PROTECII NUMERICE LA SUPRACURENT PENTRU ECHIPAMENTELE ELECTRICE DE JOAS TENSIUNE

tehnici numerice de protecie la supracurent pentru echipamentele de joas i medie tensiune

CUPRINS

1. Generaliti

1.1. Structura global a reelei de distribuie a energiei electrice

1.2. Tipuri de defecte in instalaiile de curent intens

2. Sistemul informatizat de protecie la supracurent

2.1. Caracteristicile proteciei numerice la supracurent

2.2. Structura informatic a sistemului de protecie

2.3. Structura de baz pentru proteciA echipamentelor electrice

3. Implementarea funciei de protecie3.1. Detecia defectelor

3.2. Selectivitatea sistemului de protecie

3.3. Topologia schemelor de protecie

3.4. Caracteristici de protecie;

3.5. Protecia echipamentelor electrice.

4. Cercetri i realizri - Releul de protecie cu microprocesor

4.1. Structura releului de protecie microprogramat

4.2. Funciile i proprietile specifice releului microprogramat

4.3. Implementarea unui releu de protectie bazat pe microprocesor

5. Tehnici speciale pentru realizarea funciilor de protecie

5.1. Detecia regimului de scurtcircuit pe baza formei de evoluie a curentului

5.2. Implementarea proteciei la suprasarcin cu imagine termic pe baza caracteristicii timp-curent

Bibliografie

1. generaliti

1.1. structura global a reelei de distribuie a energiei electrice

Reeaua electric de distribuie are rolul de a transmite energia electric produs de generatoare ctre consumatori. Aceasta conine instalaiile aferente centralelor electrice destinate produciei de energie, liniile de transport a energiei electrice, reelele de distribuie urban, rural i instalaiile uzinale.

Din motive de eficien a produciei, transmisiei la distan i utilizrii energiei electrice, sunt folosite mai multe nivele i subnivele de tensiune (fig. 1). Nivelele de nalt tensiune (IT) i foarte nalt tensiune (FIT) sunt caracteristice transmisiei la distant mare a energiei. Nivelul de medie tensiune (MT) este caracteristic produciei de energie electric, transportului de energie la distane mai reduse, marilor consumatori industriali. Nivelul de joas tensiune (JT) este utilizat n reelele urbane, reelele rurale i n mediu industrial. Fiecare nivel de tensiune poate conine subnivele. Trecerea de la un nivel de tensiune la altul se realizeaz cu ajutorul transformatoarelor de mare putere.

Reeaua electric rareori este limitat la o regiune geografic. Cu excepia unor aezri izolate, sau amplasri industriale izolate, aceasta este marginit de regul de frontierele statale sau chiar continentale. Din punct de vedere topologic de obicei reeaua are o structur de graf neorientat. Cu excepia unor substructuri arborescente, reeaua este buclat.

Aceasta soluie a fost aleas din motive:

de redundan, existnd posibilitatea alimentrii prin linii paralele sau de la mai multe surse de energie;

tehnice, urmrind reducerea concentrrilor de putere;

economice, legate de proximitatea fa de sursele de energie.

Astfel, exceptnd periferia reelei, fluxul de putere are n cazul general un caracter bidirecional. Periferia reelei are de regul o structur arborescent sau matricial. Structura arborescent poate fi ierarhizat pe mai multe nivele de intensitate a curentului electric, corespunztoare necesitilor consumatorilor (fig.2) .

Ramurile reelei constau n liniile de transport pentru energia electric. Acestea au diferite caracteristici funcie de parametrii electrici (nivele de tensiuni i cureni) i de soluia constructiv (linii aeriene, cabluri, bare colectoare).

In nodurile neterminale ale reelei se afl transformatoarele. In nodurile terminale se afl fie generatoarele de energie, fie consumatorii (motoare, cuptoare electrice, instalaii de iluminat, instalaii electronice de putere). Liniile de transport, transformatoarele, anumite instalaii electronice de conversie i, mai rar, motoarele electrice pot fi utilizate n ambele sensuri de circulaie a energiei electrice. Generatoarele, motoarele i consumatorii disipativi (cuptoare elecrice, instalaii de iluminat, instalaii electronice de putere) sunt caracterizate printr-un singur sens de circulaie a puterii.

