Dispositivi di protezione relè basati su microprocessore: panoramica delle possibilità e questioni controverse

Circa 15 anni fa, le nuove apparecchiature di protezione delle apparecchiature elettriche che utilizzano la tecnologia informatica basata su processore hanno iniziato ad essere ampiamente introdotte nel settore energetico. Venne chiamato il termine abbreviato MPD - dispositivi di protezione relè basati su microprocessore.

Svolgono le funzioni di dispositivi ordinari per la protezione e l'automazione dei relè basati su una nuova base di elementi: microcontrollori (elementi a microprocessore).

Vantaggi dei dispositivi di protezione dei relè a microprocessore

Il rifiuto dei relè elettromeccanici e statici, che hanno dimensioni significative, ha reso possibile un posizionamento più compatto delle apparecchiature su relè di protezione e quadri automatici. Tali progetti hanno iniziato a occupare molto meno spazio. Allo stesso tempo, il controllo tramite pulsanti a sfioramento e il display è diventato più visivo e conveniente.

La vista esterna del quadro, compresa la protezione del relè a microprocessore, è mostrata in figura.Ora l'introduzione di MPD è diventata una delle direzioni principali nello sviluppo di dispositivi di protezione relè. Ciò è facilitato dal fatto che oltre al compito principale di protezione e automazione dei relè, ovvero l'eliminazione delle modalità di emergenza, le nuove tecnologie consentono di implementare una serie di funzioni aggiuntive.

Loro includono:

• registrazione delle condizioni di emergenza;

• prevedere la disconnessione degli utenti sincroni in caso di violazioni della stabilità del sistema;

• capacità di accorciare le lunghe distanze.

L'implementazione di tali funzionalità basate sulla protezione elettromeccanica di EMI e dispositivi analogici non viene eseguita a causa di difficoltà tecniche.

I sistemi di protezione relè basati su microprocessore funzionano esattamente secondo gli stessi principi di velocità, selettività, sensibilità e affidabilità dei dispositivi di protezione relè convenzionali.

Durante il funzionamento sono stati rivelati non solo i vantaggi, ma anche gli svantaggi di tali dispositivi e, secondo alcuni indicatori, sono ancora in corso controversie tra produttori e operatori.

Quadri RZA dotati di protezione a microprocessore

svantaggi

Molti acquirenti di dispositivi di protezione relè basati su microprocessore sono rimasti insoddisfatti delle prestazioni di questi sistemi a causa di:

• alto prezzo;

• bassa manutenzione.

Se in caso di guasto di dispositivi funzionanti su base semiconduttrice o elettromeccanica è sufficiente sostituire una singola parte difettosa, allora per la protezione del microprocessore è spesso necessario sostituire l'intera scheda madre, il cui costo può essere un terzo del costo di l'intera attrezzatura.

Inoltre, la sostituzione richiederà molto tempo per cercare una parte: l'intercambiabilità in tali dispositivi è completamente assente anche in molti dello stesso tipo di design dello stesso produttore.

I relè elettromeccanici funzionano con successo da oltre 35 anni

Problemi controversi

1. Elevata affidabilità dei dispositivi di protezione del relè a microprocessore rispetto alla protezione elettromeccanica

I produttori di dispositivi a microprocessore con pubblicità sottolineano l'assenza di parti mobili nel sistema, che è correlata all'esclusione delle condizioni di usura meccanica. Vengono inoltre aggiunti qui i problemi della corrosione dei metalli e dell'invecchiamento dell'isolamento nelle strutture elettromeccaniche e basate su semiconduttori.

L'esperienza con il funzionamento della protezione elettromeccanica è già di circa un secolo e mezzo e la maggior parte delle imprese energetiche in Russia e dei partner della CSI lavorano su questa base. Molti relè sono alimentati da diversi decenni e il sistema sviluppato di manutenzione e funzionamento consente di garantirne l'utilizzo per un tempo piuttosto lungo.

Infatti, difetti di isolamento e corrosione possono verificarsi solo in due casi:

• violazione della tecnologia di produzione;

• deviazione dalle regole di funzionamento e manutenzione.

Se consideriamo il problema dell'usura meccanica delle parti in movimento, allora va tenuto presente che vengono attivati ​​​​solo durante i controlli da parte del personale effettuati dopo diversi anni (presi in considerazione dal momento dell'operazione) o in incidenti che si verificano molto raramente.

Allo stesso tempo nei dispositivi a microprocessore per la protezione dei relè:

• la maggior parte dei componenti monitora costantemente il circuito elettrico e scambia segnali tra loro;

• gli elementi degli ingressi elettrici sono costantemente esposti ad un'alta tensione di 220 volt, nonché a impulsi e valori di picco dei processi transitori;

• le unità di potenza del circuito a impulsi ad alta velocità funzionano senza interruzioni con il rilascio di calore e costituiscono la quota principale dei guasti MPD.

2. L'affidabilità dei relè è aumentata gradualmente dai progetti elettromeccanici ai progetti di semiconduttori basati su componenti discreti, quindi ai circuiti integrati e al più alto tra i dispositivi a microprocessore

Le statistiche mostrano una maggiore affidabilità dei relè elettromeccanici rispetto agli analoghi a semiconduttore nell'uso quotidiano. L'immagine opposta si osserva solo quando i cicli di commutazione vengono aumentati a diverse centinaia di migliaia o milioni.

