Perangkat perlindungan relai berbasis mikroprosesor: ikhtisar kemungkinan dan masalah kontroversial

Sekitar 15 tahun yang lalu, peralatan perlindungan peralatan listrik baru yang menggunakan teknologi komputer berbasis prosesor mulai diperkenalkan secara luas di industri listrik. Itu kemudian disebut istilah singkatan MPD - perangkat perlindungan relai berbasis mikroprosesor.

Mereka menjalankan fungsi perangkat biasa untuk perlindungan relai dan otomatisasi berdasarkan basis elemen baru — mikrokontroler (elemen mikroprosesor).

Keuntungan dari perangkat perlindungan relai mikroprosesor

Penolakan relai elektromekanis dan statis, yang memiliki dimensi signifikan, memungkinkan penempatan peralatan yang lebih kompak pada proteksi relai dan panel otomatis. Desain seperti itu mulai memakan lebih sedikit ruang. Pada saat yang sama, kontrol menggunakan tombol sentuh dan tampilan menjadi lebih visual dan nyaman.

Tampilan luar panel, termasuk proteksi relai mikroprosesor, ditunjukkan pada gambar.Kini pengenalan MPD telah menjadi salah satu arahan utama dalam pengembangan perangkat proteksi relai. Ini difasilitasi oleh fakta bahwa selain tugas utama perlindungan relai dan otomatisasi — penghapusan mode darurat, teknologi baru memungkinkan penerapan sejumlah fungsi tambahan.

Mereka termasuk:

• pendaftaran kondisi darurat;

• memprediksi pemutusan pengguna sinkron jika terjadi pelanggaran stabilitas sistem;

• kemampuan untuk mempersingkat jarak jauh.

Implementasi kemampuan tersebut berdasarkan perlindungan elektromekanis EMI dan perangkat analog tidak dilakukan karena kesulitan teknis.

Sistem proteksi relai berbasis mikroprosesor beroperasi dengan prinsip kecepatan, selektivitas, sensitivitas, dan keandalan yang persis sama dengan perangkat proteksi relai konvensional.

Selama pengoperasian, tidak hanya keuntungan, tetapi juga kerugian dari perangkat tersebut terungkap, dan menurut beberapa indikator, perselisihan antara pabrikan dan operator masih berlangsung.

Panel RZA dilengkapi dengan proteksi mikroprosesor

kerugian

Banyak pembeli perangkat perlindungan relai berbasis mikroprosesor tidak puas dengan kinerja sistem ini karena:

• harga tinggi;

• perawatan yang rendah.

Jika terjadi kegagalan perangkat yang beroperasi pada basis semikonduktor atau elektromekanis cukup untuk mengganti satu bagian yang rusak, maka untuk perlindungan mikroprosesor seringkali perlu mengganti seluruh motherboard, yang biayanya bisa sepertiga dari biaya seluruh peralatan.

Selain itu, penggantian akan membutuhkan banyak waktu untuk mencari suku cadang: kemampuan untuk dipertukarkan pada perangkat semacam itu sama sekali tidak ada bahkan pada banyak jenis desain yang sama dari pabrikan yang sama.

Relai elektromekanis telah beroperasi dengan sukses selama lebih dari 35 tahun

Isu kontroversial

1. Keandalan tinggi dari perangkat perlindungan relai mikroprosesor dibandingkan dengan perlindungan elektromekanis

Produsen perangkat mikroprosesor dengan iklan menekankan tidak adanya bagian yang bergerak dalam sistem, yang terkait dengan pengecualian kondisi keausan mekanis. Juga ditambahkan di sini adalah masalah korosi logam dan penuaan isolasi pada struktur berbasis elektromekanis dan semikonduktor.

Pengalaman pengoperasian perlindungan elektromekanis sudah sekitar satu setengah abad Sebagian besar perusahaan energi di Rusia dan mitra CIS bekerja atas dasar ini. Banyak relai telah ditenagai selama beberapa dekade, dan sistem pemeliharaan dan pengoperasian yang dikembangkan memungkinkannya dijamin untuk digunakan dalam waktu yang cukup lama.

Faktanya, cacat isolasi dan korosi hanya dapat terjadi dalam dua kasus:

• pelanggaran teknologi produksi;

• penyimpangan dari aturan operasi dan pemeliharaan.

Jika kita mempertimbangkan masalah keausan mekanis pada bagian yang bergerak, maka harus diingat bahwa hal itu dipicu hanya selama pemeriksaan oleh personel yang dilakukan setelah beberapa tahun (dihitung dari waktu operasi) atau dalam kecelakaan yang sering terjadi. jarang.

Pada saat yang sama di perangkat mikroprosesor untuk perlindungan relai:

• sebagian besar komponen secara konstan memonitor sirkuit listrik dan bertukar sinyal satu sama lain;

• elemen input listrik secara konstan terpapar tegangan tinggi 220 volt, serta impuls dan nilai puncak dari proses transien;

• unit daya sirkuit pulsa berkecepatan tinggi beroperasi tanpa mematikan dengan pelepasan panas dan merupakan bagian utama dari kegagalan MPD.

2. Keandalan relai secara bertahap meningkat dari desain elektromekanis ke desain semikonduktor berdasarkan komponen diskrit, kemudian ke sirkuit terpadu dan tertinggi di antara perangkat mikroprosesor

Statistik menunjukkan keandalan relai elektromekanis yang lebih tinggi dibandingkan dengan analog semikonduktor dalam penggunaan sehari-hari. Gambaran sebaliknya diamati hanya ketika siklus peralihan meningkat menjadi beberapa ratus ribu atau jutaan.