Cu excepia unor zone periferice, energia electric este produs, transformat i utilizat sub forma sistemului simetric de tensiuni i cureni trifazai. Conductorul de nul este distribuit uneori la JT, rar la MT, i foarte rar la IT fiind impus de condiiile de utilizare a energiei i de principiile de coordonare a izolaiei.

Din motive de flexibilitate a transportului de energie, de redundan n cazul avariilor i de mentenabilitate, elementele reelei sunt legate prin aparate de comutaie: ntreruptoare, contactoare i separatoare. Separatoarele au de obicei rolul de a izola pri din reea, executnd manevre n lipsa curentului de sarcin. Contactoarele au rolul de a realiza conectarea i deconectarea elementelor periferice din reea n condiii normale de funcionare. Intreruptoarele pot realiza manevre de comutaie n prezena curenilor de avarie. Cu excepia consumatorilor periferici cu cerine de disponibilitate reduse, unde utilizarea siguranelor fuzibile este satisfactoare, elementele executive ale sistemului de protecie la supracureni de avarie sunt ntreruptoarele.

Sistemul de protecie al reelei electrice (inclusiv al generatoarelor i consumatorilor) este alctuit din totalitatea aparatelor de comutaie, vzute ca elemente de protecie, a sistemelor de detecie a defectelor, a sistemelor de comand a declanrii n caz de defect, ct i a sistemelor de centralizare a informaiilor privitoare la starea de defect. Starea de defect aprut la nivelul unui element din circuit (generator, transformator, linie de transport, consumator) va duce pe de o parte, la degradarea acestuia, i pe de alt parte la funcionarea anormal a reelei n care este conectat, fie printr-o ncarcare excesiv, fie prin introducerea de perturbaii. De asemenea prezena defectului poate duce la creterea potenialului electric conductorului de nul la valori periculoase pentru factorul uman.

In cursul istoriei sale, sistemul electroenergetic a evoluat permanent. Pe de o parte instalaiile electrice au cptat o rspndire din ce n ce mai larg. Aceasta a impus criterii economice din ce n ce mai stricte n construcia i utilizarea echipamentelor electrice.

Pe de alt parte posibilitaile moderne de proiectare permit modele de calcul mai complexe i mai exacte, rezolvabile numeric cu ajutorul calculatorului electronic. Astfel s-a ajuns la proiectarea i utilizarea echipamentelor i prilor lor componente n regimuri apropiate de solicitrile limit. De asemenea utilizrile actuale ale energiei electrice cer un grad mai ridicat de siguran n exploatare i un nivel de perturbaii mai redus. Toate acestea mresc preteniile legate de promptitudinea, eficacitatea i fiabilitatea sistemului de protecie.

In cele ce urmeaz se va trata acea parte a sistemului de protecie care are ca obiectiv realizarea deconectrii n cazul apariiei defectului. Aspectele legate de eliminarea perturbaiilor tranzitorii de tensiune i de frecven nalt, de regularizare a tensiunii i frecvenei energiei electrice produse i cele legate de reconfigurarea optimal a reelei din punct de vedere energetic nu fac obiectul acestui studiu.

Particularitile instalaiilor de joas tensiune

Instalaiile de joas tensiune formeaz periferia reelei de distribuie a energiei electrice. Acestea au urmtoarele particulariti:

sunt conectate la reeaua de distribuie prin transformatorul cobortor de tensiune MT/JT;

au de regul o structur arborescent;

conin i subreele de tensiune monofazat;

deseori sunt afectate de regim de funcionare asimetric;

liniile aferente au lungime i implicit impedan redus;

la nodurile terminale se gsesc conexiunile consumatorilor;

conin de regul conductor de nul (nulul distribuit);

