Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Микропроцессорные реле защиты. Как они устроены? Часть 1

3 апреля 2010 г. в 14:52

Часть 2

Микропроцессорные устройства релейной защиты (МУРЗ) появились на рынке в привычном сегодня виде около 20 лет тому назад и за прошедшее время серьезно потеснили все остальные виды реле защиты. Триумфальное шествие МУРЗ связано со многими причинами, главная из которых — сверхприбыль, получаемая производителями МУРЗ по сравнению с производством всех остальных видов защитных реле (электромеханических, полупроводниковых статических). Принцип действия и устройство современных МУРЗ очень сильно отличаются от защит других видов и имеют целый ряд специфических особенностей, знание которых является необходимым условием для правильного выбора и дальнейшей успешной эксплуатации МУРЗ. Доминирующее сегодня в среде специалистов-релейщиков отношение к МУРЗ, как к «черному ящику» с функциями релейной защиты отнюдь не способствует правильному выбору и успешной эксплуатации МУРЗ. Предлагаемый цикл статей автора призван помочь релейщикам, не являющимися специалистами в области электроники и микропроцессорной техники, восполнить существующий пробел и помочь правильно сориентироваться на обширном рынке устройств релейной защиты нового поколения.

В части 1 статьи рассматриваются общая структура и конструктивное исполнение МУРЗ, а также устройство аналоговых входов.

Часть 1 

Общая структура и конструктивное исполнение МУРЗ

Основными узлами МУРЗ являются: блок аналоговых входов (трансформаторы тока и напряжения), входные фильтры (антиалиазинговые фильтры; цепи выборки и запоминания), мультиплексор, аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, различные виды памяти, блок логических (цифровых) входов, блок релейных выходов, рис. 1. 

Конструктивно МУРЗ представляют собой набор плоских модулей (печатных плат) представляющих собой различные функциональные узлы МУРЗ, размещенных в корпусах различных типов и размеров, рис. 2. 

Существует несколько конструктивных схем расположения печатных плат в корпусах МУРЗ. Одной из таких конструктивных схем является так называемый «этажерочный модуль», которая предусматривает расположение печатных плат одна над другой. Платы скрепляются между собой резьбовыми втулками, образуя единый конструктивный модуль, похожий на этажерку, рис. 3. 

Этот модуль затем устанавливается внутри корпуса МУРЗ. Соединение между платами осуществляется посредством разъемов и плоского гибкого кабеля. Очевидным недостатком такой конструкции является невозможность замены отдельного модуля без демонтажа и разборки всего МУРЗ.

Еще одной разновидностью конструктивного исполнения МУРЗ является корпус типа «открытый куб», рис. 4. В этой конструкции три печатные платы образуют боковые и заднюю стенки, скрепленные между собой специальными угловыми разъемами и присоединенные к металлической лицевой панели, являющейся четвертой стенкой.

После сборки вся эта конструкция вставляется во внешний корпус.

Наибольшее распространение получила конструкция с выдвижными платами, имеющая множество разновидностей, рис. 5.

Конструкция этого типа содержит алюминиевый корпус с направляющими, по которым в него вдвигаются отдельные (модули) печатные платы, из которых состоит МУРЗ.

Платы могут располагаться в корпусе вертикально или горизонтально. Еще одна дополнительная плата (так называемая «материнская плата») с набором разъемов расположена на дне этого корпуса. При выдвигании плат по направляющим в корпус МУРЗ выступающие на них разъемы входят в ответные части разъемов, расположенных на материнской плате и, таким образом, осуществляется соединение между платами.

В МУРЗ используется три типа плат, которые обеспечивают соединение между собой всех остальных плат. В первом случае это может быть материнская плата, на которой кроме набора разъемов расположены также микропроцессор, АЦП, различные виды памяти и все сопутствующие им элементы (Рис. 6б). Во втором случае это может быть отдельная жесткая плата с набором разъемов (Рис. 6а), или, в третьем случае - гибкий плоский многожильный кабель с разъемами, соединяющий между собой платы (рис. 6в). Соединительные платы двух последних типов еще иногда называют «кросс-платами».

В некоторых не очень удачных конструкциях, рис. 7 приходится вынимать сразу несколько модулей для того, чтобы добраться до модуля с источником питания. А чтобы выдвинуть этот модуль для замены источника питания необходимо отпаять выводы всех трансформаторов тока от клеммника на задней панели, а потом опять припаять.

Довольно странную конструкцию имеют реле типа Т60, рис. 8. Реле этого типа состоят из отдельных втычных модулей, расположенных в общем корпусе. В отличие от всех остальных МУРЗ, в Т60 каждый модуль помещен в стальной кожух, из-за чего реле получилось тяжелым (килограммов 15, не менее).

