Akıllı elektronik cihazlar (IED'ler) son zamanlarda güç otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılmıştır ve IED'lerin entegrasyon ve birlikte çalışabilirlik özellikleri nedeniyle RTU'lardan IED'lere geçiş belirgindir. Bu teknik makalede, güç sistemlerinde otomasyonun bütünsel bir görünümünü sunmak için IED'lerin gelişmiş fonksiyonlarını kısaca açıklayacağız...
IED'ler, birçok tek fonksiyonlu elektromekanik röle, kontrol anahtarı, kapsamlı kablolama ve çok daha fazlasını içeren bir röle panelini tek bir kutuya getirir.
Ek olarak IED'ler, kendi kendine ve harici devre izleme, olay izlemenin gerçek zamanlı senkronizasyonu, yerel ve trafo veri erişimi, programlanabilir mantık denetleyici işlevi ve devreye alma, test etme, olay raporlama ve arıza için eksiksiz bir yazılım araçları yelpazesi gibi ek özellikleri yönetir.
Güç Sistemlerinde IED'lerin Rolü
IED'ler, bir LAN'a bağlanabilen ve LAN üzerinden diğer cihazlarla iletişim kurabilen ve işleme yeteneklerine sahip cihazlardır. Şu anda çok sayıda IED mevcuttur, röle IED'leri otomasyon amaçları için en yaygın olarak kullanılanlardır. Ancak ev otomasyonu için kullanılan akıllı sayaç bir IED'dir ve otomasyon için kullanılan programlanabilir bir mantık kontrolörüdür (PLC).
Dijital arıza kaydediciler (DFR'ler) ve uzak terminal birimleri (RTU'lar), yerleşik hesaplama tesisi ile dijital veri iletimi ve alımı özelliğine sahip IED'lerdir.
IED'lerin Gelişmiş Fonksiyonları
1| Fazör Tahmini Dahil Koruma Fonksiyonu
Koruma fonksiyonu, bir röle IED'sinin birincil işlevidir, çünkü IED'ler öncelikle mikroişlemci tabanlı rölelerdeki iyileştirmedir. Daha doğru ölçüm ilkeleri ve daha az yardımcı ekipman gerektiğinden, yeni IED'lerde muazzam gelişmeler söz konusudur.
Yeni röle bir CT uyuşmazlığı düzeltme işlevine sahip olduğundan, orijinal birincil trafo akımları modern bir röle IED'sinde daha fazla analiz için mevcut olduğundan, yardımcı CT'ler bir trafo diferansiyel rölesinde ortadan kaldırılabilir.
Benzer şekilde, uygun teknikler ve sayısal karşılaştırma algoritmaları ile CT (Akım Trafosu) uyumsuzluğu, ani akım ve CT doygunluğu sorunları harici cihazlar olmadan çözülebilir.
McLaren, sadece mikroişlemci programlamasını değiştirerek aynı donanımdan farklı röle fonksiyonlarının elde edilebildiği açık sistem geçişi kavramını ilk öneren kişiydi. Modern röle teknolojisi son zamanlarda bu yöne doğru bir eğilim göstermiştir. Doğrudan açık sistem geçişinden türetilen genelleştirilmiş sayısal röle konsepti, modern dijital ve sayısal rölelerin minimum donanım modülleri ve işlevlerinden oluşur.
Genelleştirilmiş sayısal röle (Şekil 2) ve yaygın olarak bulunan bilgi miktarı ile, modern dijital ve sayısal röle ekipmanının çoğunu yeniden oluşturmak mümkündür.
Aşağıdaki veri işleme modülleri genelleştirilmiş sayısal röleyi oluşturur:
1. İzolasyon ve analog sinyal ölçeklendirme
Gösterge transformatörlerinden akım ve gerilim dalga biçimleri elde edilir ve dijital ve sayısal rölelerde kullanım için uygun gerilim seviyelerine indirgenir.
2. Analog kenar yumuşatma filtreleme
Alçak geçiren filtreler, girişlerin yüksek frekans bileşenlerinin temel frekans bileşenlerinin parçaları gibi göründüğü örtüşme olgusunu önlemek için kullanılır.
3. Analogdan dijitale dönüştürme
Dijital işlemciler yalnızca sayısal veya mantıksal verileri işleyebildiğinden, girdilerin dalga biçimlerinin ayrık zamanlarda örneklenmesi gerekir.
Bunu başarmak için, her analog sinyal bir örnekle ve tut modülünden geçirilir ve bir çoklayıcı tarafından birer birer analogdan dijitale dönüştürücüye (ADC) iletilir.
4. Fazör tahmin algoritması
Bir mikroişlemcide uygulanan bir yazılım algoritması, röleye sağlanan dalga biçimlerinin genliğini ve fazını tahmin eder. Fazör ölçümleri sistem izlemenin ayrılmaz bir parçası haline geldiğinden, bu modern izleme sistemlerinde büyük önem taşımaktadır.
