«Умная» электротехника от компании Eaton: защита, коммутация и обмен данными

Опубликовано: 15 февраля 2013 г. в 14:44, 608 просмотровКомментировать

Международный концерн Eaton входит в число мировых лидеров по разработке и производству электротехники для распределения электроэнергии и автоматизации производственных процессов. Устройства защиты, а также системы контроля и автоматики являются главными направлениями деятельности концерна.

Компания предлагает достаточное многообразие решений и методов для диагностики состояния электрических сетей и коммуникационных узлов:

  • Прямая сигнализация
  • Локальная диагностика
  • Управление по полевой шине
  • Дистанционное наблюдение

При применении средств диагностики и коммуникации снижается время реакции в критических ситуациях, какими являются перегрузка, перекос фаз или выпадение фазы. Своевременное вмешательство позволяет предотвратить повреждения отходящих линий и упрощает планирование профилактических работ по техническому обслуживанию. За счет этого повышается эксплуатационная надежность машин и систем и сокращаются дорогостоящие простои оборудования из-за аварий на производстве.

Диагностика и коммуникация электрических сетей

Силовые автоматические выключатели в литом корпусе серии NZM от компании Eaton достаточно хорошо известны в России под маркой Moeller и давно зарекомендовали себя как надежные устройства для защиты сетей и электрооборудования. Данные автоматы изготавливаются в четырех типоразмерах, в 3-х и 4-х полюсном исполнении, с термомагнитными или электронными расцепителями и охватывают диапазон токов от 160 до 1600 А (рис. 1). Подбором расцепителей можно реализовать практически любой способ защиты: защиту цепей, генераторов, двигателей и защиту при возникновения тока утечки.

Автоматические выключатели серии NZM

Поворотный механизм коммутации с системой двойного разрыва контактов значительно ускоряет отключение тока. Преимуществом конструктивного решения механизма расцепления силовых контактов является использование воздействия динамических сил токов короткого замыкания. Данная конфигурация гарантирует существенное ограничение тока короткого замыкания еще раньше, чем он достигнет своего максимального значения. Подключив два ограничивающих автоматических выключателя друг за другом, мы получим возможность так называемого каскадирования, когда более мощный вводной автомат помогает справиться с отключением тока короткого замыкания автоматическому выключателю на отходящей линии с более низкой отключающей способностью (например, серии PL7 или PLHT). Таким образом, можно проектировать экономичные решения в цепях, где предполагаемый ток короткого замыкания может превышать отключающую способность выходного автомата.

В дополнение к основным защитным функциям автоматические выключатели серии NZM с электронными расцепителями обладают рядом встроенных сервисных функций, значительно облегчающих последующую эксплуатацию и контроль как самих автоматических выключателей, так и электроустановок, которые они защищают. Теперь возможно незамедлительное определение критических ситуаций: сигнализация при 70%, 100% и 120% нагрузке отображается непосредственно на электронном расцепителе при помощи светодиода. Таким образом, граничные значения нагрузки могут быть определены без дополнительных аксессуаров. Для отображения статуса выключателя и его аварийного срабатывания в NZM применяются контактные элементы серии RMQ-Titan.

Автоматические выключатели NZM с электронными расцепителями имеют широкий диапазон функций диагностики и мониторинга на всех этапах распределения энергии. Вся важная информация может быть собрана, отображена локально, и передана далее на высокоуровневые системы. Вследствие этого повышается прозрачность системы, сокращается время реагирования в аварийных режимах, как, например, при перегрузке, несимметричности фаз или коротком замыкании. Детальные протоколы событий позволяют произвести быстрый анализ причин отключения. Счетчики коммутаций и общего времени работы позволяют планировать сроки технического обслуживания автоматических выключателей. Функции протокола позволяют производить документирование статуса выключателя (Вкл/Откл/Авария), диагностических сообщений и настройки параметров. Чтобы соответствовать изменяющимся требованиям, система имеет модульную конструкцию, что дает необходимый уровень гибкости при расширении и модернизации.

Одной из важнейших характеристик выключателей NZM размеров 2, 3 и 4 (на номинальные токи 250, 630 и 1600 А) является способность регистрировать, сохранять и передавать информацию, связанную с изменениями величины тока, протекающего в защищаемой цепи. С электронного расцепителя могут быть считаны подробные сведения о срабатывании выключателя и сигнализации, включая причину отключения, нагрузку по фазам, а также настройки автоматического выключателя. Выключатель имеет ячейки памяти для хранения 10 последних записей истории диагностики.

