of 30/30
Aparate Electrice Speciale Relee Digitale

Aparate Electrice Speciale - iota.ee.tuiasi.roiota.ee.tuiasi.ro/~aplesca/cursAES/Curs AES Capitol 7.pdf · Consideraţii generale Releele reprezintă categoria cea mai importantă

  • View
    214

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Aparate Electrice Speciale - iota.ee.tuiasi.roiota.ee.tuiasi.ro/~aplesca/cursAES/Curs AES Capitol...

  • Aparate Electrice Speciale

    Relee Digitale

  • Consideraii generale

    Releele reprezint categoria cea mai important de aparate electrice din cadrul unei instalaii de protecie i comand automat. n general, prin releu se nelege un aparat care fiind supus unei aciuni exterioare, realizeaz automat o anumit operaie, pentru o gam dat de valori ale mrimii aplicate la intrare care provoac acionarea acestuia.

    Dup principiul de funcionare a elementelor sensibile, se deosebesc urmtoarele relee electrice: electromagnetice (neutre); electromagnetice polarizate; magnetoelectrice; electrodinamice; de inducie; magnetice; electrotermice.

    Dup principiul de funcionare a elementelor executoare, distingem: relee cu contacte; relee fr contacte (variaie brusc a inductivitii, capacitii electrice, bazate pe amplificatoare electrice, electromagnetice - relee magnetice i electronice).

  • Dup caracterul parametrilor de intrare, deosebim relee de: curent; tensiune; putere; frecven; timp.

    Dup modul de legare a elementului sensibil, avem relee: primare - conectate direct n circuitul de comand (intrare); secundare - conectate prin intermediul convertoarelor; intermediare - acionate prin intermediul elementelor de execuie ale altor relee.

    Dup modul de acionare asupra obiectului comandat, distingem relee: cu aciune direct; cu aciune indirect (prin intermediul altor aparate).

    Funcie de valoarea timpului de acionare - ta - releele se mpart n: relee ultrarapide (fr inerie) - ta < 0.001[s]; relee rapide - ta < 0.05[s]; relee normale - ta = 0.05...0.15[s]; relee lente - ta = 0.15...1[s]; relee de timp (cu temporizare) - ta > 1[s].

  • Releul se compune din trei elemente funcionale distincte care se pot urmri i pe schema bloc din Fig.7.1.

    Fig.7.1 Schemele releelor i simbolizare: a) schema bloc; b) schema desfurat; c) simbol pentru releul de protecie

  • Mrimile care caracterizeaz un anumit releu sunt urmtoarele:

    natura mrimii de intrare (sau acionare);

    puterea ce trebuie absorbit la intrare pentru ca releul s acioneze (cu valori cuprinse ntre sub 1W i circa 40W);

    curentul (puterea) rezultat n circuitul de ieire, n condiiile unei tensiuni admisibile date i n funcie de natura sarcinii;

    numrul i poziia contactelor releului : un releu poate avea un numr de contacte normal deschise i (sau) un numr de contacte normal nchise;

    domeniul de acionare sau gama de reglaj pentru mrimea de intrare;

    timpul propriu de acionare, care msoar timpul scurs ntre momentul aplicrii mrimii de acionare, pn la nchiderea contactelor (de la valori de circa 10-50ms, la relee instantanee, la valorii de 0.1.10s i mai mult, n cazul releelor cu acionare temporizat prin construcia lor).

  • Caracteristica intrare- ieire - reprezint legtura, cu caracter discontinuu, ntre mrimea de intrare x i mrimea de ieire y, Fig.7.2.

    axrx fx

    maxy

    miny

    Fig.7.2 Caracteristica intrare - ieire (static) a unui releu (cu contacte)

  • Releele electromagnetice - au ca organ principal un mecanism electromagnetic, Fig.7.3, care cumuleaz funcia de element sensibil i element comparator (intermediar); n consecin, caracteristicile stabilite la electromagneii de curent continuu i curent alternativ sunt valabile, dup caz, i la releele electromagnetice.

    Fig.7.3 Electromagnet tip plonjor

  • Relee magnetoelectrice funcionarea acestor relee se bazeaz pe cuplul care se exercit asupra unei bobine parcurse de curent continuu de ctre cmpul magnetic al unui magnet permanent. n Fig.7.4 este prezentat schematic un releu magnetoelectric. n ntrefierul magnetului permanent 1 se gsete un miez cilindric 2, de fier moale, n jurul cruia se poate roti un cadru mobil 3, care poart bobina 4 a releului. Odat cu rotirea ntr-un sens sau altul a cadrului mobil se deplaseaz contactul fix 6, solidar cu cadrul, ceea ce provoac nchiderea sau deschiderea contactelor fixe 7.