После вскрытия кожуха остается печатная плата с мощным разъемом на торце. Этот разъем имеет очень странную конструкцию и снабжен большим пластмассовым кожухом, разделенным на крупные ячейки, внутри которых расположены электронные компоненты, выходные реле, варисторы, рис. 9. 

Этот кожух крепится на разъеме с помощью 8 пластмассовых защелок, по 4 с каждой стороны, которые должны открываться одновременно. Попытка открыть этот кожух сразу же привела к поломке одной из защелок, после чего мои попытки были прекращены. Никакой функциональной нагрузки этот пластмассовый кожух не несет и, по моему мнению, его единственное назначение — сделать реле неремонтопригодным.

МУРЗ этого типа снабжено как обычными электромеханическими, так и полупроводниковыми выходными реле, причем, как указано в его описании (T60 Revision: 5.6x), полупроводниковые выходные реле снабжены специальными схемами «для мониторинга постоянного напряжения на открытых контактах и постоянного тока, протекающего через замкнутые контакты». Как будто все ясно и понятно... Но то, что было написано далее поставило меня в тупик: «Напряжение записывается в виде логической единицы, когда ток в цепи контактов превышает 1-2,5 мА и ток считается логической единицей, когда он превышает 80-100 мА». Более странное (мягко выражаясь) объяснение, трудно даже представить. Странность эта не только в тексте, но и в сущности технического решения. Во-первых, мониторинг возможен только на постоянном токе, что ограничивает его область применения. Во-вторых, ток нагрузки может быть очень маленьким (1-3 мА), например, ток логического входа другого МУРЗ, или чувствительных электромеханических промежуточных реле. Как будет в этом случае работать система мониторинга тока? Оказывается, разработчики этой системы учли такую возможность и предлагают потребителям включать параллельно контактам дополнительный внешний резистор. Для напряжения 48 В этот резистор рекомендуется выбирать сопротивлением 500 Ом и мощностью 10 Вт. Это довольно крупный резистор! Представляете, каким должен быть этот резистор для напряжения 220 В? И где его устанавливать? Об этом разработчики Т60 скромно умалчивают...

Еще одно «изобретение»: автоматическая очистка контактов (autho-burnishing) внешних реле, которые подают сигналы на логические входы Т60. Конструкторы озаботились тем, что при очень малых входных токах логических входов (менее 3 мА) и окисленных контактах внешних реле сигнал может «не пройти» через них. Для самоочистки этих контактов в Т60 установлены на входах специальные нелинейные элементы (очевидно, что-то вроде позисторов), имеющих низкое сопротивление в обесточенном (холодном) состоянии и быстро повышающих сопротивление при приложении к ним напряжения (и повышении температуры). В результате, в первый момент после замыкания контактов внешнего реле, через них проходит ток 50-70 мА, который быстро снижается (в течение 25-50 мс) до 3 мА. Как будто, красивая идея. Но это только для тех, кто не очень хорошо разбирается в процессах на контактах. «Непроходимость» контактов в результате их окисления имеет место в слаботочных цепях с напряжением коммутации ниже 20-30 В. При более высоких напряжениях происходит пробой очень тонких окисных пленок и контакты, на вид черные и неприглядные, прекрасно проводят даже малые токи (фрикинг-эффект). Поэтому, для реальных напряжений эксплуатации МУРЗ проблема эта полностью надумана, а ее техническое воплощение совершенно бессмысленно.

Модули аналоговых входов

Наиболее простыми в МУРЗ являются модули аналоговых входов, состоящие из набора трансформаторов тока и напряжения, рис. 10. 

Конструкция трансформаторов напряжения ничем не отличается от конструкции обычных маломощных трансформаторов. Трансформаторы тока содержат изолированную многовитковую вторичную обмотку, намотанную на каркасе и покрытую изоляционной пленкой. Первичная обмотка представляет собой несколько витков (обычно, 5 витков на номинальный первичный ток 1 А и 1 виток на номинальный ток 5А), намотанных поверх вторичной обмотки обычным многожильным изолированным монтажным проводом, рис. 10. Такой трансформатор представляет собой, фактически, преобразователь тока в напряжение. Если в процессе эксплуатации МУРЗ возникает необходимость в изменении входного номинального тока аналоговых входов с 1 А на 5 А (или наоборот), то сделать это очень просто путем намотки (или, наоборот, смотки) нескольких витков провода. Никаких проблем в эксплуатации этот узел МУРЗ обычно не создает и является самой надежной его частью.

В большинстве типов МУРЗ этот набор трансформаторов выполнен в виде отдельного модуля, хотя встречаются и конструкции, в которых в этом же модуле размещены входные фильтры, аналого-цифровые преобразователи, и другие элементы предварительной обработки аналоговых сигналов, рис. 11. 