Модуль DMI

Вся информация доступна для считывания при помощи портативного компьютера, а также для мобильной диагностики через модуль обмена данными DMI (Data Management Interface, типовое обозначение NZM-XDMI612). Обмен данными осуществляется по специальному кабелю через встроенный в расцепитель коммуникационный порт. Таким образом, можно получить с обычного компьютера доступ к параметрам и при наличии моторного привода, к управлению автомата. DMI интерфейс управления данными позволяет получать стационарное отображение всех сигналов, измерений, коммутационных операций, часов работы, а также диагностических записей за определенные промежутки времени (рис. 2).

Полное объединение всех функций автоматизации теперь возможно посредством управления по полевой шине. Из ассортимента принадлежностей автоматических выключателей NZM можно выбрать соответствующий модуль расширения (подключаемый к блоку DMI), при помощи которого производится подключение к стандартной шине данных (PROFIBUS DP, CANopen или DeviceNet) – см. рис. 3. Вся важная измеряемая информация и статус выключателей могут быть считаны, зарегистрированы и переданы управляющей системе вышестоящего уровня.

Диагностика NZM с помощью блока DMI

Превышение пороговых значений может оцениваться через концепцию управления электроэнергией. Установка связи довольно просто осуществима через PROFIBUS: данные доступны в общем формате и структуре, используя стандартный профиль PROFIBUS (PNO). Кроме того, функциональные возможности DP-V1 дают доступ ко всем сообщениям, диагностике, и данным параметризации, а также функциям пуска двигателя.

Функции обработки данных, поступающих от автоматических выключателей, подключённых к сети Profibus, дистанционного контроля и управления нагрузкой и др. выполняет новое программное обеспечение FDT (Field Device Tool). До сих пор требовалось комплексное программирование управления и визуализации системы. Теперь, существует новый FDT-навигатор, который делает возможным простое применение комплексной системы контроля за обслуживанием: для дистанционного управления и мониторинга состояния выключателей, объединенных в сеть, для обзора событий и сервисной информации, а также параметризации всех функций этих устройств. Для установки этих функций не требуется особых знаний по автоматизации, они устанавливаются так же просто как драйвер для принтера.

Дифференциальная защита

Автоматы NZM с расцепителями дифференциальной защиты

Посредством подключения к выключателям NZM1 и NZM2 модулей защиты от замыкания на землю возможно расширение первоначальных защитных функций этих автоматических выключателей (рис. 4). Данная комбинация устройств не требует дополнительного питания и позволяет решать такие задачи, как:

— Проведение и коммутация тока до 250 А

— Защита от перегрузки, короткого замыкания и токов утечки на землю

Модуль защиты от токов утечки на землю для NZM2 не зависит от напряжения питания и может применяться для защиты персонала. Возможен выбор между устройством, чувствительным к пульсирующим токам или постоянному и переменному току. Существуют 3-х и 4-х полюсные устройства с номинальными токами утечки подходящими почти для любого применения: от 30 мА до 3А, с возможностью регулировки времени задержки отключения. В качестве альтернативы эти модули могут быть скомбинированы с простыми выключателями-разъединителями серии N.

В случае возникновения токов утечки на землю, модуль дифференциальной защиты, установленный на NZM1, сначала отобразит это при помощи светодиода. Расцепитель дифференциальной защиты выключателя сработает только в случае превышения значения уставки тока утечки. Это означает, что главные контакты будут разомкнуты. Причина срабатывания отображается механическим индикатором на NZM1 или NZM2. Опционально могут быть установлены вспомогательные контакты для реализации дистанционной сигнализации аварийного отключения. Для восстановления подачи питания автоматический выключатель и расцепитель тока утечки должны быть перевзведены и повторно включены.

Реле контроля токов утечки и тороидальный трансформатор серии PFR

Другое решение от Eaton — реле тока утечки PFR с внешним трансформатором тока, позволяет осуществлять гибкую дифференциальную защиту при номинальных токах до 1800 A (рис. 5).

Схема дифференциальной защиты с использованием реле PFR

Данное реле представляет собой компактное, безопасное и легко адаптируемое устройство, которое можно успешно использовать в условиях ограниченного монтажного пространства в распределиельном шкафу. Компактный тороидальный трансформатор тока, устанавливаемый на отходящий кабель и измерительное реле, фиксируемое на DIN-рейке, образуют полнофункциональную схему дифференциальной защиты (рис. 6).