sunt afectate de regimuri tranzitorii frecvente cu un nivel de perturbaie ridicat (pornirea motoarelor);

regim de ncrcare foarte diferit datorit consumului casnic i traciunii electrice urbane;

sunt afectate de perturbaii armonice de nalt frecven (n cazul prezenei convertoarelor statice);

sunt afectate de perturbaii de regim deformant (n cazul prezenei echipamentelor neliniare - miezuri magnetice, lmpi cu descrcarein gaz);

conin sarcini cu caracter inductiv (motoare asincrone, cuptoare);

conin capaciti de compensare a sarcinilor inductive;

au cureni de pmnt (homopolari) de valoare ridicat datorit distribuiei prin cabluri i ramificrii puternice a reelei;

au loc variaii importante i frecvente ale tensiunii de alimentare;

este afectat de procese rezonante datorit prezenei dispozitivelor cu caracter inductiv i capacitiv;

puterea disipat de sigurane este important.

Consercine care afecteaz sistemul de protecie:

cureni de scurtcircuit cu valori ridicate (maxim 100-150 kA i peste aceast valoare);

constanta de timp a evoluiei curentului de scurtcircuit de valoare relativ mare;

nivel de perturbaii ridicat;

tensiunea arcului electric este semnificativ fa de tensiunea nominal;

vibraiile contactoarelor produc regimuri de discontinuitate a curentului electric;

gradul de ramificare este foarte ridicat i costul instalaiilor de protecie este important;

fenomene specifice alimentrii n paralel a consumatorilor - creterea curenilor de scurtcircuit datorit intrrii n regim de generator a motoarelor electrice conectate n paralel;

fenomene specifice alimentrii pe segmente a traciunii electrice urbane - apariia curenilor de suprasarcin mai mari dect a curenilor de scurtcircuit deprtat de punctul de alimentare, n cazul pornirii simultane a mai multor vehiculelor conectate pe acelai segment de alimentare.

1.2. Tipuri de defecte in instalaiile de curent intens

O parte dintr-o instalaie electric este considerat defect dac ea se afla n afara regimului normal de functionare. Apariia unui defect ntr-un echipament conectat la reea afecteaz parametrii electrici att ai reelei ct i ai echipamentului nsui. Datorit prezenei defectului echipamentul se poate degrada sau distruge, reeaua este perturbat, celelalte dispozitive conectate la reea pot fi afectate, iar personalul aferent poate fi pus n pericol.

Rolul sistemului de protecie este s semnaleze prezena unui defect incipient care poate degenera ntr-unul periculos sau distructiv i s realizeze deconectarea ct mai rapid atunci cnd defectul pune n pericol instalaia. Cunoaterea manifestrilor i cauzelor defectelor este indispensabil n procesul de concepie i realizare a sistemelor de protecie.

Defectele pot avea urmtoarele manifestri:

creterea curentului de faz peste limitele admise;

creterea sau scderea tensiunii n afara limitelor admise;

degradarea factorului de putere;

variaia frecvenei n afara limitelor admise;

schimbarea sensului normal de circulaie a puterii;

n cazul motoarelor sau generatoarelor;

desimetrizarea sistemului de cureni trifazai;

creterea puterii pierdute prin pmnt peste limitele admise;

creterea potenialului neutrului peste limitele admise;

distorsionarea formei sinusoidale a curentului electric;

apariia de cureni cu componente de frecven nalt;

producerea de fenomene tranzitorii;

perturbaii de cmp electric, magnetic sau radio.

Aceste tipuri de manifestri apar de obicei combinat, datorit interaciunii elementului defect cu restul reelei, sau cu celelalte dispozitive din reea.

Cauzele defectelor pot fi diferite:

degradarea proprietilor electrice i dielectrice ale dispozitivelor utilizate;

suprasarcina electric a generatoarelor, liniilor sau transformatoarelor electrice;

suprasarcina mecanic a motoarelor electrice;

defectarea echipamentului mecanic al generatoarelor;

defectarea sistemelor de rcire;

defectarea sistemelor de comutaie;

consecine ale fenomenelor de comutaie;

consecine ale supratensiunilor produse de descrcrile atmosferice.

