Staranna analiza i wykonanie zabezpieczeń są podstawą prawidłowego funkcjonowania sieci elektroenergetycznych. W dążeniu do ułatwienia i bezpieczniejszej obsługi, konserwacji oraz rozbudowy sieci, Phoenix Contact rozszerzył funkcjonalność swojego systemu do testowania i badania zabezpieczeń Fame.

Sieci elektroenergetyczne są modernizowane i rozbudowywane oraz coraz dokładniej nadzorowane. Zwiększa się ilość pomiarów ważnych wielkości, uzyskane dane są zbierane i przetwarzane. Elektrownie, parki solarne, instalacje wiatrowe, krajowe linie przesyłowe i wielkie napędy także, tak jak sieci elektroenergetyczne, wymagają zabezpieczeń przetężeniowych i zwarciowych. Powoduje to stały wzrost zapotrzebowania nakładów na doglądanie i konserwację zabezpieczeń.

Rys. 1. Phoenix Contact rozszerzył funkcjonalność systemu do testowania i badania zabezpieczenia elektro-energetycznego

Układy zabezpieczeń

W układach zabezpieczeń często stosowane są modułowe złączki rozłączne do przekładników (rys. 2). Zależnie od aplikacji, potrzebna konfiguracja jest zakładana na znormalizowanej szynie i konfigurowana, odpowiednio do potrzebnego układu połączeń, adapterami probierczymi, zwierającymi mostkami łączeniowymi oraz uziemionymi punktami gwiazdowymi. Możliwy jest przy tym wybór złączek z dowolnymi przyłączami, z zaciskami śrubowymi, sprężynowymi, bolcowymi i z wtykowym łączeniem bezpośrednim. Zwierające mostki łączeniowe wykonane są albo jako bezśrubowe, albo z suwakiem ze śrubą dobezpieczającą – tak jak i odłączniki w złączkach. Dzięki wtykanym mostkom punkty gwiazdowe mogą być integrowane ze złączkami szynowymi.
Jednak wymagana kolejność czynności łączeniowych i testowych przekładnikowych złączek odłącznikowych nie zawsze może być blokowana mechanicznie. Prócz tego w listwie pozostają gniazda pomiarowe i muszą być one uwzględniane dla każdego punktu pomiarowego. Obwody pola muszą być chronione przed nieautoryzowanym dostępem i musi być możliwe wykonywanie testów również przy zamkniętych drzwiach. Nie montuje się jednak przekładnikowych złączek odłącznikowych w drzwiach. Dla takich zastosowań lepsze są wtykowe systemy pomiarowe.

Rys. 2. Złączki rozłączalne do przekładników oferują wysoką uniwersalność dla niemal wszystkich układów połączeń

Wtykowy system pomiarowy Fame

Wtykowe systemy pomiarowe muszą realizować złożony układ pomiarowy w jednym procesie wtykania, łączącym zabezpieczenie z urządzeniem pomiarowym, i muszą wykonywać pewnie oraz z wymuszonym sterowaniem wszystkie niezbędne czynności łączeniowe. Przy czym liczba wszystkich możliwych połączeń jest duża. Z tego powodu system pomiarowy Fame firmy Phoenix Contact jest modułowy, dowolnie konfigurowalny i łatwy w obsłudze. Ułatwia to wykonanie elastycznej listwy pomiarowej – liczne kolejne operacje łączeniowe przekładnikowych złączek odłącznikowych realizowane są w jednym tylko, sterowanym równolegle procesie wtykania. Szczegółowa wiedza o kolejności łączenia nie jest konieczna, tylko wtyk pomiarowy musi być prawidłowo przyłączony. Personel obsługujący może łatwiej i wygodniej przeprowadzać pomiary. Dla zapobieżeniu błędnemu wetknięciu wtyków pomiarowych, mogą być one kodowane.

Ochrona przed dotykiem
Ważnym aspektem bezpieczeństwa jest też ochrona przed dotykiem – przekładnikowe złączki odłącznikowe już od dawna są zabezpieczane przed dotykiem palcem. Również system wtyków pomiarowych Fame jest, zarówno w strefie wtykania jak i przyłączy, w wykonaniu zabezpieczającym przed dotykiem. Punkty gwiazdowe zestawów przekładników prądowych mogą być wykonywane do wyboru również bezpośrednio na listwie pomiarowej. Dzięki temu zbędna staje się listwa kontrolna złączek szynowych montowanych na szynie nośnej wewnątrz szafy.

