3tom250

8. ELEKTROENERGETYCZNA AUTOMATYKA ZABEZPIECZENIOWA 502

— suma logiczna Y = A + B

— iloczyn logiczny Y = A ■ B

— negacja iloczynu y = A B = A + B_

— negacja sumy y= A + B = A-B

Uwaga: kreska nad symbolem oznacza jego negację.

Elementy statyczne czasowe wykorzystują zjawisko ładowania (wyładowania) kondensatora z określoną stałą czasową oraz niekiedy — dla zwiększenia zakresu — układy zliczające impulsy pochodzące z generatora (np. przerzutnika astabilnego).

Połączenie elementów logicznych — bardzo często ujednoliconych, przy użyciu bowiem negacji sumy lub negacji iloczynu można zrealizować każdą funkcję logiczną

— tworzy logiczną strukturę zabezpieczeń. Moce wyjściowe statycznych elementów logicznych są ograniczone, co powoduje trudności z elementami wyjściowymi do sterowania cewek wyłączników. Stosuje się więc stykowe elementy wyjściowe lub też elementy tyrystorowe.

8.5.6. Układy cyfrowe

Dostępność na rynku, niskie ceny oraz niezawodność elementów cyfrowych (mikroprocesorów, pamięci, elementów wejścia-wyjścia) spowodowały, że na świecie użytkuje się coraz więcej cyfrowych układów zabezpieczeniowych. Dotyczy to zarówno poszczególnych zabezpieczeń, jak i zintegrowanych układów sterowania stacjami, realizujących także funkcje zabezpieczeniowe. Podstawowe zalety rozwiązań cyfrowych są następujące:

— obszerna pamięć umożliwiająca magazynowanie znacznej ilości informacji, a więc podejmowanie decyzji na podstawie większej liczby danych;

— łatwość komunikowania się z innymi urządzeniami cyfrowymi, co zarówno zwiększa liczbę danych, jak i umożliwia wzajemne rezerwowanie poszczególnych elementów układu;

— możliwość stosowania bardziej złożonych metod przetwarzania sygnałów analogowych oraz złożonych warunków logicznych, pozwalająca na tworzenie układów wielokryterialnych;

— łatwość automatycznego samotestowania układów, dokonywanego ze względnie dużą częstością;

— ułatwienie współdziałania z obsługą;

— potencjalna możliwość zmniejszenia okablowania obwodów wtórnych;

— możliwość współpracy z niekonwencjonalnymi przekladnikami prądowymi i napięciowymi.

Sygnały

analogowe

Filtracja

analogowa

kondycjonowanie

Wstępne

przetwarzanie

Algorytmy pomiarowe i logiczne

Sygnały

wyjściowe

Rys. 8.23. Blokowa struktura przetwarzania sygnałów analogowych w systemach cyfrowych

Zabezpieczenia cyfrowe są odmienne od analogowych, szczególnie w zakresie przetwarzania sygnałów ciągłych. Strukturę blokową tej operacji podano na rys. 8.23. Sygnały analogowe muszą być wstępnie filtrowane i kondycjonowane, tj. dostosowane do poziomu prądu lub napięcia przyjmowanego przez przetworniki analogowo-cyfrowe. Stosuje się filtrację dolnoprzepustową o częstotliwości odcięcia/„ (wybieranej w zakresie między 1/2 a 1/4 częstotliwości próbkowania przetwornika analogowo-cyfrowego). Ma to na celu wyeliminowanie z sygnałów tych składowych, które w procesie próbkowania mogłyby wnieść błąd nieusuwalny.

Drugi blok to konwersja analogowo-cyfrowa, na ogół poprzedzona przez multiplek-sowanie, tj. operację kolejnego podawania sygnałów analogowych na jeden przetwornik A/C. Przy wyborze przetwornika należy zadecydować o wartości dwóch jego parametrów:

— częstotliwości próbkowania f każdego z sygnałów;

— długości słowa, czyli liczby bitów zapisujących wartość każdej próbki w systemie dwójkowym.

Częstotliwość próbkowania f powinna być co najmniej 3+4-krotnie większa od częstotliwości tej składowej sygnału, której wartość jest istotna dla działania układu. W układach zabezpieczeń cyfrowych najczęściej stosuje się próbkowanie sygnałów z częstotliwością większą niż 600 Hz. Długość słowa decyduje o błędzie kwantowania. W zabezpieczeniach stosuje się przeważnie przetworniki o słowach co najmniej 12-bitowych.

Na wyjściu przetworników uzyskuje się sygnały zdigitalizowane, czyli w postaci ciągu próbek zapisanych cyfrowo. Sygnały te przetwarza się wstępnie, co oznacza:

— filtrację cyfrową częstotliwościową, która eliminuje składowe nie używane w procesie pomiarów;

— filtrację składowych symetrycznych realizowaną cyfrowo;

— weryfikację, wykrywającą błędy grube w wartościach próbek poszczególnych sygnałów.

Częstotliwościowa filtracja cyfrowa może być realizowana za pomocą filtrów nierekur-sywnych i rekursywnych. Typowy algorytm działania filtrów nierekursywnych dla cyfrowej postaci sygnału prądowego i(n) jest zależnością

«>(«) = Z *(»-*)<% (⁸-³¹)

A-O

gdzie: ifin) — cyfrowy sygnał prądowy na wyjściu filtru; i(n) — cyfrowy sygnał prądowy na wejściu filtru; p — liczba próbek tworzących tzw. okno pomiarowe; a_k — współczynniki wagowe.

Natomiast typowy algorytm działania filtrów rekursywnych jest dany zależnością '/(”)= Z *(»—*)«*— Ź '/(«-*)hi (8-32)

k~0 A=1

przy czym a_k, b_k — współczynniki wagowe.

Najczęściej filtracja służy do wydobycia składowej podstawowej (o częstotliwości 50 Hz) sygnału.

Następny blok na rysunku 8.23 realizuje algorytmy mierzące wielkości kryterialne. Mogą to być różnorodne wielkości, ale najczęściej są to: amplitudy sinusoidalnych składowych podstawowych, moce czynne i bierne, rezystancje i reaktancje oraz częstotliwość lub jej odchylenie od 50 Hz. Istnieją setki algorytmów realizujących pomiary tych parametrów. Poniżej dla przykładu przedstawiono te najbardziej oczywiste, choć niekoniecznie najlepsze czy też najczęściej używane.

Jeśli i{n) jest n-tą próbką sinusoidalnego przebiegu prądowego, to amplitudę tego przebiegu można wyznaczyć z zależności

L = Ji\n)+i²(n-m/4) (8.33)

gdzie: m — liczba próbek w jednym okresie sinusoidy przebiegu prądu; i(n—m/4)