W dobie dynamicznego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną odbiorców końcowych, kluczowe znaczenie ma ograniczenie skutków przerw w dostawach energii.

Potencjalne przerwy i zaburzenia w zasilaniu procesów przemysłowych wpływają na ciągłość pracy przedsiębiorstw

Aby sieć energetyczna była sprawna i niezawodna  operatorzy sieci dystrybucyjnej (OSD) muszą szukać inteligentnych i innowacyjnych rozwiązań automatyki w sieciach elektroenergetycznych. W następstwie tego, od kilku lat możemy zaobserwować pojawianie się coraz to nowszych wymagań technicznych stawianych dostawcom urządzeń Smart Grid przez operatorów sieci dystrybucyjnej. Z całą pewnością rozwiązaniami, które przyczynią się do poprawy wskaźników awaryjności i zredukowania przerw w dostawach energii są:

• zdalne nadzorowanie rozproszonej sieci SN w zakresie występowania zwarć,
• monitorowanie parametrów elektrycznych punktów zasilających.

Widok wnętrza szafki

Wyposażenie szafki:

1. router GSM
2. sterownik AXC 1050 XC – 2701295
3. zasilacz/UPS TRIO-UPS/1AC/24DC/ 5 – 2866611
4. detektor zwarć
5. listwy
6. zabezpieczenie pp VAL-MS-T1/T2 335/12.5/1+1 – 2800187
7. akumulator
8. krańcówka drzwi

System Smart Grid: dla inteligentnych sieci elektroenergetycznych

Elementy wchodzące w skład zestawu:

• sterownik telemechaniki Axioline AXC 1050 XC z modułami wejść/wyjść oraz modułem komunikacyjnym w standardzie RS485,
• sygnalizator zwarć doziemnych i międzyfazowych w sieciach SN SZK-41- firmy Softin w raz z zestawem 3 sztuk rozłączalnych przetworników prądowych,
• układ zasilania i bateria akumulatorów,
• zabezpieczenie układu zasilania przed przepięciem,

Zestaw przeznaczony jest do instalacji w różnych punktach systemu elektroenergetycznego SN, takich jak: stacje transformatorowe wnętrzowe lub stacje słupowe.

Wszystkie elementy składowe spełniają normy warunków pracy w zakresie temperatur -25°C ÷ 70°C, mając na uwadze najbardziej skrajny przypadek, czyli stacje słupowe.

Sterownik telemechaniki – Axioline AXC 1050 XC

Komunikacja  z systemem SCADA odbywa się za pomocą protokołu DNP3.0. Opcjonalnie istnieje możliwość zastosowania protokołu IEC-60870-5-104, Modbus TCP/IP lub IEC61850.

Architektura systemu

Podstawową rolą sterownika jest: zbieranie danych ze stacji, sterowanie elementami wykonawczymi, komunikacja z sygnalizatorem zwarć po protokole Modbus RTU, zbieranie danych pomiarowych pola objętego nadzorem i wysyłanie do systemu SCADA.

Sterownik posiada wbudowany WEB serwer, dzięki czemu odczyt parametrów z sygnalizatora zwarć, zmiana nastaw, konfiguracja komunikacji TCP/IP sterownika, diagnostyka funkcjonalności oraz konfiguracja kanału DNP3 odbywa się za pomocą interfejsu WWW. Do komunikacji zdalnej z systemem SCADA wykorzystano router przemysłowy sieci komórkowej 4G (LTE).

Najważniejsze parametry sterownika telemechaniki:

• 2x złącze Ethernet, dzięki czemu jeden port może obsługiwać komunikację z systemem SCADA a drugi może być wykorzystany jako lokalny port serwisowy,
• możliwość rozbudowy o dodatkowe moduły wejść/wyjść (obsługa dodatkowych pól),
• możliwość rozbudowy o dodatkowe sygnalizatory zwarć (obsługa dodatkowych pól),
• rozszerzony zakres temperatur pracy -40°C ÷ 70°C (sterownik, moduły wejść/wyjść oraz moduły funkcyjne),
• wbudowany WEB serwer – możliwość stworzenia dedykowanego interfejsu,
• możliwość ustawienia protokołu http/https na dowolnym porcie TCP/IP,
• dostęp do funkcjonalności interfejsu WWW chroniony hasłami i prawami dostępu
• zwiększona odporność na zakłócenia elektromagnetyczne

Sygnalizator zwarć doziemnych i międzyfazowych

Do wykrywania zwarć doziemnych i międzyfazowych zastosowano sygnalizator Softin SZK-41. Moduł sygnalizatora wraz z trzema przetwornikami prądowymi wykonuje funkcje sygnalizacyjne i pomiarowe przekazując informacje o stanie nadzorowanego odcinka linii SN do sterownika telemechaniki za pomocą interfejsu komunikacyjnego Modbus RTU w standardzie RS485. W zakresie detekcji zwarć sygnalizator może również pracować jako jednostka autonomiczna.