    Fig.7.4 Releu magnetoelectric

  • Relee de inducie - sunt relee electrice cu contacte a cror funcionare se bazeaz pe cuplurile i forele electromagnetice care se exercit asupra unor conductoare masive sau filiforme (situate ntr-un cmp magnetic variabil n timp), n care se induc cureni prin inducie electromagnetic.

    Relee termice - au la baz fenomenul de dilatare termic a unei lamele care este nclzit ca urmare a trecerii unui curent electric prin conductorul bobinat pe aceasta. Principalul dezavantaj al releelor termice este ineria mare, motiv pentru care nu pot fi utilizate n cazul proteciei la suprasarcin de scurt durat (scurtcircuit).

    Releele statice - din punct de vedere al rapiditii de acionare, releele electronice statice (fr contacte) sunt superioare celor electromecanice, datorit eliminrii ineriei elementelor n micare. n plus, timpul propriu de acionare a releelor electronice este foarte redus (aproape nul), iar revenirea se produce mai rapid.

  • Relee programabile

    Releele programabile pot nlocui contactoare sau alte circuite de relee complicate. Programul de operare poate fi configurat oricnd printr-un computer fr intervenie asupra perifericelor externe. Releele sunt echipate cu mijloace pentru crearea i realizarea uoar de aplicaii.

    n Fig.7.5 este reprezentat schema bloc funcional a unui releu de protecie cu microprocesor. Schema nu difer esenial de structura unei uniti de calcul dedicate utilizat n aplicaiile industriale. Funcia de protecie este implementat prin software.

    Procesul de conversie analog digital poate fi fcut prin utilizarea unui singur convertor la intrarea cruia se aduc semnalele analogice, prin intermediul unui multiplexor, iar ieirile rezultate n urma fiecrei conversii sunt transferate unitii de calcul. Alte metode de conversie utilizeaz convertoare analog digitale dedicate fiecrui semnal.

  • Fig.7.5 Schema bloc funcional a unui releu de protecie cu microprocesor

  • n Fig.7.6 este reprezentat o schem de principiu a elementelor hardware pentru un releu de protecie numeric

    T FTJ E/M

    T FTJ E/M

    T FTJ E/M

    MUX PGA A/N SERIALPORTSERIALPORT

    IC

    RE

    IST

    OB

    RAM

    ROM

    EEPROM

    P

    SISTEM DEPUTERE

    Fig.7.6 Schema de principiu a unui releu cu microprocesor

    T transformatoare de msur i/sau traductoare (cu separare galvanic);FTJ filtre cu caracteristic trece jos;E/M bloc de eantionare memorare;MUX multiplexor;PGA amplificator cu amplificare reglabil;

    A/N convertor analog numeric;P microprocesor;SERIAL PORT porturi seriale;IC intrri de contact;RE ieiri releu;OB obiective;IST intrri pentru semnale de timp.

  • Utilizarea tehnologiilor cu microprocesor la realizarea proteciilor numerice aduce urmtoarele avantaje: caracteristicile componentelor numerice sunt puin sensibile la variaii de temperatur, variaii ale tensiunii de alimentare i timp de exploatare (mbtrnire);

    performanele componentelor digitale nu se modific datele stocate n memorie, n orice zon a acesteia, rmn neschimbate;

    la proiectarea echipamentelor numerice de protecie sunt utilizate mai puine componente i mai puine conexiuni n raport cu proteciile analogice;

    precizia rezultatelor oferite de structurile de calcul numerice poate crete mult dac se utilizeaz un numr mai mare de bii pe cuvnt n calculele aritmetice;

    dispozitivele numerice nu necesit o acordare (o punere la punct) individual;

    problemele de proiectare devin mult mai flexibile prin utilizarea soft-ului adecvat;

    dispozitivele numerice pot realiza simultan funcii aritmetice i logice n timpul controlului procesului;

    datele nregistrate de un dispozitiv numeric nu pot fi falsificate dect n condiiile scoaterii din funciune a echipamentului.