I circuiti integrati impiegano un numero molto maggiore di elementi elettronici che sono meno resistenti alle sovratensioni rispetto ai relè a stato solido. Ciò è particolarmente vero in caso di esposizione all'elettricità statica e al rumore elettromagnetico, che sono costantemente presenti nelle apparecchiature ad alta tensione.

Le statistiche sui guasti dei dispositivi di protezione del relè del microprocessore delle aziende giapponesi confutano il mito della massima affidabilità della protezione del microprocessore. Inoltre, questo non include i "guasti del software", che spesso non possono essere rilevati durante le ispezioni, ma possono verificarsi in qualsiasi momento.

3. L'affidabilità dei dispositivi di protezione del relè del microprocessore è migliorata dall'autodiagnostica integrata

Le difese basate su microprocessore includono:

• convertitori analogico-digitali;

• memoria (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSORE;

• Alimentazione elettrica;

• relè elettromagnetici di uscita;

• nodi di ingressi analogici e digitali.

Composizione dei blocchi di protezione del relè del microprocessore

Tutti questi componenti sono coperti in modi diversi da algoritmi di autodiagnosi e non sempre sono completamente controllati.

Il controllo interno ha lo scopo di segnalare e bloccare l'intervento del relè di protezione in caso di guasto nel suo circuito, non nella rete elettrica dell'azienda elettrica. Pertanto, non aumenta l'affidabilità del sistema di alimentazione.

4. L'affidabilità dei dispositivi di protezione relè basati su microprocessore è maggiore perché i suoi componenti sono più resistenti all'invecchiamento fisico

Con un corretto funzionamento, i relè di protezione elettromagnetica introdotti in URSS negli anni '70 funzionano ancora perfettamente e hanno mantenuto le loro caratteristiche tecniche.

I condensatori elettrolitici anche delle migliori aziende giapponesi, che fanno parte della protezione dei relè, dopo 7 anni di funzionamento negli alimentatori a commutazione perdono le loro proprietà, tenuta e creano perdite di elettrolita che possono corrodere le piste di rame dei circuiti stampati.

Statistiche sui danni MPD delle società giapponesi

I produttori di dispositivi a microprocessore hanno visto il desiderio di ridurre le dimensioni dei componenti elettronici creando modalità con una maggiore dissipazione del calore che devono essere rimosse dal sistema di raffreddamento, cosa che non sempre avviene.

Difficoltà sul lavoro

1. Compatibilità elettromagnetica

La microelettronica moderna è molto sensibile alle radiazioni elettromagnetiche e nelle sottostazioni che operano in condizioni di maggiore intensità del campo elettrico sono installati gruppi di dispositivi di protezione a relè a microprocessore, che richiedono una protezione schermata affidabile con potenziale accumulato a terra.

In molte sottostazioni, la resistenza del circuito di terra non soddisfa i requisiti per il funzionamento dei dispositivi di protezione dei relè a microprocessore, il che implica una grande quantità di lavori di costruzione. In caso contrario, tali protezioni possono portare a operazioni non autorizzate in caso di disturbi elettromagnetici nel sistema, che possono essere facilmente creati intenzionalmente, come attacchi di hacker contro il software.

2. Attività da completare

Il guasto di una protezione a microprocessore porta a conseguenze più gravi per l'elettricità rispetto al guasto della protezione elettromagnetica, perché funzionalmente il dispositivo di protezione del relè a microprocessore svolge i compiti di 3 ÷ 5 protezione elettromagnetica.

3. Formazione del personale

Un numero enorme di aziende nel mondo con un fatturato di oltre miliardi di dollari è impegnato nella produzione di dispositivi a microprocessore per la protezione dei relè. Solo in Russia e nei paesi della CSI, più di 10 imprese operano sul mercato mondiale.

Ogni dispositivo di sicurezza è realizzato utilizzando una tecnologia unica che esclude l'intercambiabilità di elementi e software. Le descrizioni tecniche con le istruzioni per l'uso sono libri multipagina con diverse centinaia di fogli A4. Ci vuole molto tempo e conoscenze specialistiche precedenti per studiarli.

Quando arriva un nuovo tipo di dispositivo di protezione a relè a microprocessore, anche dello stesso produttore, è necessario riavviare il processo di formazione del personale.

conclusioni

I dispositivi di protezione dei relè basati su microprocessore sono una direzione veramente progressiva nello sviluppo dell'elettricità.

L'elevata affidabilità dei dispositivi a microprocessore per la protezione dei relè, annunciata dai produttori, non sempre corrisponde alla realtà.

Il personale addetto alla manutenzione di qualsiasi unità di protezione del microprocessore deve essere consapevole di tutti i punti deboli di tali dispositivi e correggerne abilmente il funzionamento.

È giunto il momento che le agenzie governative si occupino di problemi di standardizzazione e introducano sistemi di protezione dei relè basati su microprocessore.

Gurevich VI Vulnerabilità dei relè di protezione dei microprocessori: problemi e soluzioni. — M.: Infra-ingegneria, 2014 — 248 p.: Il.