Новая комбинация реле/трансформатор от Eaton/Moeller может иметь широкий спектр применений: от задач общего распределения энергии до защиты отдельных электродвигателей. Диапазон токов утечки указанных реле лежит в пределах от 30 мА до 5 A. Реле имеет функцию предварительной сигнализации, которая срабатывает еще до превышения значения уставки тока утечки. Функция предупредительной сигнализации позволяет вовремя принять меры препятствующие отключению электроэнергии.

Регистрация и оптимизация расхода энергии

Использование модуля XMC в распределительном шкафу

Потребность в использовании простого измерительного устройства для определения переданной энергии является актуальной в распределительных устройствах и постах управления электродвигателями. Энергия – это драгоценный ресурс, и каждый вынужден экономить ее. Сокращение потребления энергии требует знания уровня ее расхода, таким образом, использование простых датчики для регистрации расхода энергии становятся необходимы как никогда. Регистрация потребления энергии в зданиях помогает анализировать расход энергии и сократить ее нерациональное использование. Регистрация расхода энергии в промышленности является необходимым предварительным условием для избегания дорогостоящих пиков потребления электроэнергии.

Следующим этапом развития измерительных и коммуникационных возможностей автоматических выключателей NZM явился выпуск новых модулей измерения NZM-XMC. Новая линейка модулей измерения и коммуникации разработана для использования вместе с автоматическими выключателями NZM2 и NZM3 и может применяться в диапазоне напряжения от 35 до 690 В и в диапазоне токов от 1,5 до 630 A (рис. 7). Существуют два типоразмера для использования с выключателями NZM разных номиналов: типоразмер 2 (NZM2-XMC) для выключателей с номинальным током до 300 А и типоразмер 3 (NZM3-XMC) для выключателей с номинальным током до 630А. Для каждого из типоразмеров существует 3- и 4-полюсное исполнение (рис. 8, 9).

Модули
3-полюсный вариант модуля NZM-XMC и 4-полюсный вариант модуля NZM-XMC

Основной модуль представляет собой комбинацию датчиков тока на основе трансформаторов Роговского, отводов напряжения, измерительной электроники и коммуникационного интерфейса полевой шины в одном корпусе. По сравнению с традиционным использованием анализаторов сети и стандартных трансформаторов тока такое устройство позволяет в значительной мере снизить затраты на монтаж и обслуживание, занимаемое пространство в распределительной панели и общую стоимость системы. Главное его преимущество — простота механической установки. Кабели и провода проходят через отверстия в MCx в коммутационное устройство или аппарат защиты. Они могут быть размещены как на стороне ввода, так и на отходящей стороне.

Установка модуля измерения и коммуникации может быть произведена в любом месте панели управления. Система не зависит от модели и конструкции выключателя, поэтому модули XMC могут быть использованы для подключения к уже установленным автоматическим выключателям и выключателям-разъединителям, при условии соблюдения минимальных зазоров, требуемых конструкцией соответствующих коммутационных аппаратов. Это решение предлагает очень широкий диапазон применений и, например, при модернизации за очень короткое время может быть интегрировано в уже существующие распределительные щиты. Питание устройства может осуществляться как от отдельной линии 24 В DC, так и от специального дополнительного модуля питания, встраиваемого в систему.

Дисплей NZM-XMC-DISP

Модули MCX выпускаются в двух исполнениях по коммутационному интерфейсу: для сети Modbus RTU и с импульсным выходом S0 для учета электроэнергии. К модулям с интерфейсом Modbus можно подключать выносной ЖКИ-дисплей (рис. 10), который позволяет отображать информацию о токах и напряжениях (пофазно), активной и реактивной мощности, а также коэффициенте мощности. Дисплей имеет стандартные размеры – 96×96 и предназначен для установки на лицевую панель распределительного устройства. На дисплее имеется клавиатура, при помощи которой можно выбирать для отображения любые необходимые для отображения данные. Один выносной дисплей может быть подключен к нескольким измерительным модулям XMC. Модули также определяют текущее состояние автоматического выключателя ON/OFF/TRIP и управляют моторным приводом (функции автоматического или дистанционного включения).

Все необходимые данные могут быть по интерфейсу Modbus переданы в систему автоматизированного управления и, кроме того, могут быть локально отображены на дисплее и сохранены. Порядок оптимизации потребления может быть установлен здесь же. Таким образом, значительно уменьшаются: количество электропроводки, трудности при установке, и самое главное стоимость. Модули XMC обеспечивают всеми соответствующими данными, необходимыми для расчета потребления энергии:

  • Фазные токи и токи нейтрали,
  • Среднеквадратичную величину напряжения,
  • Активную, реактивную и полную мощность,
  • Активную, реактивную и полную энергию,
  • Коэффициент мощности (cos phi).