  • Funciile specifice releelor digitale din seria EASY

    Easy400/500/600/700 sunt relee de comand cu funcii logice, funcii de timp, de calcul si de comutare timp, precum i aparate de intrare. Se pot rezolva att probleme tehnice, cat i probleme ale construciei mainilor i aparatelor. Releul easy800 ofer suplimentar fa de easy400/500/600/700 funcii aritmetice i o intrare integrat in reeaua .

    Familia de relee EASY este completat cu familia de aparate MFD Titan. Acesta ofer aceeai funcionalitate a comenzii ca i cea a aparatului easy800, cuplat cu posibilitatea de vizualizare a procesului comandat pe un afiaj integral grafic, si cu cea de intervenie la valorile intrare in proces.

    Se poate stabili comportamentul la comutare al bobinelor de releu prin funcia de bobin. Pentru releele Q, M,S, D exist urmtoarele funcii de bobin prezentate n tabelul 7.1.

  • Releul auxiliar M este utilizat drept marker. Releul S poate fi utilizat drept ieire a unei prelungiri sau drept releu auxiliar, dac nu este disponibil nici o prelungire. Acesta se deosebete de releul de ieire Q numai prin faptul c nu are cleme de ieire.

  • Bobine cu funcia de contactorSemnalul de ieire urmeaz direct semnalului de intrare, releul funcioneaz ca un contactor, Fig.7.7.

    Fig.7.7 Schema activ funcie de contactor

    Releu de impulsBobina de releu comut la fiecare schimbare a semnalului de intrare de la 0 la 1 a strii de conectare, Fig.7.8. Releul se comport ca un element bistabil.

    Fig.7.8 Schem activ releu pentru impuls

  • Funciile bobinelor setare S i resetare RAceste funcii sunt utilizate n mod normal n pereche. Dac bobina (A) este setat, Fig.7.9, releul se declaneaz i rmne n aceast stare, pn cnd este resetat cu funcia bobinei resetare (B). Alimentarea cu tensiune este dezactivat (C), bobina nu mai funcioneaz ca remanent.

    Fig.7.9 Schema activ setare, resetare

  • Negarea unei bobine (funcia de contactor negat)Semnalul de ieire urmeaz inversat semnalului de intrare, releul funcioneaz ca un contactor ale crui contacte sunt negate.

    Fig.7.11 Schema activ funcie de contactor negat

    Flanc pozitiv (impuls ciclic)Dac bobina trebuie s comute numai la un flanc pozitiv, se poate utiliza aceast funcie.

    Fig.7.12 Schem activ impuls ciclic pe flancul pozitiv

  • Evaluarea flancului negativ (impuls ciclic)Dac bobina trebuie s comute numai la un flanc negativ, se poate folosi acest tip de funcie.

    Fig.7.13 Schem activ impuls ciclic pe flancul negativ

    Programarea releelor digitaleToate tipurile de relee digitale sunt nsoite de pachete software ce faciliteaz programarea acestora. Numitorul comun al programrii acestor relee este dat de utilizarea diagramei scar (ladder diagram), ntlnit absolut la toi productorii de astfel de dispozitive. O alternativ de programare o poate reprezenta utilizarea funciilor diagram -bloc (FBD - Function Block Diagram), ce presupune simularea schemei de comand a circuitului cu ajutorul blocurilor logice i ale algebrei booleene.

  • n tabelul 7.2 se prezint cateva tipuri de contacte ce sunt uzual ntlnite n programare pentru implementarea aplicaiilor curente.

    Tabel 7.2 Tipuri de contacte pentru releul EASY

  • n diagrama circuitului, contactele i bobinele sunt interconectate de la stnga la dreapta, de la contact ctre bobin exact ca ntr-o schem cu relee. Diagrama circuitului este creat pe o gril de conexiuni invizibil ce conine cmpul contactelor, cmpul bobinelor i respectiv pe cel al conexiunilor de circuit. Apoi se cableaz cu conexiuni.

    Fig.7.15 Schema de implementat cu ajutorul releului inteligent EASY

  • Fig.7.16 Implementarea schemei din Fig.7.15 cu ajutorul releului inteligent EASY

  • Setarea funciilor posibile ale bobinelor unui releu presupune de fapt determinarea comportamentului unui releu. Tipurile de relee sunt:Q - ieirea unui releu clasic;M - releu marker utilizat ca releu indicator de stare (flag);D - releu pentru afiarea unui text pe display;S - releu marker utilizat ca releu indicator de stare (flag) pentru afiarea pe display.

