Устройство ввода аналоговой и дискретной информации в мпт защиты и двигателей

• Название: Устройство ввода аналоговой и дискретной информации в мпт защиты и двигателей
• Дата: 01.06.2021
• Размер: 65.63 Kb.
• Имя файла: EAU_KP_E-13-17_Arkhipov_A_G_1.docx
• Тип: Курсовой проект; #212839

ФГБОУ ВО

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ





Кафедра Релейной Защиты и Автоматизации Энергетических Систем

Курсовой проект

по дисциплине:

«Элементы автоматических устройств»

на тему:

«Устройство ввода аналоговой и дискретной информации в МПТ защиты и двигателей»

Выполнил:	Архипов А.Г.
Группа:	Э-13-17
Проверил:	Рыбин С.Н.

Москва, 2020 г.

Оглавление

1. Техническое задание 2

2. Введение 3

Расчёт АЦП 5

Список литературы 7

1. Техническое задание

Целью курсового проекта является разработка принципиальной электрической схемы устройства ввода.

1. Технические требования по аналоговым цепям.

1.1. Номинальный переменный ток , A: 5/1/0,2

1.2. Номинальный диапазон токов, : 0,1÷30.

1.3. Диапазон рабочих токов, : 0÷100.

1.4. Погрешность измерений токов в диапазоне от 0,25 до 1,5 , %: не более 1,0.

1.5. Номинальное переменное напряжение , В: 100.

1.6. Номинальный диапазон напряжений, : 0,1÷1,3.

1.7. Диапазон рабочих напряжений : 0÷2,0.

1.8. Погрешность измерений напряжений в диапазоне от 0,25до 1,5 , %: не более 0,5.

1.9. Частота дискретизации по каждому каналу измерения, Гц: 1000.

1.10. Необходимо обеспечить единовременность замеров мгновенных значений сигналов по всем каналам измерения.

1.11. Интерфейс АЦП: последовательный.

1.12. Между АЦП и выходом устройства предусмотреть оптронную развязку.

2. Технические требования по дискретным цепям.

2.1. Количество дискретных входов (ДВ): 12.

2.2. Номинальное напряжение сети оперативного постоянного тока : 220В.

2.3. Максимальное рабочее напряжение, В: 242.

2.4. Уровень напряжения логической «1», : 0,65÷1,0.

2.5. Уровень напряжения логического «0», : 0÷0,6.

2.6. Установившееся значение входного тока, mA: 3.

2.7. Электрическая прочность изоляции между гальванически развязанными входной и выходной цепями ДВ: не менее 2кВ.

2.8. ДВ должны быть защищены от перенапряжений в цепи СОПТ и подключения обратной полярности.

2. Введение

Современные разработки в области микропроцессорной техники позволили создать полноценные устройства релейной защиты и автоматики, которые являются альтернативной заменой электромеханическим устройствам.

Приведем основные преимущества и недостатки микропроцессорных терминалов релейной защиты и автоматики (МПТ РЗА), а затем кратко охарактеризуем ТОР-200-Д, как МПТ РЗА наиболее используемый для защиты двигателей.

Преимущества МПТ РЗА:

• 
  Многофункциональность;
  

Кроме основной задачи РЗА — ликвидации аварийных режимов, новые технологии позволяют реализовать ряд дополнительных функций. Например, терминал защит линий 110 кВ выполняет функции дистанционной защиты, токовой направленной защиты нулевой последовательности, а также осуществляет измерение основных электрических величин. На ЖК-дисплее данного устройства персонал, обслуживающий данную электроустановку, может контролировать нагрузку данной линии по фазам, напряжение, потребляемую активную и реактивную мощность.

• 
  Снижение массы и габаритов и удобство в эксплуатации;
  

Отказ от электромеханических и статических реле, обладающих значительными габаритами, позволил более компактно размещать оборудование на панелях РЗА. Такие конструкции стали занимать значительно меньше места. При этом управление посредством сенсорных кнопок и дисплея стало более наглядным и удобным.[2]

• 
  При использовании традиционных устройств защиты необходимо применение дополнительных согласующих трансформаторов для компенсации различия коэффициентов трансформации измерительных ТТ и учёта группы соединения обмоток силового трансформатора; в цифровых устройствах защиты эти функции выполняются на программном уровне;
  
• 
  Возможность выполнения пофазных измерений, благодаря чему обеспечивается необходимая чувствительность при всех видах КЗ и надёжное срабатывание при возникновении сложных повреждений. [3]
  

Недостатки:

• 
  Высокая стоимость;
  
• 
  Низкая ремонтопригодность;
  
• 
  Потребность в более обширных знаниях персонала.
  