Предварительная обработка информации позволяет уменьшать загрузку на станциях обработки данных. Простая форма оптимизации характеристик существенно снижает уровень загрузки. При достижении определенного порога, с помощью цифрового устройства вывода можно управлять моторным приводом для управления автоматическим снижением нагрузки. Доступен целый ряд цифровых и аналоговых плат ввода-вывода для расширения функциональных возможностей этих устройств. Эти платы устанавливаются в основное устройство и могут быть заказаны совместно с ним или установлены позднее. Доступны следующие модули расширения:

• 2 выхода с перекидными контактами;

• 4 выхода с открытыми контактами;

• 4 цифровых входа / 4 цифровых выхода;

• 1 аналоговый выход 4-20 мА.

Интеллектуальное устройство предварительной обработки XMC предлагает дополнительную информацию для уровней контроля и управления. К примеру, могут быть вычислены и выданы максимальные значения измеренных величин от определенного времени, или временного диапазона или значение в определенный момент времени. XMC также имеет преимущества в плане диагностики. В частности, могут выдаваться сигналы предупреждения уровней нагрузки, а также могут быть определены и переданы токи утечки на землю. Это помогает установить большую прозрачность в потреблении электроэнергии и сократить издержки.

Интеграция в систему SmartWire Darwin

Пример подключения устройств на шину SWD

В дополнение к коммуникационному модулю NZM-XDMI612, описанному выше, компания Eaton выпустила в этом году модуль подключения NZM на шину SmartWire, которая уже на современном этапе позволяет полностью интегрировать в одну шину практически все устройства управления, коммутации и сигнализации серии Moeller от компании Eaton.

SmartWire Darwin (SWD) —это инновационная интеллектуальная технология подключения компонентов системы коммутации и управления без управляющей проводки, без распределенных модулей ввода/вывода, без трудоемкой адресации через переключатели DIP. Подключение и эксплуатация устройств в распределительных системах с использованием SWD становится, действительно, простой задачей. Технология SmartWire Darwin превращает стандартное оборудование переключения в интеллектуальную систему коммуникационных приборов. С использованием данной технологии все устройства подключаются в одну систему с использованием одного-единственного кабеля (рис. 11). Благодаря этому значительно снижаются затраты на разработку и монтаж систем АСУ, а также снижается вероятность ошибок при монтаже и наладке. В будущем технология SmartWire Darwin полностью заменит управляющую проводку между системой управления и коммутационными устройствами.

Модуль коммуникации NZM с системой SmartWire-DT

Модуль NZM-XSWD-704 (рис. 12) предназначен для осуществления обмена данными между электронными расцепителями автоматических выключателей NZM2, NZM3, NZM4 и системой SmartWire-DT и осуществляет передачу следующих данных:

  • Статус выключателя (Вкл/Откл/Авария)
  • Предупреждений о перегрузке
  • Причины последнего срабатывания выключателя
  • Фактических величин силы тока
  • Информации о типе выключателя
  • Текущих значений уставок расцепителя

Модуль имеет 2 дискретных входа для получения управляющих сигналов, 2 транзисторных выхода для дистанционного управления автоматическим выключателем и устройство хранения информации о потребленной электроэнергии (кВт*ч). Данные о потребленной энергии передаются через цифровой вход (S0) от внешнего модуля измерения энергии NZM-XMC.

Простота доступа к текущим параметрам и прозрачность данных повышает эффективность управления и надежность распределительных систем, защищаемых автоматами NZM. Кроме того, интеграция в систему SmartWire Darwin снижает количество проводов информационной обвязки и снижает время, затрачиваемое на поиск неисправностей во время пуско-наладки.

По материалам ООО «КОМПЭЛ»

Информация о компании

КОМПЭЛ, ООО
КОМПЭЛ — российский дистрибьютор электротехнического оборудования и компонентов автоматики от крупнейших мировых производителей — Autonics, Eaton, Finder, Omron, Phoenix Contact, Mean Well, Siemens, и др. Компания КОМПЭЛ представляет собой мощную структуру с развитой системой логистики, огромным складом в России с широчайшей номенклатурой и инженерным штатом, обеспечивающим техническую поддержку заказчиков по поставляемым компонентам и системам промышленной автоматизации. Нашими клиентами…

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.