Sistemul de protecie, dotat cu relee de protecie i aparate de comutaie va trebui s realizeze deconectarea n cazul apariiei unui defect. Procesul de deconectare va fi imediat sau temporizat, funcie de gravitatea defectului i de modul de realizare a proteciei selective.

In instalaiile de curent intens, defectele pot duce la creterea curenilor peste limitele admise. Acestia snt periculoi prin efectele electrodinamice sau termice care pot avea caracter distructiv. Sistemul de protecie trebuie s realizeze deconectarea naintea apariiei sau extinderii fenomenelor distructive. Cele mai importante regimuri de funcionare anormale, periculoase pentru instalatia electric sunt regimul de scurtcircuit i regimul de suprasarcin.

Regimul de scurtcircuit

Scurtcircuitul este unul dintre defectele cele mai importante ce pot afecta reeaua electric. Acesta poate fi nepermanent, datorat contactelor accidentale, sau permanent, produs n general de degradarea izolaiilor.

Consecinele sale snt dintre cele mai grave :

produce arc electric de mare putere cu efecte distructive;

antreneaz producerea de supratensiuni;

duce la solicitri electrodinamice i termice asupra echipamentelor;

duce la scoaterea din circuit a prii de instalaie vecin defectului.

In funcie de tipul i locul defectului curenii de scurtcircuit pot avea valori maxime i forme de evoluie diferite. In realizarea si reglarea sistemului de protectie cunoaterea valorilor, formei i modului de evoluie a curentului de scurtcircuit constituie date importante.

Valoarea maxim a curentului de scurtcircuit este determinat de caracteristicile electrice (rezisten, inductan, capacitate) ale instalaiei, momentul apariiei scurtcircuitului, modul de conectare al neutrului, caracteristicile prizei de pmnt si ale arcului electric produs de scurtcircuit.

Scurtcircuitul poate avea la nceput o form incipient, dar care n scurt timp, sub influena arcului electric, poate degenera ntr-un scutcircuit net. Valoarea maxim a curentului de scurtcircuit poate varia de la valori subnominale pn la valori de zeci sau chiar sute de ori valoarea curentului nominal (n cazul curenilor de avarie). Prezena arcului electric de mare putere poate produce distrugeri locale, poate da natere la incendii sau explozii i poate produce perturbaii radio.

Supracurenii inteni perturb reeaua electric la care este conectat echipamentul defect prin efecte multiple:

scderea tensiunii sub limitele admise, sau chiar a frecventei, n cazul avariei aproape de generator;

degradarea factorului de putere;

desimetrizarea sistemului de cureni trifazai;

distorsionarea formei sinusoidale a curentului;

modificarea potenialului neutrului.

Apariia curentului de avarie necesit deconectarea imediat. Curenii de scurtcircuit cu valori limitate sub 10In solicita reeaua i echipamentul defect la suprasarcin electric producnd nclziri excesive. Sistemul de protecie trebuie s realizeze deconectarea nainte ca procesele termice s devin distructive. Curenii de scurtcircuit de valori subnominale apar de regul n cazul scurtcircuitelor monopolare cnd neutrul este legat la pmnt prin impedan nenul. Deconectarea imediat nu este necesar, defectul poate fi eliminat n timp, evenimentul fiind totui periculos pentru factorul uman datorit posibilitii creterii potenialului conductorului de nul.

Dup numrul de faze implicate putem avea urmtoarele tipuri de scurtcircuit:

scurtcircuit ntre cele trei faze (scurtcircuit tripolar);

scurtcircuit ntre doua faze (scurtcircuit bipolar);

scurtcircuit la pmnt (scurtcircuit monopolar).

