Dispositius de protecció de relés basats en microprocessador: visió general de possibilitats i qüestions controvertides

Fa uns 15 anys, es va començar a introduir àmpliament a la indústria energètica nous equips de protecció d'equips d'energia que utilitzaven tecnologia informàtica basada en processadors. Es va anomenar el terme abreujat MPD: dispositius de protecció de relés basats en microprocessadors.

Realitzen les funcions dels dispositius ordinaris de protecció i automatització de relés basats en una nova base d'elements: microcontroladors (elements de microprocessador).

Avantatges dels dispositius de protecció de relés de microprocessador

El rebuig dels relés electromecànics i estàtics, que presenten unes dimensions importants, va fer possible una col·locació més compacta dels equips en els panells de protecció de relés i automàtics. Aquests dissenys van començar a ocupar molt menys espai. Al mateix temps, el control mitjançant botons tàctils i la pantalla s'ha tornat més visual i còmode.

A la figura es mostra la vista externa del panell, inclosa la protecció del relé del microprocessador.Ara la introducció de MPD s'ha convertit en una de les principals direccions en el desenvolupament de dispositius de protecció de relés. Això es veu facilitat pel fet que, a més de la tasca principal de protecció i automatització de relés: l'eliminació dels modes d'emergència, les noves tecnologies permeten implementar una sèrie de funcions addicionals.

Inclouen:

• registre de condicions d'emergència;

• predir la desconnexió d'usuaris síncrons en cas de violacions de l'estabilitat del sistema;

• capacitat d'escurçar llargues distàncies.

La implementació d'aquestes capacitats basades en la protecció electromecànica de dispositius EMI i analògics no es realitza a causa de dificultats tècniques.

Els sistemes de protecció de relés basats en microprocessadors funcionen exactament amb els mateixos principis de velocitat, selectivitat, sensibilitat i fiabilitat que els dispositius de protecció de relés convencionals.

Durant el funcionament, no només es van revelar els avantatges, sinó també els desavantatges d'aquests dispositius i, segons alguns indicadors, encara hi ha disputes entre fabricants i operadors.

Panells RZA equipats amb protecció de microprocessador

desavantatges

Molts compradors de dispositius de protecció de relés basats en microprocessadors no estan satisfets amb el rendiment d'aquests sistemes a causa de:

• preu alt;

• baix manteniment.

Si en cas de fallada dels dispositius que funcionen amb un semiconductor o una base electromecànica n'hi ha prou amb substituir una peça defectuosa individual, aleshores, per a la protecció del microprocessador, sovint cal substituir tota la placa base, el cost de la qual pot ser un terç del cost de tot l'equip.

A més, la substitució requerirà dedicar molt de temps a buscar una peça: la intercanviabilitat en aquests dispositius està completament absent fins i tot en molts dels mateixos tipus de dissenys del mateix fabricant.

Els relés electromecànics funcionen amb èxit durant més de 35 anys

Assumptes polèmics

1. Alta fiabilitat dels dispositius de protecció de relés de microprocessador en comparació amb la protecció electromecànica

Els fabricants de dispositius de microprocessador amb publicitat destaquen l'absència de peces mòbils en el sistema, que està relacionada amb l'exclusió de les condicions de desgast mecànic. També s'afegeixen aquí els problemes de la corrosió dels metalls i l'envelliment de l'aïllament en estructures basades en electromecàniques i semiconductors.

L'experiència amb el funcionament de la protecció electromecànica és d'aproximadament un segle i mig. La majoria de les empreses energètiques de Rússia i els socis de la CEI treballen sobre aquesta base. Molts relés han estat alimentats durant diverses dècades, i el sistema desenvolupat de manteniment i funcionament permet garantir-ne l'ús durant força temps.

De fet, els defectes d'aïllament i la corrosió només es poden produir en dos casos:

• violació de la tecnologia de producció;

• desviació de les normes de funcionament i manteniment.

Si tenim en compte el problema del desgast mecànic de les peces mòbils, cal tenir en compte que només es desencadenen durant les comprovacions del personal realitzades després de diversos anys (tenint en compte des del moment de l'operació) o en accidents que succeeixen molt. poques vegades.

Al mateix temps, en dispositius de microprocessador per a la protecció de relés:

• la majoria dels components controlen constantment el circuit elèctric i intercanvien senyals entre ells;

• els elements de les entrades elèctriques estan constantment exposats a una alta tensió de 220 volts, així com a valors d'impuls i pics de processos transitoris;

• les unitats de potència del circuit d'impulsos d'alta velocitat funcionen sense aturada amb l'alliberament de calor i formen la part principal de fallades MPD.

2. La fiabilitat dels relés va augmentar gradualment des de dissenys electromecànics fins a dissenys de semiconductors basats en components discrets, després a circuits integrats i el més alt entre els dispositius de microprocessador

Les estadístiques mostren una major fiabilitat dels relés electromecànics en comparació amb els anàlegs de semiconductors en l'ús diari. La imatge oposada només s'observa quan els cicles de commutació augmenten a diversos centenars de milers o milions.