Терминалы «ТОР 200-Д» предназначены для использования в качестве защиты и автоматики выключателей асинхронных и синхронных двигателей мощностью до 5 МВт.

В них производится расчёт температуры обмоток двигателя по замеру тока статора с учётом предварительного режима нагрузки. Учитываются условия охлаждения двигателя, что позволяет более точно вычислить допустимую загрузку двигателя в режимах циклических кратковременных перегрузок двигателя, а также при повторных пусках. При достижении опасного уровня нагрева двигателя производится отключение и запрет включения. Разрешение на повторное включение даётся после охлаждения при достижения безопасного уровня нагрева обмоток с учётом последующего пуска. Учитывается ограничение количества пусков двигателя в соответствии с разрешёнными по паспорту данными. Защита от межвитковых замыканий в обмотке статора обеспечивается измерительным органом, реагирующим на ток обратной последовательности.

В данном терминале реализованы следующие защиты:

• 
  защита от перегрузки;
  
• 
  защита асинхронного хода;
  
• 
  защита пусковых режимов;
  
• 
  одноступенчатая ненаправленная токовая защита от междуфазных замыканий;
  
• 
  одноступенчатая ненаправленная токовая защита от замыканий на землю;
  
• 
  одноступенчатая направленная токовая защита от замыканий на землю;
  
• 
  одноступенчатая защита от замыканий на землю (на высших гармониках);
  
• 
  защита от несимметричных режимов работы по току обратной последовательности (I2) и по току несимметрии (Id);
  
• 
  защита от снижения нагрузки;
  
• 
  УРОВ с отдельным токовым органом;
  
• 
  однофазная или трёхфазная одноступенчатая защита минимального напряжения;
  
• 
  одноступенчатая защита по напряжению нулевой последовательности;
  
• 
  организация цепей блокировки ЛЗШ.
  

Особенности:

• 
  учёт предварительной нагрузки двигателя;
  
• 
  учет режима самозапуска;
  
• 
  селективная защита от замыканий на землю;
  
• 
  запрет включения двигателя при перегреве;
  
• 
  дополнительный модуль входных/выходных сигналов (по заказу);
  
• 
  режим тестирования.
  

Состав устройства:

• 
  количество аналоговых каналов – 8 (4 тока и 4 напряжения);
  
• 
  количество дискретных входов – 12;
  
• 
  количество выходных реле – 11;[4]
  

Расчёт АЦП

Найдём число квантов, необходимое для работы АЦП:

(1.1)

Поясним расчёт данной формулы:

• 
  Поскольку относительная погрешность квантования составляет , следовательно, для обеспечения 1% погрешности необходимо 100 квантов.
  
• 
  ???(Забыл, как объяснить отношение )
  
• 
  Коэффициент учитывает амплитудные значения аналогового сигнала
  
• 
  Коэффициент 2 учитывает, что сигнал может быть как положительным, так и отрицательным, т.е. двухполярным.
  

Теперь, зная необходимое количество квантов для нормальной работы АЦП, можно найти его разрядность по формуле:

, (1.2)

где n – разрядность АЦП, N – общее число квантов.

Попробуем взять n=15:

, как видим, 15-ти разрядный АЦП не удовлетворяет требованию.

Возьмём n=16:

, т.е. для обеспечения правильной работы АЦП необходимо 16 разрядов.

Поскольку в «ТОР-200-Д» 8 аналоговых входов, то это значит, что данный МПТ РЗА каждую миллисекунду должен «оцифровать» 8 аналоговых сигнала или, другими словами, в течение периода промышленной частоты (20 мс) должно быть обработано 160 сигналов.

Быстродействие АЦП определяется общим числом каналов тока и напряжения (в нашем случае – это 8, где из них 4 по току и по 4 напряжению), а также частотой дискретизации по каждому каналу измерения, которая согласно ТЗ составляет .

Таким образом, время преобразования АЦП должно составлять не более:



Теперь выберем из каталога АЦП.

Список литературы

1. 
   Рыбин С.Н., Аппаратные элементы микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, учебное пособие, Изд-во МЭИ, 2018 г.
   
2. 
   Молодой учёный, Международный научный журнал, № 29 (133) / 2016, ISSN 2072-0297.
   
3. 
   Циглер Г., «Цифровая дифференциальная защита. Принципы и область применения/ Г.Циглер; пер. с англ. / под ред. А.Ф. Дьякова – М.:Знак, 2008 г.
   
4. 
   Терминал защиты и автоматики двигателей «ТОР 200-Д х2
   

https://relematika.ru/produkty/tor_200/tor-200_d/