Система дуговой защиты с возможностью срабатывания по токовому сигналу

Системы электроснабжения и автоматизации

В классическом понимании дуговая защита в России – это быстродействующая защита от коротких замыканий, основанная на регистрации спектра света открытой электрической дуги в КРУ, наиболее распространён метод регистрации спектра света посредством волоконно-оптических датчиков, применяется в основном в промышленном секторе, но с появлением новых продуктов в области дуговой защиты в жилом секторе, а именно модульных AFDD, работающих по токовому сигналу, позволяющих установить дуговую защиту на отходящих линиях, включая распределительные коробки, кабели, соединения, розетки и т.д., интерес к этой теме возрастает.
AFDD Schneider Electric
Однако про подробное и детальное устройство модульных изделий производители не очень-то распространяются (если же кто-то обладает такой информацией, буду только рад ссылкам на источники такой информации), другое дело системы дуговой защиты для промышленного сектора, с детальным руководством пользователя на 122 страницы, где подробнейшим образом излагается принцип действия.
Рассмотрим для примера систему дуговой защиты VAMP 321 от Schneider Electric, которая включает в себя все функции защиты от дуги, такие как токовая перегрузка и контроль наличия дуги.
Система дуговой защиты Vamp
Функциональная блок схема для Vamp 321

Функционал

Контроль тока в трёх фазах.
Ток нулевой последовательности.
Журналы событий, запись аварийных режимов.
Срабатывание либо одновременно по току и свету, либо только по свету, либо только по току.
Время срабатывания выхода с механическим реле менее 7 мс, с опциональной IGBT картой время срабатывания сокращается до 1 мс.
Настраиваемые зоны срабатывания.
Непрерывная система самоконтроля.
Устройство может быть использовано в различных системах дуговой защиты распределительных сетей низкого и среднего напряжения.
Система обнаружения вспышек дуги и дуговой защиты измеряет ток короткого замыкания и сигнал через каналы датчика дуги и в случае возникновения замыкания минимизирует время горения, быстро отключая подачу тока, питающего дугу.

Принцип корреляции матриц

При задании условий активации конкретной ступени дуговой защиты, к выходам матриц света и тока применяется логическое суммирование.
Если ступень защиты выбрана только в одной матрице, она работает либо по токовому условию, либо по световому, таким образом можно настроить систему на работу только по токовому сигналу.

Сигналы, доступные для контроля при программировании ступеней защиты:

Токи в фазах.
Ток нулевой последовательности.
Линейные напряжения.
Фазные напряжения.
Напряжение нулевой последовательности.
Частота.
Сумма фазных токов.
Ток прямой последовательности.
Ток обратной последовательности.
Относительное значение тока обратной последовательности.
Отношение токов обратной и нулевой последовательностей.
Напряжение прямой последовательности.
Напряжение обратной последовательности.
Относительное значение напряжения обратной последовательности.
Среднее значение тока в фазах (IL1+IL2+IL3)/3.
Среднее значение напряжения UL1,UL2,UL3.
Среднее значение напряжения U12,U23,U32.
Коэффициент нелинейных искажений IL1.
Коэффициент нелинейных искажений IL2.
Коэффициент нелинейных искажений IL3.
Коэффициент нелинейных искажений Ua.
Среднеквадратичное значение IL1.
Среднеквадратичное значение IL2.
Среднеквадратичное значение IL3.
Минимальное значение IL1,IL2,IL3.
Максимальное значение IL1,IL2,IL3.
Минимальное значение U12,U23,U32.
Максимальное значение U12,U23,U32.
Минимальное значение UL1,UL2,UL3.
Максимальное значение UL1,UL2,UL3.
Фоновое значение Uo.
Среднеквадратичное значение Iо.

Запись аварийных режимов

Запись аварийных режимов может быть использована для сохранения всех сигналов измерения (токи, напряжения, информация о состояниях цифровых входов и выходов). Цифровые входы также включают в себя сигналы дуговой защиты.

Запуск записи

Запись может быть запущена запуском или срабатыванием любой ступени защиты или любым цифровым входом. Сигнал запуска выбирается в матрице выходных сигналов (вертикальный сигнал DR). Также запись может быть запущена вручную.