IED'nin bu özelliği, bir referans fazöre göre gerilim veya akımın fazörünü hesaplamak için kullanılır. IED'ler, ortak bir GPS kaynağından zaman senkronize edilir. Bu, fazör ölçüm birimi (PMU) olarak adlandırılır ve fazör verileri, çoğunlukla kontrol merkezinde olmak üzere uygun bir yerde bir fazör veri yoğunlaştırıcısı (PDC) tarafından toplanır.
5. Röle algoritması ve açma mantığı
Koruma algoritmasına ve ilgili açma mantığına özel denklemler ve parametreler, rölede kullanılan mikroişlemcinin yazılımında uygulanmaktadır.
Mikroişlemci, girişleri temsil eden fazörleri hesaplar, anahtarların durumunu alır, koruyucu röle hesaplamaları yapar ve son olarak devre kesicileri kontrol etmek için çıkışlar sağlar.
İşlemci ayrıca iletişimi, kendi kendini test etmeyi, hedef görüntülemeyi, zaman saatlerini ve diğer görevleri destekleyebilir.
2| Programlanabilir Mantık ve Kesici Kontrolü
IED, flip floplara ve/veya doğrudan IED kapılarına bağlanabilen koruma fonksiyonlarının mantıksal girişlerini ve çıkışlarını işleyebildiğinden, modern bir röle IED harici programlanabilir ve mantık denetleyicilerinin (PLC'ler) kullanımını ortadan kaldırır.
Şekil 2.12, programlanabilir mantık araçlarının bir örneğini sunar. Şekil 2.13'te, kullanıcı tarafından programlanabilir mantık için bir PC konfigürasyon aracı örneği gösterilmektedir.
Mantık Düzenleyici Örneği (VİDEO)
Bu öğretici, “CFC” mantık düzenleyicisini kullanarak SIPROTEC 5'teki kontrol komutlarının birbirine bağlanmasını açıklar.
AcSELerator QuickSet'te Cihaz Yönetimi (VİDEO)
3| Ölçüm ve Güç Kalitesi Analizi
IED'lerin ölçüm yetenekleri, elektrik şirketleri tarafından hızla kabul edilebilir hale geldi ve gelir getirmeyen ölçüm işlevinin IED'lerde birleştirilmesiyle büyük maliyet tasarrufu sağlandı.
Koruma amaçlı birincil CT'lerin ve VT'lerin, gelir ölçümü için normal akım ölçümü için yeterince doğru olmayabileceği not edilebilir. Normal ölçüm işlevleri, gerilim ve akımın ortalama karekök (RMS) değerlerinin ve gerçek ve reaktif gücün ölçülmesini içerir.
Bu temel fonksiyonların yanı sıra ölçüm, devreye alma ve test etme değerlerini de içerir ve bu özellik sahadaki devreye alma ve test sürelerini azaltır. Ölçülen değerler, gerilim ve akım faz kaymalarının pozitif, negatif ve sıfır dizi bileşenleri ve normal RMS değerleridir. Devreye alma sürecini hızlandırmak için faz uyumsuzluğu, diferansiyel ve kısıtlama değerleri kolayca hesaplanabilir.
Yük profili oluşturma, güç faktörü profili, amper talebi, uzun vadeli RMS voltaj değeri vb.'nin izlenebildiği ve uzun vadeli genişleme planlaması için yük profili oluşturmak için kullanılabilen IED'ler kullanılarak gerçekleştirilebilen başka bir ölçüm etkinliğidir.
PLC ve programlanabilir çıkış kontakları kullanılarak uygulanan reaktif güç verisi izleme ve kontrol algoritması ile kapasitör bankı kontrolü gibi birçok sistem gereksinimi, PLC ve ölçüm fonksiyonları kullanılarak ek çaba sarf edilmeden karşılanabilir.
Şekil 3, bir fider için koruma sınıfı ve cihaz akım trafosuna bağlantıyı gösterir. Koruma sınıfı akım trafosuna gerekli koruma fonksiyonları, uygulamaya göre ölçü fonksiyonları ise ölçü trafosuna atanır.
Koruma röleleri tarafından sağlanan son derece hassas ölçüm değerleri ve durum bilgileri, yüksek performanslı iletişim sistemi üzerinden trafo merkezi ve güç sistemleri kontrolü veya merkezi analiz sistemleri gibi otomasyon sistemlerine iletilebilir.
4| Kendi Kendini İzleme ve Harici Devre İzleme
IED'ler, donanım arızası, bellek arızası ve güç kaynağı sorunları gibi sorunların %98'e kadarını algılayabilen kendi kendini izleme yazılımı ile dahili sorunlar için kart düzeyinde tanılama özelliklerine sahiptir.
Modern IED'ler, dahili izlemeye ek olarak, arayüz izleme ve harici devre izleme özelliklerine sahiptir.