Rys. 3. Wtykowa listwa kontrolna systemu Fame 1 wymaga wtyku roboczego – przekładniki prądowe, napięciowe oraz sygnały sterujące są na różnych wtykowych listwach kontrolnych

Strefy wtykania z funkcją styku zwiernego i rozwiernego

Przy zastępowaniu listew kontrolnych zbudowanych z przełączeniowych złączek szynowych wtykowymi systemami pomiarowymi dostępne są dwa warianty: strefa wtykanie działa jako styk zwierny lub rozwierny. Obwód przekładnika prądowego nie może być otwarty pod obciążeniem, gdyż może to prowadzić do niebezpiecznych sytuacji, aż do zniszczenia przekładnika. Z tego powodu gniazdo ze strefą wtykania musi być w stanie automatycznie zamykać wyprzedzający styk zwierający. Ma to miejsce w przypadku styków zwiernych pierwszej wersji systemu Fame 1 (rys. 3).
Ponieważ położenie wtykanego mostka zwierającego jest wybierane dowolnie, możliwe jest przyłączanie przekładników prądowych od dołu lub od góry. Wymiana przyrządu pomiarowego wraz z wyprzedzającym zwieraniem przekładników prądowych wykonywana jest bez wetkniętego wtyku. Do normalnej pracy potrzebny jest wtyk roboczy, który zwiera styki zwierne. Przy pomiarach, gdy sygnały włączone są w układ pomiarowy lub symulowane jest przeciążenie, wtyk pomiarowy dopasowywany jest do wymaganego układu pomiarowego.

Rys. 4. W systemie Fame 2 przekładniki prądowe, napięciowe oraz sygnały sterujące są na jednej wtykowej listwie pomiarowej

Fame 2
Innym rozwiązaniem jest system Fame 2, gdzie przekładnik prądowy na styku rozwiernym jest zwarty bez wetkniętego wtyku, mając niskoomowe obciążenie. Styk rozwierny gniazda nowego Fame 2 jest zamknięty nawet bez wetkniętego wtyku, tworząc warunki jak dla stanu roboczego (rys. 4). Wyprzedzające zwieranie następuje przez wetknięcie wtyku pomiarowego z mostkiem zwierającym – na przykład przy wymianie urządzenia zabezpieczającego. Pomiary realizowane są tu także z użyciem wtyku pomiarowego, który może być konfigurowany do każdego potrzebnego układu połączeń.

Zalety i wady
Każde z obu powyższych wykonań ma swoje zalety i wady. W Fame 1 – z funkcją styku zwiernego – potrzebne zwarcie wykonywane jest na wtykowej listwie pomiarowej. Jeżeli wtyk jest wyciągnięty, to automatycznie zwarty jest odpowiedni styk. Wadą jest wtyk roboczy, który wprawdzie zakrywa strefę wtykania, ale o którym można zapomnieć po wykonaniu pomiarów. Wówczas linia pozostawałaby bez zabezpieczenia. W Fame 2 – z funkcją styku rozwiernego – do każdej listwy pomiarowej musi być użyty prawidłowo skonfigurowany wtyk pomiarowy, mający mostki zwierające we właściwych miejscach. Z tego powodu wtyki te bezwzględnie muszą być kodowane. Utrudnieniem tego rozwiązania jest konieczność posiadania ze sobą, przez osobę dokonująca pomiary, kilku wtyków pomiarowych, o ile nie są one przechowywane w stacji elektroenergetycznej.