Els circuits integrats utilitzen un nombre molt més gran d'elements electrònics que són menys resistents a la sobretensió que en els relés d'estat sòlid. Això és especialment cert quan s'exposa a electricitat estàtica i soroll electromagnètic, que estan constantment presents en equips d'alta tensió.

Les estadístiques de fallades dels dispositius de protecció de relés de microprocessadors de les empreses japoneses refuten el mite de la màxima fiabilitat de la protecció del microprocessador. A més, això no inclou "errors de programari", que sovint no es poden detectar durant les inspeccions, però que es poden produir en qualsevol moment.

3. La fiabilitat dels dispositius de protecció de relés de microprocessador es millora mitjançant l'autodiagnòstic integrat

Les defenses basades en microprocessadors inclouen:

• convertidors analògic-digital;

• memòria (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSADOR;

• Font d'alimentació;

• relés electromagnètics de sortida;

• nodes d'entrada analògica i digital.

Composició de blocs de protecció de relés de microprocessador

Tots aquests components estan coberts de diferents maneres per algorismes d'autodiagnòstic i no sempre estan totalment controlats.

El control intern està dissenyat per senyalitzar i bloquejar el funcionament de la protecció del relé en cas d'avaria en el seu circuit, no en la xarxa elèctrica de la companyia elèctrica. Per tant, no augmenta la fiabilitat del sistema d'alimentació.

4. La fiabilitat dels dispositius de protecció de relés basats en microprocessador és més alta perquè els seus components són més resistents a l'envelliment físic.

Amb un funcionament correcte, els relés de protecció electromagnètica introduïts a l'URSS als anys 70 encara funcionen perfectament i han conservat les seves característiques tècniques.

Els condensadors electrolítics fins i tot de les millors empreses del Japó, que formen part de la protecció del relé, després de 7 anys de funcionament en fonts d'alimentació de commutació perden les seves propietats, estanquitat i creen fuites d'electròlits que poden corroir les vies de coure de les plaques de circuit.

Estadístiques de danys MPD de les empreses japoneses

Els fabricants de dispositius de microprocessadors han vist el desig de reduir la mida dels components electrònics creant modes amb una major dissipació de calor que s'han d'eliminar del sistema de refrigeració, cosa que no sempre es fa.

Dificultat en el treball

1. Compatibilitat electromagnètica

La microelectrònica moderna és molt sensible a la radiació electromagnètica i s'instal·len conjunts de dispositius de protecció de relés de microprocessadors a les subestacions que funcionen en condicions d'augment de la força del camp elèctric, que requereixen una protecció blindada fiable amb drenatge de potencial acumulat a terra.

En moltes subestacions, la resistència del llaç de terra no compleix els requisits per al funcionament dels dispositius de protecció de relés de microprocessador, la qual cosa implica una gran quantitat de treballs de construcció. En cas contrari, aquestes proteccions poden provocar un funcionament no autoritzat en cas de pertorbacions electromagnètiques al sistema, que es poden crear fàcilment de manera intencionada, com ara atacs de pirates informàtics contra programari.

2. Tasques a realitzar

La fallada de la protecció d'un microprocessador comporta conseqüències més greus per a l'electricitat que la fallada de la protecció electromagnètica, perquè funcionalment el dispositiu de protecció del relé del microprocessador realitza les tasques de protecció electromagnètica 3 ÷ 5.

3. Formació del personal

Un gran nombre d'empreses del món amb una facturació de més de milers de milions de dòlars es dediquen a la producció de dispositius de microprocessador per a la protecció de relés. Només a Rússia i als països de la CEI, més de 10 empreses operen al mercat mundial.

Cada dispositiu de seguretat es fa amb una tecnologia única que exclou la intercanviabilitat d'elements i programari. Les descripcions tècniques amb instruccions d'ús són llibres de diverses pàgines amb diversos centenars de fulls A4. Es necessita molt de temps i coneixements especialitzats previs per estudiar-los.

Quan arriba un nou tipus de dispositiu de protecció de relés basat en microprocessador, fins i tot del mateix fabricant, s'ha de reiniciar el procés de formació del personal.

conclusions

Els dispositius de protecció de relés basats en microprocessadors són una direcció realment progressiva en el desenvolupament de l'electricitat.

L'alta fiabilitat dels dispositius de microprocessador per a la protecció de relés, anunciada pels fabricants, no sempre es correspon amb la realitat.

El personal que dóna servei a qualsevol unitat de protecció de microprocessador ha de ser conscient de totes les debilitats d'aquests dispositius i corregir-ne el funcionament amb habilitat.

Ja és hora que les agències governamentals s'ocupin dels problemes d'estandardització i hi introdueixin sistemes de protecció de relés basats en microprocessadors.

Gurevich VI Vulnerabilitats dels relés de protecció del microprocessador: problemes i solucions. — M.: Infraenginyeria, 2014 — 248 p.: Il.