Arayüz izleme, IED'lere girişlerin kontrol edilmesini içerir ve basit yöntemlerle doğrulanabilir. Örneğin, üç fazdan röleye gelen giriş akımları, varsa nötr akımın üç katına kadar eklemelidir. Herhangi bir sapma varsa, akımlardan herhangi birinin analog kanalı arızalı olabilir. Röle yanlış açmayı engelleyebilir.
Harici devre izleme, açma kapama yolundaki herhangi bir kesinti için devre kesici bobininin izlenmesini içerecektir ve ayrıca bir alet trafosu arızasını gösterebilir.
Modern koruma röleleri birçok izleme prosedürü ile donatılmıştır. Bunlar, ikincil devrelerdeki dahili ve harici hataları tespit eder, bunları günlüklerde saklar ve raporlar. Bu bilgi, cihaz arızasını kaydetmek için kullanılır ve uygun düzeltici eylemlerin gerçekleştirilmesi için hatanın nedenini belirlemeye yardımcı olur.
5| Olay Raporlama ve Arıza Teşhisi
Röle IED'ler dijital arıza kaydedicileri ortadan kaldırır, çünkü bir arıza sırasında dalga şekli kaydı IED'ler tarafından yapılabilirken elektromekanik rölelerin böyle bir özelliği yoktur. Olay raporlaması, olay sırasını (SOE) kaydedicileri ortadan kaldıran röle IED'leri tarafından kolayca yapılabilir.
Röle IED'leri, yakalanan verileri kalıcı belleğe kaydeder ve bozulma olay raporları (alma, açma ve otomatik tekrar kapama) ve ayar değişiklikleri gibi genel olay raporlarının ayrı olarak kaydedilmesi ve yönetilmesi gerekir.
SIGRA uygulaması ağınızdaki arıza olaylarının analizini destekler. Arıza olayı sırasında kaydedilen verilerin grafik görüntüsünü sunar ve empedanslar, çıkışlar veya rms gibi arıza kaydını analiz etmenizi kolaylaştıran diğer değişkenleri hesaplamak için ölçülen değerlerini kullanır.
Tüm olayların zaman damgası IED'ler tarafından yapılır ve bu amaç için GPS senkronizasyonu ve gerçek zamanlı saat için bir pil yedeği gereklidir. Olaylar, bir kez doğru bir şekilde etiketlendiğinde, meydana geldikleri doğru sırayla raporlanabilir, böylece kontrol odasında daha fazla sıralama ortadan kalkar.
Bu nedenle, değerler IED'ye kaydedileceğinden ve bir elektrik kesintisi durumunda bile daha sonra geri alınabileceğinden, bir arızadan sonra arıza teşhisi yapmak kolaydır.
SEL Koruma Rölesinin Olay Analizi (VİDEO)
SEL-751 fider koruma rölesi kullanarak Olay Analizinin nasıl yapıldığını öğrenin.
Koruma Rölesi Ayarı ve Arıza Kaydı (VİDEO)
6| Ayarlar, Devreye Alma ve Test Etme Araçları
Kullanıcı dostu yazılım araçları, bir IED'nin daha iyi planlanması, programlanması, devreye alınması ve test edilmesinin anahtarıdır. Bir IED'nin ayrıntılı yolları ve uygulama işlevleri, yalnızca sezgisel, kullanımı kolay bir PC programı ile gerçekleştirilebilir.
Hemen hemen her IED, devreye alma sırasında ayarlar ve konfigürasyonlar için menü odaklı sezgisel, kullanımı kolay, esnek yazılım programlama araçlarıyla birlikte gelir.
Bu kullanıcı dostu programlar, devreye alma personelinin işini kolaylaştıran fabrika ön ayarlarıyla birlikte gelir
7| Programlanabilir LCD Ekran
Programlanabilir LCD ekran, yeni nesil IED'lerde harika bir araçtır. Bu, metin görüntülemenin yanı sıra grafik bilgi için kullanılır ve grafik ve metin modları arasında geçiş yapılabilir.
Şekil 6, röle IED'lerinin görüntüsünü gösterir. İzolatörler, bağlantı kesme anahtarları ve daha birçok konfigürasyon dahil olmak üzere veriyolu ve kesicinin topolojisi, grafik modunda yazılım araçları kullanılarak programlanabilir. LCD ekranın metin modu, birincil veya ikincil birimlerde ölçüm değerlerinin ayarları ve ayrıntılı gösterimi için kullanılır.
LCD ekran metin ve grafik modları arasında değiştirilebilir.
Referans Kaynaklar:
Power System SCADA and Smart Grids by Mini S. Thomas and John D. McDonald (Purchase hardcopy from Amazon)
Pоwеr Ѕyѕtеm аnd Mоdеlling Rеlаyѕ: Еxplоrаtоry Ѕtudy By Ibrahim Elnoshokaty
Distribution Automation Handbook by #ABB
Automated Fault and Disturbance Analysis: Understanding the Configuration Challenge by M. Kezunovic