Bezawaryjna praca urządzeń telemechaniki w sieciach SN i nN

95

Nieustanny rozwój energetyki oraz rosnące wymagania dotyczące niezawodności sieci SN i nN sprawiają, że wzrasta potrzeba zapewnienia pewnych źródeł zasilania dla urządzeń odpowiedzialnych za transmisję, monitorowanie oraz sterowanie obiektami, takimi jak stacje SN/nN, złącza kablowe SN oraz punkty rozłącznikowe SN.

Warunki środowiskowe pracy

Jednym z wyzwań dla operatorów systemów dystrybucyjnych jest spełnienie wymogów środowiskowych dla urządzeń monitorujących oddalone obiekty energetyczne. Dotąd układy telemechaniki były głównie instalowane w ogrzewanych budynkach stacji energetycznych.

Aktualne projekty rozbudowy sieci sprawiają, że większość szafek telemechaniki montowana jest na zewnątrz, np. na słupach energetycznych. Jednym z rozwiązań może być instalacja w szafkach dodatkowych grzałek/układów wentylacji. Jednak będą one działać poprawnie jedynie w czasie normalnej pracy sieci oraz dodatkowo mogą powodować stosunkowo duże straty pobieranej energii. W razie awarii sieci, grzałki nie będą zasilane a urządzenia teletechniczne zostaną narażone na wpływ warunków atmosferycznych (w skrajnych przypadkach nawet na zamarznięcie).

Innym sposobem na uniknięcie takich kłopotów jest stosowanie urządzeń odpornych na pracę
w trudnych warunkach temperaturowych oraz wytrzymałych na kondensację wilgoci. Układy zasilania gwarantowanego EPSITRON® (zasilacz wraz jednostką sterująco-ładującą) odpowiadają na te potrzeby, bez konieczności stosowania dodatkowych instalacji ogrzewania czy wentylacji dzięki wersjom z lakierowaną płytką drukowaną. Dopuszczalna temperatura pracy
w zakresie od -25°C do +70°C oraz temperatura zimnego startu na poziomie -40°C.

Rys. 1. UPS EPSITRON® ze zintegrowanym zasilaczem oraz baterią.

Battery Control – zaawansowany monitoring baterii akumulatorów

W projektach automatyzacji sieci SN i nN warto wykorzystywać bezprzerwowe zasilacze awaryjne (UPS) wyposażone w funkcję monitorowania stanu i parametrów pracy baterii. Urządzenia te, składają się z zasilaczy, jednostek ładująco-kontrolujących, jednej lub kilku baterii dobranych do oczekiwanego czasu działania oraz warunków środowiskowych. Gwarantują nie tylko bezprzerwową pracę, ale realizują również automatyczną diagnostykę baterii wraz z dopasowaniem parametrów ładowania w celu wydłużenia jej żywotności. Przekłada się to na pewność pracy pozostałych elementów układu: urządzeń do łączności, monitoringu i sterowania.

Rys. 2. Połączenie układu z funkcjonalnością Battery Control

Układy zasilania z rodziny EPSITRON® idealnie odpowiadają powyższym wymaganiom, m.in. dzięki zastosowanej funkcji Battery Control. Wyposażają ponadto użytkownika w szerokie narzędzia diagnostyczne.

Funkcja Battery Control przeprowadza szereg testów podłączonej baterii i w razie wykrycia błędu wyświetla alarmy:

  • ciągłości obwodu dołączonej baterii
  • uszkodzenia baterii
  • stopnia rozładowania oraz zużycia baterii

WAGO EPSITRON® wspierają również funkcjonalność ochrony akumulatorów przed głębokim rozładowaniem poprzez odłączenie baterii od układu. Dlatego też urządzenia te posiadają oddzielne wyjścia na zasilanie aparatury oraz do podłączenia baterii akumulatorów.

Zasilacze UPS realizują ładowanie baterii akumulatorów wg jednej z wybranych charakterystyk (U/U0/I), w zależności od napięcia baterii, stanu jej rozładowania oraz temperatury ogniw. Kompensacja wartości prądu i napięcia w zależności od temperatury baterii znacząco wpływa na wydłużenie czasu życia baterii.