    Funcia de tip contactorDiagrama comportrii acestei funcii este prezentat n Fig.7.18. Funcia contactor trebuie utilizat o singur dat pentru fiecare bobin.

    Fig.7.18 Funcia de tip contactor

  • Funcia de tip impulsBobina comut de fiecare dat cnd semnalul de intrare i schimb starea din 0 n 1.

    Fig.7.19 Funcia de tip impuls

    Funciile de tip set i reset (latch i unlatch)n diagrama prezenta n Fig.7.20 se observ c ieirea va fi comutat din 0 n 1 de fiecare dat cnd funcia set este activat i respectiv va exista o comutie complementar atunci cnd funcia de reset va fi activat.

    Fig.7.20 Funciile de tip set i reset

  • Releu de timpPot exista 8 relee de timp diferite: T1 T8. Acestea sunt utilizate pentru a realiza o comutare ntrziat sau a introduce anumite perioade de pauz setate n prealabil. ntrzierea poate fi reglat n intervalul 10 ms 100 h.

    Pentru utilizarea unui releu de timp n circuitul diagram sunt necesare a fi precizate dou elemente:1. contactul releului s fie prezent n cmpul contactelor, n acest exemplu T2;2. o bobin de triggerare s fie prezent n cmpul bobinelor, n acest caz TT2.Dac este necesar se poate seta prin program i o bobin pentru resetarea releului de timp - RT2, Fig.7.21.

    Fig.7.21 Programarea releului de timp

  • Releu numrtorUzual se pot folosi pn la 8 relee numrtoare: C1C8. Sunt posibile valori cuprinse n intervalul 00009999. Un releu numrtor poate fi controlat prin intermediul pulsului de numrare- CCx, sensului de numrare DCx i a funciei de reset RCx.

    Fig.7.23 Diagrama de lucru a releului numrtor

  • Releu de tip ceasReleele inteligente produse de ctre firma Moeller care au ca sufix al simbolului utilizat, litera X, atenioneaz faptul c acestea sunt echipate cu un ceas de timp real ce poate fi utilizat n diagrama de circuit ca un releu orar sptmnal (de 7 zile). Releele lucreaz cu 4 astfel de comutatoare orare (relee tip ceas). Fiecare comutator orar are 4 canale (A, B, C, D) care pot fi folosite pentru a seta 4 ore de pronire i respectiv 4 de oprire.

    Comparator analogicReleele inteligente dispun de comparatoare analogice pentru modelele alimentate la 24V cc. Ele monitorizeaz tensiunea senzorilor ce sunt conectai la intrrile I7 i I8. n aceste condiii se pot utiliza pn la 8 comparatoare analogice A1A8. Un comparator poate realiza 6 comparaii diferite: I7 I8;I7 I8;I7 valoare setat;I7 valoare setat;I8 valoarea setat; I8 valoare setat. Att valoarea setat ct i valoarea actual corespund tensiunilor msurate. Rezoluia valorilor de tensiune este cuprins n intervalul 0.0 V 10.0 V n pai de cte 0.1 V.

  • Conectare n serie n Fig.7.28 este prezentat modalitatea de scriere ladder echivalent nserierii a 3 contacte normal deschise corespunztoare bobinei Q1, precum i a 3 contacte normal nchise corespunztoare bobinei Q2.

    Fig.7.28 Conectarea n serie

    Conectare n paralel n Fig.7.29 este ilustrat linia de program corespunztoare conectrii n paralel a contactelor anterioare, att normal deschise ct i normal nchise.

    Fig.7.29 Conectarea n paralel

  • Circuit comutatorUn circuit comutator este creat prin utilizarea a 2 conexiuni serie care sunt combinate n vederea formarii unei conexiuni paralel, ca n Fig.7.30.

    Fig.7.30 Circuit comutator

    Circuit de automeninerePentru un circuit de automeninere se utilizeaz o combinie de conexiuni serie i paralel. Automeninerea este realizat cu ajutorul contactului Q1 care este pus n paralel cu contactul I1 normal deschis, Fig.7.31.

    Fig.7.31 Circuit de automeninere

  • Alimentare permanent Diagrama corespunztoare alimentrii permanente a unei bobine este prezentat n Fig.7.32.

    Fig.7.32 Alimentare permanent

    Releu de impulsUn astfel de releu este util n diverse aplicaii cum ar fi comanda iluminatului. n Fig.7.33, se prezint o astfel de implementare.

    Fig.7.33 Implementarea unui releu de impuls