Sirkuit terpadu menggunakan elemen elektronik dalam jumlah yang jauh lebih besar yang kurang tahan terhadap tegangan berlebih dibandingkan relai keadaan padat. Ini terutama benar ketika terkena listrik statis dan kebisingan elektromagnetik, yang selalu ada dalam peralatan listrik bertegangan tinggi.

Statistik kegagalan perangkat perlindungan relai mikroprosesor perusahaan Jepang membantah mitos tentang keandalan perlindungan mikroprosesor tertinggi. Juga, ini tidak termasuk "kegagalan perangkat lunak", yang seringkali tidak dapat dideteksi selama inspeksi, tetapi dapat terjadi kapan saja.

3. Keandalan perangkat perlindungan relai mikroprosesor ditingkatkan dengan diagnosis mandiri bawaan

Pertahanan berbasis mikroprosesor meliputi:

• konverter analog-ke-digital;

• memori (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROSESOR;

• Sumber Daya listrik;

• relai elektromagnetik keluaran;

• node input analog dan digital.

Komposisi blok perlindungan relai mikroprosesor

Semua komponen ini tercakup dalam berbagai cara oleh algoritme diagnosis mandiri dan tidak selalu dikontrol sepenuhnya.

Pemeriksaan internal dirancang untuk memberi sinyal dan memblokir pengoperasian perlindungan relai jika terjadi kesalahan pada sirkuitnya, bukan pada jaringan listrik perusahaan listrik. Oleh karena itu, tidak meningkatkan keandalan sistem tenaga.

4. Keandalan perangkat proteksi relai berbasis mikroprosesor lebih tinggi karena komponennya lebih tahan terhadap penuaan fisik

Dengan pengoperasian yang tepat, relai proteksi elektromagnetik yang diperkenalkan di Uni Soviet pada tahun 1970-an masih berfungsi dengan baik dan mempertahankan karakteristik teknisnya.

Kapasitor elektrolit bahkan dari perusahaan terbaik di Jepang, yang merupakan bagian dari perlindungan relai, setelah 7 tahun beroperasi dalam mengganti catu daya kehilangan sifat, kekencangan, dan membuat kebocoran elektrolit yang dapat menimbulkan korosi pada jalur tembaga papan sirkuit.

Statistik kerusakan MPD perusahaan Jepang

Pabrikan perangkat mikroprosesor melihat keinginan untuk mengurangi ukuran komponen elektronik dengan menciptakan mode dengan peningkatan pembuangan panas yang harus dikeluarkan dari sistem pendingin, yang tidak selalu dilakukan.

Kesulitan dalam bekerja

1. Kompatibilitas elektromagnetik

Mikroelektronika modern sangat sensitif terhadap radiasi elektromagnetik, dan set perangkat pelindung relai mikroprosesor dipasang di gardu induk yang beroperasi dalam kondisi kekuatan medan listrik yang meningkat, membutuhkan perlindungan berpelindung yang andal dengan akumulasi aliran potensial ke bumi.

Di banyak gardu induk, resistansi loop tanah tidak memenuhi persyaratan untuk pengoperasian perangkat proteksi relai mikroprosesor, yang menyiratkan sejumlah besar pekerjaan konstruksi. Jika tidak, perlindungan tersebut dapat menyebabkan operasi yang tidak sah jika terjadi gangguan elektromagnetik dalam sistem, yang dapat dengan mudah dibuat dengan sengaja, seperti serangan peretas terhadap perangkat lunak.

2. Tugas yang harus diselesaikan

Kegagalan satu perlindungan mikroprosesor menyebabkan konsekuensi yang lebih serius untuk listrik daripada kegagalan perlindungan elektromagnetik, karena secara fungsional perangkat perlindungan relai mikroprosesor melakukan tugas perlindungan elektromagnetik 3 ÷ 5.

3. Pelatihan staf

Sejumlah besar perusahaan di dunia dengan omset lebih dari miliaran dolar terlibat dalam produksi perangkat mikroprosesor untuk perlindungan relai. Di Rusia dan negara-negara CIS saja, lebih dari 10 perusahaan beroperasi di pasar dunia.

Setiap perangkat keamanan dibuat menggunakan teknologi unik yang mengecualikan pertukaran elemen dan perangkat lunak. Deskripsi teknis dengan petunjuk penggunaan adalah buku multi halaman dengan beberapa ratus lembar A4. Dibutuhkan banyak waktu dan pengetahuan khusus sebelumnya untuk mempelajarinya.

Ketika jenis baru perangkat perlindungan relai berbasis mikroprosesor tiba, bahkan dari pabrikan yang sama, proses pelatihan personel harus dimulai kembali.

kesimpulan

Perangkat perlindungan relai berbasis mikroprosesor adalah arah yang benar-benar progresif dalam pengembangan listrik.

Keandalan tinggi perangkat mikroprosesor untuk perlindungan relai, yang diumumkan oleh pabrikan, tidak selalu sesuai dengan kenyataan.

Personil yang melayani unit perlindungan mikroprosesor apa pun harus mengetahui semua kelemahan perangkat tersebut dan dengan terampil memperbaiki pengoperasiannya.

Sudah saatnya instansi pemerintah menangani masalah standardisasi dan membawa sistem proteksi relai berbasis mikroprosesor ke dalamnya.

Gurevich VI Kerentanan relai pelindung mikroprosesor: masalah dan solusi. — M.: Infra-engineering, 2014 — 248 hal.: Il.