Dzięki wykorzystaniu odpowiedniego „chipa” elektronicznego zabudowanego w baterii zasilacze EPSITRON®realizują również automatyczny test sprawności akumulatorów. Poprzez monitorowanie spadków napięć w sposób ciągły, UPS jest w stanie wysłać informację,  np. do systemu SCADA o obniżeniu parametrów pracy baterii. Ta funkcja wczesnego ostrzegania o konieczności wymiany akumulatorów pozwala na lepsze planowanie prac eksploatacyjnych i serwisowych.

Powyższe funkcje przyczyniają się do obniżenia kosztów eksploatacji poprzez:

  • unikanie zbędnych wymian sprawnych akumulatorów
  • redukcję ilości wyjazdów serwisowych
  • ułatwienie obsługi
  • redukcję przestojów instalacji
  • zwiększenie niezawodności pracy systemów łączności i sterownia.

Integracja z innymi urządzeniami oraz komunikacja z systemami SCADA

Zasilacze i UPS-y mogą komunikować się ze sterownikami telemechaniki oraz systemami SCADA w celu przekazywania kluczowych informacji do systemów zarządzania majątkiem sieciowym. Sygnały o konieczności, np. wymiany baterii z powodu utraty pojemności wygenerowane poprzez automatyczny test baterii mogą zmienić procesy podejmowania decyzji o sposobie eksploatacji.

WAGO EPSITRON® – komunikacja i sygnalizacja:

  • konfiguracja poprzez sterownik obiektowy (np. z wykorzystaniem serwera WWW w sterowniku telemechaniki PFC200)
  • funkcja monitorowania poprzez bezpotencjałowe styki
  • interfejs RS-232: parametryzacja i monitorowanie
  • sygnalizacja LED/wyświetlacz
  • konfiguracja poprzez laptopa i oprogramowanie WAGO
  • opcjonalnie zewnętrzne moduły komunikacji MODBUS lub DNP3.0

Dzięki zdalnej komunikacji o stanie pracy systemu zasilania unikamy sytuacji, gdy w wyniku jego awarii lub niewystarczającej pojemności baterii tracimy informację o stanie pracy obiektu, co może przełożyć się na jakościowe wskaźniki dostaw energii (SAIDI, SAIFI).

Bezpieczeństwo obsługi – zabezpieczenia obwodów 24 V DC

Układy telemechaniki składają się z co najmniej kilku urządzeń:

  • sterownika telemechaniki
  • modemu
  • sygnalizatorów zwarć
  • zasilacza
  • akumulatorów
  • napędu rozłącznika.

Skupiając się na urządzeniach pomijamy często ważny aspekt, jakim jest niezawodna instalacja zasilania 24 V DC, która powinna być sekcjonowana, a jej działanie nie może być uzależnione od przypadkowego zwarcia w jednym z obwodów.

Urządzenia WAGO EPSITRON® są zabezpieczone:

  • przed przeciążeniem, zwarciem (po stronie AC i DC) – funkcja TopBoost oraz zabudowa bezpiecznika przy baterii, opcjonalnie zastosowanie elektronicznych wyłączników nadprądowych 24 V DC
  • przed przepięciem (warystory, opcjonalnie zewnętrzny ogranicznik przepięć).

Zaawansowane wersje zasilaczy mają zdolność forsowania prądu zwarcia – funkcja TopBoost. Mogą one przez krótki czas podawać na wyjściu prąd o kilkukrotności prądu znamionowego,
co wpływa na wyzwolenie dobrze dobranego, elektromagnetycznego wyłącznika nadprądowego.

Zasilacze UPS posiadają również podłączenie zasilania oraz baterii akumulatorów poprzez moduły wtykowe umożliwiające jego szybką wymianę bez ryzyka zwarcia obwodów AC i DC.

Dla układów, w których przewidziano sterowanie aparatami zasilacz ma zapas mocy, aby zapewnić zasilanie napędu rozłącznika/wyłącznika w przypadku pracy z zasilacza, jak i pracy bateryjnej. Minimalny prąd wyjściowy do zasilania urządzeń to 20A. Dla układów, w których nie przewidziano sterowania aparatami, zasilacz posiada oddzielne wyjścia na zasilanie aparatury oraz do podłączenia baterii akumulatorów – minimalny prąd wyjściowy do zasilania urządzeń to 5A.

Proponowane zestawienie układu zasilania gwarantowanego:

  • układy z możliwością sterowania łącznikami SN
  • układy pracujące jako zdalne wskaźniki zwarć w sieci SN

Źródło: Adrian Dałek,WAGO Elwag