Łatwy montaż

Zależnie od aplikacji listwa pomiarowa montowana jest na drzwiach lub w rozdzielnicy i ma przyłącza z zaciskami sprężynowymi push-in lub śrubowe. W aplikacjach wysokonapięciowych przekładniki łączone są często jednodrutowymi żyłami o przekroju do 10 mm². Nie można ich jednak doprowadzić do ruchomych drzwi. Dla zaoszczędzenia miejsca, listwy kontrolne można zamontować bezpośrednio na znormalizowanej szynie nośnej 35 mm. Do zacisków przyłączeniowych Fame można wprowadzać przewody sztywne do 10 mm² lub giętkie, z tulejkami i kołnierzem z tworzywa sztucznego do 6 mm2. Oprzewodowanie aplikacji średnionapięciowych, w których stosowane są przewody giętkie, wykonywane jest również na drzwiach rozdzielnic. Otwory pod listwy kontrolne mają kształt prostokąta, mimośród rygluje listwę w wycięciu bez potrzeby wiercenia dodatkowych otworów. To opatentowane mocowanie działa również przy tolerancjach + 1 mm / -3 mm.
Nawet pojedyncza osoba może wykonywać pomiary np. według VDE przy zamkniętych drzwiach. Styki wtykowych połączeń zaprojektowane są dla napięcia znamionowego 500 V przy 30 A i wytrzymują ponad 500 cykli wtykania.

Rys. 5. Przy wyciąganiu wtyku opatentowany mechanizm obrotowy uchwytu zapewnia, przy użyciu małych sił, dokładne zachowanie sekwencji czasowej łączenia sygnałów

Mechanizm obrotowego uchwytu

Aby odstępy łączeniowe nie ulegały z czasem zmianom w wyniku ukośnego wtykania i aby nie dochodziło do niezamierzonego zadziałania zabezpieczenia, wtyki mają z lewej i prawej strony mocno wyróżnione prowadnice. Przy wyciąganiu obrotowy mechanizm wspomaga użytkownika (rys. 5). Przez obrót uchwytu o 90^o wtyk ustawiany jest w położeniu pośrednim. Obwody przekładników mają połączenie i mogą być ponownie sprzężone. Dopiero po obróceniu dźwigni z powrotem o 90^o wtyk jest odblokowany do całkowitego wyciągnięcia.
Ponieważ typowe obwody systemów zabezpieczeń mogą być standaryzowane a wtyki pomiarowe Fame 2 wyposażane są w mostki zwierające – wtyki są kodowane. Np. VDE w dokumencie Wtykowe systemy pomiarowe dla urządzeń zabezpieczających zawarł służącą temu celowi specyfikację techniczną. Dzieli ona układy na warianty 7-, 14- i 19-biegunowe o różnych zastosowaniach i kodowaniach. Phoenix Contact oferuje, oprócz dowolnie konfigurowanych listew kontrolnych, obszerną ofertę produktów zgodnych z tą specyfikacją. Również gniazda pomiarowe na wtykach pomiarowych muszą umożliwiać bezpieczną pracę. Są one tak umieszczone, że bezpieczne przewody pomiarowe typu CAT III/1000 V oraz CAT IV/1000 V mogą być łatwo wtykane w rzędzie jeden za drugim. Prócz tego do każdego bieguna można przyłączyć przewód z kablową końcówką widełkową lub oczkową.

Rys. 6. Różne długości pinów styków umożliwiają uzyskanie w modułowym wtykowym systemie pomiarowym dowolnej kolejności łączenia

Sekwencja czasowa przy łączeniu

Przy funkcji styku rozwiernego w Fame 2 sygnały mogą być łączone również z przesunięciem w czasie – dzięki zastosowaniu wtyków pomiarowych i pinów styków o maksymalnie trzech różnych długościach (rys. 6). Przy wtykaniu wtyku najdłuższy pin jako pierwszy otwiera styk, a najkrótszy odpowiednio jako ostatni. W normalnej pracy styk rozwierny urządzenia zabezpieczającego otwierałby się pierwszy. W tym samym czasie możliwe jest działanie styku zdalnej sygnalizacji Tryb pomiarowy w instalacjach zgodnych z IEC 61850. Średnie piny rozłączają napięcia pomocnicze, sygnały i przekładniki napięciowe, a najkrótsze przewidziane są dla przekładników prądowych – zwierane i otwierane są one jako ostatnie. Do tej funkcji wyprzedzającego zwierania stosowana jest specjalna, opatentowana sprężyna stykowa z dwiema strefami stykowymi. Przy wtykaniu najpierw dociera się do styku pomocniczego i realizowane jest zwieranie, zanim styk główny zostanie rozwarty i przejmie zwarty obwód.

Torsten Schloo
Autor pracuje jako
Produkt Manager ds. energetyki
w firmie Phoenix Contact (Niemcy)

Dariusz Chiliński
Autor pracuje jako
Produkt Manager ds. technik połączeń
w firmie Phoenix Contact (Polska)