Sygnalizator ma zastosowanie w niżej wymienionych sieciach SN do napięcia 36kV:

• kompensowanych posiadających automatykę AWSC,
• z punktem gwiazdowym, uziemionym przez rezystor,
• z punktem gwiazdowym, izolowanym chwilowo lub stale.

Występowanie zakłócenia na linii sygnalizowane jest optycznie za pomocą specjalnej wandaloodpornej lampki LED montowanej na zewnątrz budynku stacji lub słupie linii napowietrznej oraz zdalnie, w systemie SCADA lub interfejsie WWW.

Najważniejsze parametry techniczne sygnalizatora SZK-41:

• wykrywane zwarcia doziemne I0>, przemijające i trwałe, zakres 5÷1200[A],
• wykrywane zwarcia międzyfazowe I>, I>> przemijające i trwałe, zakres 100÷ 1200[A],
• mierzone prądy fazowe I1, I2, I3 [A] 0÷1200; ±8%,
• testowanie sygnalizatora: ręczne, zdalne, napięciem 24VDC,
• kasowanie sygnalizacji: samoczynne po czasie, ręczne, zdalne, napięciem 24VDC,
• temperatura pracy -40°C ÷ 70°C,
• 2 wejścia cyfrowe optoizolowane, sterowane 24VDC,
• 2 wyjścia cyfrowe do telemechaniki styki zwierne,
• 4 banki nastaw,

Układ zasilania

Układ zasilania zestawu Smart Grid składa się z zasilacza ze zintegrowanym UPS TRIO-UPS/1AC/24DC/5. Zasilacz posiada trzy konfigurowalne 24VDC/200mA wyjścia potencjałowe oraz sygnalizacje LED.

Wyjścia zostały skonfigurowane tak aby sygnalizować w systemie SCADA parametry pracy układu takie jak:

• Alarm ”awaria baterii” pojawiający się w jednym z przypadków: brak baterii, maksymalny cykl życia akumulatora (osiągnięcia maksymalnego czasu ładowania baterii – parametr konfigurowalny), niski poziom napięcia baterii U_BAT – parametr konfigurowalny
• tryb pracy układu: zasilanie 230AC lub praca buforowa (tryb akumulatorowy)
• ładowanie akumulatora

Wyższy stopień ochrony po stronie AC osiągnięto poprzez dodanie zabezpieczenia przed przepięciami. W celu uzyskania maksymalnego stopnia ochrony zastosowano odgromnik / ogranicznik przepięć VAL-MS-T1/T2 335/12.5/1+1 w układzie warystor+iskiernik (1+1).

Podtrzymanie pracy zespołu urządzeń w przypadku zaniku zasilania podstawowego zapewniają akumulatory 12V Enersys Genesis XE13X. Akumulatory są wykonane w technologii AGM (Absorbent Glass Mat). o pojemności 13Ah. Zakres temperatury pracy wynosi -40ºC to +80ºC z metalową obudową.

Parametry techniczne układu zasilania:

• układ ochrony przed całkowitym rozładowaniem baterii akumulatorów – parametr konfigurowalny w zakresie 18 V DC ÷ 21 V DC
• zakres napięcia wejściowego AC 85 V AC ÷ 264 V AC
• zakres napięcia wejściowego DC 100 V DC ÷ 350 V DC
• temperatura otoczenia (praca) -25 °C ÷ 70 °C (> 55 °C, zmniejszenie obciążalności: 2,5%/K)
• prąd ładowania 0,2 A ÷ 1,5 A (parametr konfigurowalny)
• znamionowe napięcie wyjściowe: 24 V DC
• znamionowy prąd wyjściowy (IN): 5 A

Bibliografia:

Podręcznik użytkownika, SZK-40/SZK-41 Sygnalizatory zwarć doziemnych i międzyfazowych w sieciach S, Przedsiębiorstwo Usługowo-Produkcyjne „SOFTIN” Sp. z o.o., Wrocław 2018

Autor:

Paweł Łuszczak – Lider Zespołu Wsparcia Technicznego i Szkoleń