В некоторых типах МУРЗ можно встретить миниатюрные тороидальные трансформаторы тока и напряжения капсулированные эпоксидным компаундом, рис. 12. Такая конструкция лучше защищена от воздействия влаги, но отвод тепла в ней затруднен. Кроме того, она является неремонтопригодной и в ней не возможно изменить коэффициент трансформации. Следует иметь ввиду, что при кажущейся более высокой надежности такой конструкции, ее реальная эксплуатационная надежность может быть даже ниже, чем у обычного не капсулированного трансформатора. Это связано не только с затрудненным отводом тепла, но и с внутренними механическими напряжениями в обмотках, возникающими в процессе отверждения и усадки эпоксидного компаунда. Такого рода проблемы проявляются, обычно, при наличии многовитковых обмоток, намотанных тонким проводом (как в трансформаторах напряжения).

В. ГУРЕВИЧ, канд. техн. наук

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики, шкафы РЗА

Поставляем микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики, а также комплектные устройства и проверочное оборудование по ценам завода-производителя: Сириус, Орион, БЭМП, МКЗП, МЗКП, шкафы релейной защиты ШЭРА, Ш, щиты собственных нужд ЩСН, шкафы постоянного тока ЩПТ, шкафы ШОТ, ШРОТ, и др. ООО «Дальневосточный Энергетический Союз» (официальный дилер)
Мысляев Олег · ДВЭС · 7 мая · Россия · Хабаровский край
Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики, шкафы РЗА

ПРОДАМ: Дуговая защита «ОВОД-МД», реле и устройства защиты

Предлагаем Вам ознакомиться с ассортиментом нашей продукции! «ОВОД-МД» устройство дуговой защиты на основе волоконной оптики и микропроцессорной техники для защиты ячеек КРУ, КСО высоковольтных электрических подстанций, применяется на новых объектах и при реконструкции. Устройства защиты и контроля: РНПП-301 (6 регулировок), РНПП-311, РН-101 (в сетевую розетку), РН-111 (на DIN-рейку), РН-112 унив. электронное реле max/min напряжения, РЭВ-201 эл. двухканальное реле времени с з/в, ПЭФ-301 переключатель фаз, УБЗ-301М 5-50 А (10-100, 63-630) блок защиты электродвигателей, БО-01 блок обмена и передачи данных для УБЗ-301М, МСК-301 блок управления тепловыми приборами и холодильными установками, РН-16Т суточно-недельный таймер с функцией контроля сетевого напряжения, блок PS-220/12-2,5 для бесперебойного электропитания постоянным напряжением. Реле времени: РВО-Р-У-15, РВО-Р-У-08, РВО-П2-У-15, РВО-П2-У-08, РВО-П2-3-08, РВО-П3-У-08, РВО-П2-1-15; пусковое РВП-Р-1-15, циклические РВЦ-Р-У-08, РВЦ-П2-У-08, РВЦ-П3-У-14, РВО-П2-26/27-08, РВО-П3-С30-14, трехцепные РВ3-П2-У-14; реле-счетчики импульсов РСИ-П3-У; с тремя переключающими группами РВО-П3-2-14; в корпусе щитового крепления РВО-П2/П3-У-10, РВЦ-П2-У-10. Реле контроля фаз ЕЛ-11М-08, РКФ-М06-11-08, ЕЛ-12М-08, РКФ-М06-12-08, ЕЛ-13М-08, РКФ-М06-13-08, РКФ-М05-1-11, РКФ-М03-1-15, РКФ-М01-1-13, РКФ-М02-1-13 Реле контроля трехфазного напряжения для сетей с нейтралью РКН-3-14-08, РКН-3-16-08. Реле контроля переменного однофазного и постоянного напряжения РКН-1-1-15 РКН-1-2-15 РКН-1-3-15 РКФ-М-04-3. Фотореле ФР-М01-1-15 Термисторная защита двигателей PT-M01-1-15 Температурное реле ТР-М01-1-15 Оптические датчики положения: барьерные — на пересечение луча ВИКО-05Б, диффузные — на отражение от объекта ВИКО-05Д, с волоконной оптикой обучаемые ВИКО-06ВС, рефлекторные обучаемые ВИКО-05Р. Оптические датчики фотометки для упаковочного и полиграфического оборудования: датчики фотометок обучаемые ВИКО-06МC Щ2, ВИКО-06МС-М18; прецизионные...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 21 мая · Россия · Московская обл
Дуговая защита «ОВОД-МД», реле и устройства защиты

ПРОДАМ: Устройство дуговой защиты, низковольтные реле (н/м)

