzanie raportów w wewnętrznej pamięci - odpowiednik rejestratora zdarzeń,

• rejestracja przebiegów podczas wybranych stanów sieci, w tym również zakłóceniowych - rejestrator zakłóceń,

• sygnalizacja optyczna za pomocą diod świecących umieszczonych na płycie czołowej urządzenia,

• sterowanie przekaźnikami programowalnymi,

• współpraca z komputerem umożliwiającym wygodną obsługę programową w zakresie zmiany nastaw, programowania sygnalizacji i przekaźników, określania stanów wejść i wyjść, przeglądania zdarzeń, obserwowania wyników pomiarów.

1. Schemat układu pomiarowego

1. Wyniki pomiarów i obliczeń

Badanie charakterystyki nr.1 o parametrach:

• t_z1 = 2, 5 s

• t_z2 = 1 s

• t_b = 0, 1 s

• I >   = 1 A

• I ≫   = 6 A

I [A]	tsek [s]	trap [s]	tteor [s]	Δ [s]	δ [%]
	1	2	3	Śr.	1
1,1	2,483	2,480	2,484	2,482	2,456
2	2,209	2,205	2,206	2,207	2,187
3	1,914	1,918	1,918	1,917	1,888
4	1,626	1,628	1,628	1,627	1,604
5	1,343	1,336	1,340	1,340	1,324
5,5	1,196	1,195	1,196	1,196	1,177
5,75	1,118	1,120	1,119	1,119	1,098
6	1,047	1,046	1,046	1,046	1,025
6,5	0,116	0,107	0,109	0,111	0,096
7	0,113	0,110	0,110	0,111	0,078
8	0,107	0,112	0,109	0,109	0,077

Obliczenie czasu t_teor = a • I + b

Jak można zauważyć równanie jest funkcją liniową. W pierwszej kolejności należy wyznaczyć współczynnik kierunkowy a oraz wyraz wolny b.

$$\left\{ \begin{matrix} t_{z1} = a \bullet I_{>} + b \\ t_{z2} = a \bullet I_{\gg} + b \\ \end{matrix} \right.\ $$

$$\left\{ \begin{matrix} 5 = a \bullet 2 + b \\ 1,40 = a \bullet 5 + b \\ \end{matrix} \right.\ $$

$$\left\{ \begin{matrix} a = - 1,2 \\ b = 7,4 \\ \end{matrix} \right.\ $$

Ostatecznie więc wzór ma postać:

t_teor = −1, 2I + 7, 4

Przykładowe obliczenia dla I = 2 A

=t_sr − t_teor = 2, 207 − 2, 200 = ±0, 007 s

$$\delta = \frac{}{t_{\text{teor}}} \bullet 100\% = \frac{\pm 0,007}{2,200} \bullet 100\% = \pm 0,3\%$$

Wykonane charakterystyki:

• Zrzut z programu MONITOR:

• Charakterystyka wykonana w arkuszu kalkulacyjnym

Czerwona linia jest odzwierciedleniem nastawy z programu

Badanie charakterystyki nr.2 o parametrach:

• t_z1 = 1 s

• t_z2 = t_b = 0, 2 s

• I >   = 1 A

• I ≫   = 6 A

I [A]	tsek [s]	trap [s]	tteor [s]	Δ [s]	δ [%]
	1	2	3	Śr.	1
1,1	0,979	0,981	0,985	0,982	0,957
2	0,844	0,845	0,844	0,844	0,823
3	0,694	0,691	0,691	0,692	0,672
4	0,538	0,535	0,539	0,537	0,518
5	0,389	0,387	0,386	0,387	0,369
5,5	0,309	0,313	0,310	0,311	0,291
5,75	0,272	0,269	0,273	0,271	0,250
6	0,198	0,197	0,197	0,197	0,163
6,5	0,197	0,198	0,197	0,197	0,189
7	0,198	0,195	0,197	0,197	0,191
8	0,198	0,198	0,195	0,197	0,189

Obliczenie czasu t_teor = a • I + b

Jak można zauważyć równanie jest funkcją liniową. W pierwszej kolejności należy wyznaczyć współczynnik kierunkowy a oraz wyraz wolny b.

$$\left\{ \begin{matrix} t_{z1} = a \bullet I > + b \\ t_{z2} = a \bullet I \gg + b \\ \end{matrix} \right.\ $$

$$\left\{ \begin{matrix} 1 = a \bullet 1 + b \\ 0,2 = a \bullet 6 + b \\ \end{matrix} \right.\ $$

$$\left\{ \begin{matrix} a = - 0,16 \\ b = 1,16 \\ \end{matrix} \right.\ $$

Ostatecznie więc wzór ma postać:

t_teor = −0, 16I + 1, 16

Przykładowe obliczenia dla I = 5, 5 A

=t_sr − t_teor = 0, 311 − 0, 280 = ±0, 031 s

$$\delta = \frac{}{t_{\text{teor}}} \bullet 100\% = \frac{\pm 0,031}{0,280} \bullet 100\% = \pm 11\%$$

Wykonane charakterystyki:

• Zrzut z programu MONITOR:

• Charakterystyka wykonana w arkuszu kalkulacyjnym

Czerwona linia jest odzwierciedleniem nastawy z programu

1. Wnioski

System CZIP jest przeznaczony do pracy w rozdzielniach średniego napięcia – w sieciach o dowolnym sposobie uziemiania punktu zerowego co powoduje, że bardzo dobrze nadaje się do pracy w rozdzielniach przemysłowych. W szczególności w energetyce zawodowej.

Badanym terminalem polowym na zajęciach laboratoryjnych był model CZIP 1. Za pomocą programu Monitor zadawaliśmy odpowiednią wartość nastaw prądów I_> i I_≫ oraz czasów t_z1,t_z2 i t_b. Jako t_sr został przyjęty czas z sekundomierza, który zawiera czas własny zadziałania zabezpieczenia, a co za tym idzie rzeczywisty czas zadziałania.

Charakterystyki nieznacznie odbiegają od przewidywanego przebiegu teoretycznego, najczęściej w okolicy prądu I = 6 A. Może być to spowodowane losowym włączaniem się zabezpieczeń zwłocznego i bezzwłocznego w obszarze przejścia pomiędzy nimi, tzn. jest to koniec wartości przy jakiej powinno zadziałać zabezpieczenie zwłoczne, a początek zadziałania zabezpieczenia bezzwłocznego. Jednak dla tak małych wartości czasu możemy uznać to za błąd pomiarowy, ponieważ nie ma to większego znaczenia dla pracy systemu CZIP. Dlatego można przyjąć za słuszne stwierdzenie, że system pracował poprawnie w roli zabezpieczenia nadprądowego.