Самоконтроль

Энергонезависимая память устройства реализована с использованием конденсатора большой ёмкости и оперативной памяти с низким энергопотреблением.
Когда дополнительный источник питания включён, конденсатор и оперативная память питаются от внутреннего источника. Когда источник питания отключен, оперативная память начинает получать питание от конденсатора. Она будет сохранять информацию до тех пор, пока конденсатор способен поддерживать допустимное напряжение. Для помещения с температурой +25С время работы составит 7 дней (высокая влажность снижает этот параметр).
Энергонезависимая оперативная память служит для хранения записей об аварийных режимах и журнала событий.
Функции микроконтроллера и целостность связанных с ним проводов на ряду с исправностью программного обеспечения, контролируются отдельной сетью самоконтроля. Кроме контроля, данная сеть пробует перезагрузить микроконтроллер в случае неисправности. Если перезагрузка не удалась, устройство самоконтроля подаёт сигнал на начало индикации о постоянном внутреннем повреждении.
В случае, если устройство самоконтроля обнаруживает постоянное повреждение, оно блокирует другие выходные реле (кроме выходного реле функции самоконтроля и выходных реле, используемых дуговой защитой).
Также контролируется внутренний источник питания. В случае отсутствия дополнительного питания, автоматически поступает сигнал о тревоге. Это означает, что выходное реле внутреннего повреждения находится под напряжением, если дополнительный источник питания включен и не обнаружено внутренних повреждений.
Осуществляется контроль центрального блока, устройств ввода/вывода и датчиков.

Измерения, используемые функцией дуговой защиты

Измерения тока в трёх фазах и тока замыкания на землю для дуговой защиты осуществляется электроникой. Электроника сравнивает уровни тока со значениями уставок срабатывания и выдаёт двоичные сигналы “I>>” или “Io>>” для функции дуговой защиты в случае превышения предела. В расчёт принимаются все составляющие токов.
Сигналы “I>>” и “Io>>” связаны с чипом FPGA, который осуществляет функцию дуговой защиты. Точность измерения для дуговой защиты составляет +/- 15% на 50Гц.

Гармоники и общая несинусоидальность (THD)

Устройство вычисляет THD как процент от токов и напряжений на основной частоте.
Учитываются гармоники от 2ой до 15ой для фазных токов и напряжений. (17я гармоника будет частично учтена в значении 15ой гармоники. Это происходит из-за принципов цифрового измерения.)

Режимы измерения напряжения

В зависимости от типа применения и имеющихся трансформаторов тока, устройство может быть подключено либо к напряжению нулевой последовательности, линейному или фазному напряжению. Настраиваемый параметр “Режим измерения напряжения” должен быть установлен в соответствии с используемым соединением.

Доступные режимы:

“U0”

Устройство подключено к напряжению нулевой последовательности. Доступна направленная защита от замыкания на землю. Измерение линейного напряжения, измерение энергии и защиты по повышению и понижению напряжения не доступны.

“1LL”

Устройство подключено к линейному напряжению. Доступно измерение напряжения в одной фазе и защиты по понижению и повышению напряжения. Направленная защита от замыкания на землю не доступна.

“1LN”

Устройство подключено к одному фазному напряжению. Доступно измерения напряжения в одной фазе. В сетях с глухозаземлённой и компенсированной нейтралью доступны защиты по понижению и повышению напряжения. Направленная защита от замыкания на землю не доступна.

Симметричные составляющие

В трёхфазной системе, напряжения и токи могут быть разложены на симметричные состовляющие, согласно Фортескью.

Симметричными составляющими являются:

Прямая последовательность.
Обратная последовательность.
Нулевая последовательность.

Контролируемые объекты

Данное устройство позволяет контролировать до шести объектов, таких как выключатель, разъединитель или заземляющий нож. Контроль может осуществляться по принципу “выбор-действие” или “прямой контроль”.

Логические функции

Устройство поддерживает программную логику пользователя для логических выражений сигналов.

Доступными функциями являются:

И.
ИЛИ.
Исключающее ИЛИ.
НЕ.
COUNTERs.
RS & D flip-flops.