Устройство дуговой защиты «ОВОД-МД»- изготавливается с использованием волоконной оптики и микропроцессорной техники. Может быть использовано для защиты ячеек КРУ и КСО электрических подстанций, находящихся на реконструкции и на строящихся. Электронный переключатель фаз ПЭФ-301, реле напряжения, перекоса и последовательности фаз РНПП-301, РНПП-311, РНПП-302, РНПП-311М, реле напряжения РН-101, РН-111, реле контроля напряжения :РКН, ЕЛ, РКФ, двухканальное реле времени РЭВ-201; реле времени серий РВО, РВП, РВЦ, РВ3, РСИ, реле минимального/максимального напряжения РН-112, суточно- недельный таймер РН-16 ТМ, универсальный блок защиты электродвигателей УБЗ-301М, блок обмена БО-01, электронные счетчики импульсов СИМ, термисторная защита РТ, фотореле ФР, термореле ТР, датчики оптические ВИКО, блок управления тепловыми приборами или холодильными машинами МСК-301.
Устройство дуговой защиты, низковольтные реле (н/м)

ПРОДАМ: ОВОД-М дуговая защита, реле, электрооборудование

«ОВОД-М» (ОВОД-МД) устройство дуговой защиты на основе волоконной оптики и микропроцессорной техники для защиты ячеек КРУ, КСО высоковольтных электрических подстанций, применяется на новых объектах и при реконструкции. Устройства защиты и контроля: РНПП-301; РНПП-311; РН-101 и РН-111-однофазные; ПЭФ-301- переключатель фаз; РЭВ-201- реле времени с задержкой включения; МСК-301- блок управления тепловыми и холодильными установками; РН-112- реле макс/мин напряжения; блок PS-220/12-2,5; УБЗ-301- блок защиты асинхронных электродвигателей; БО-01-блок обмена и передачи данных; РН-16Т- суточно-недельный таймер. Наши специалисты готовы провести консультации по электрооборудованию, помочь подобрать оптимальную модель, ответить на Ваши вопросы. Вы можете оформить заказ любым удобным для Вас способом. Наши приборы Вы можете купить оптом и в розницу. Наша компания осуществляет доставку по Москве и всей России в кратчайшие сроки транспортными компаниями (Деловые Линии, СДЭК) и почтой России. Получить Ваш заказ Вы на можете на терминалах транспортных компаний в городах: Абакан, Альметьевск, Ангарск, Апатиты, Арзамас, Армавир, Архангельск, Асбест, Астрахань, Ачинск, Балаково, Балашиха, Барнаул, Белгород, Белорецк, Бердск, Березники, Березовский, Бийск, Благовещенск, Борисоглебск, Боровичи, Братск, Брянск, Бузулук, Великие Луки, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Волжский, Вологда, Воркута, Воронеж, Воскресенск, Всеволожск, Выборг, Гайдук, Глазов, Грозный, Дзержинск, Димитровград, Дмитров, Домодедово, Ейск, Екатеринбург, Забайкальск, Зеленоград, Златоуст, Зубчаниновка, Иваново, Игнатово, Ижевск, Иркутск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Каменск-Уральский, Каменск-Шахтинский, Камышин, Качканар, Кемерово, Керчь, Киров, Кирово-Чепецк, Клин, Клинцы, Ковров, Коломна, Комсомольск-на-Амуре, Королев, Кострома, Котельники, Котлас, Красногорск, Краснодар, Краснокамск, Красноярск, Кузнецк, Курган, Курск, Ленинск-Кузнецкий, Ливны, Липецк,...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 21 мая · Россия · Московская обл
ОВОД-М дуговая защита, реле, электрооборудование

ПРОДАМ: Устройство оптоволоконной дуговой защиты ОВОД-МД (н/м)

Принципиальное отличие от других защит -в зоне действия электрической дуги находятся только пассивные компоненты Устройство дуговой защиты изготавливается с использованием волоконной оптики и микропроцессорной техники. Может быть использовано для защиты ячеек КРУ и КСО электрических подстанций, находящихся на реконструкции и на строящихся. Основные преимущества: 1. Тип датчика -оптоволоконный, защита радиального типа . 2. Автоматическая проверка работоспособности всего оптоволоконного тракта (от линзы до выходных реле). 3. Фиксация дугового разряда на начальном этапе формирования – искровом (искрение на контактах). 4. Функция отключения линейного выключателя при дуге в отсеке ввода/вывода отходящей линии 5. Индикация номера датчика и ячейки, наименование отсека в котором возникла электрическая дуга. 6. Оптоволоконным датчикам не требуется: ориентации датчиков в пространстве, протирки от пыли, защиты от солнца и освещения.
Устройство оптоволоконной дуговой защиты ОВОД-МД (н/м)
Компания LEDVÁNCE — один из ведущих мировых производителей осветительной техники: традиционных источников света, энергоэффективных светодиодных ламп, светильников, инновационных светотехнических решений для «умного дома». Продукция компании предназначена как для профессионального, специализированного применения, так и для конечного потребителя.