Scurtcircuitul ntre dou sau trei faze duce la apariia unor cureni foarte inteni (peste 10In). El necesit deconectarea imediat a elementului defect. In afar de scurtcircuitul tripolar, celelalte tipuri de scurtcircuite produc i desimetrizarea sistemului trifazat de cureni. Scurtcircuitul la pmnt se poate produce ntre o faz i pmnt, dar i ntre dou sau trei faze i pmnt. In cazul unui sistem simetric, scurtcircuitul tripolar nu produce cureni homopolari. Dup locul defectului scurtcircuitul poate fi la bornele generatorului sau deprtat de generator.

Scurtcircuitul deprtat de generator

Evoluia curentului de scurtcircuit deprtat de generator depinde de caracteristicile reelei (rezisten, inductan, capacitate) i de momentul apariiei scurtcircuitului fa de momentul trecerii prin zero a tensiunii. Solicitrile extreme apar n cazul curentului de scurtcircuit asimetric de asimetrie maxim.

Acesta este definit prin urmtorul set de parametri:

valoarea eficace Isc (n kA) a componentei alternative;

valoarea instantanee maxim sc (n kAmax) a primei semialternane numit i curent de lovitur;

valoarea componentei continui amortizate dependent de valoarea instantanee a tensiunii n momentul apariiei scurtcircuitului i de caracteristicile reelei;

puterea de scurtcircuit definit de relaia:

(n MVA)

(1.1)

Puterea de scurtcircuit Ssc are semnificaia unei puteri fictive deoarece valoarea celor dou mrimi nu se atinge simultan. Tensiunea nominal se poate pastra numai n cursul unei funcionri normale, iar n timpul scurtcircuitului tensiunea liniei ajunge la valori foarte reduse. Valoarea curentului de scurtcircuit depinde de proprietile reelei, de polii participani la scurtcircuit i eventual de modul de conexiune al neutrului.

Scurtcircuitul ntre faze

Curentul de scurtcircuit tripolar este n general curentul de scurtcircuit cel mai mare care poate circula n reea.

Valoarea acestuia este dat de relaia:

(1.2)

unde:

U - tensiunea ntre faze nainte de aparia scurtcircuitului;

Zsc - impedana echivalent a tuturor impedanelor unitare n serie

sau n paralel ale componentelor reelei, situate n amonte de defect;

R - rezistena echivalent corespunzatoare;

X - reactana echivalent corespunzatoare.

In particular, o simplificare important const n cunoaterea puterii de scurtcircuit Ssc a reelei. In acest caz se poate deduce impedana echivalent n amonte cu expresia:

Zsc = Za = U2/Ssc

(1.3)

Sursa de tensiune poate s nu fie unic, putnd exista mai multe surse n paralel. In particular motoarele sincrone i asincrone se comport n timpul scurtcircuitelor ca generatoare.

Curentul de scurtcircuit bipolar este mai puin intens, (n raport de 0,87% ). Curentul de scurtcircuit monopolar este egal cu curentul de scurtcircuit trifazat, dar poate fi mai mare n cazul scurtcircuitului la bornele generatorului. Scurtcircuitele bifazate sau monofazate duc la desimetrizarea sistemului trifazat de cureni. Calculul acestor cureni se efectueaz comod prin metoda componentelor simetrice [1].

Scurtcircuitul faz - pmnt

Valoarea acestui curent depinde de impedana Zn situat ntre neutru i pmnt. Aceasta impedan poate fi cuasinul, dac neutrul este legat direct la pmnt. Atunci ea este dat de valoarea rezistenei prizei de pmnt. Dac neutrul este izolat impedana Zn devine cuasiinfinit i este dat de valoarea capacitilor ntre faza i pmntul reelei. Calculul acestui curent de scurtcircuit dezechilibrat se efectueaz prin metoda componentelor simetrice.

Fiecare element din reea este caracterizat prin trei tipuri de impedan:Zd - impedana direct;

Zi - impedana invers;

Zh - impedana homopolar.

Valoarea curentului de defect faza - pmnt este:

(1.4)

Scurtcircuitul la bornele generatorului

Estimarea curentului de scurtcircuit la bornele generatorului sincron, este mai complex dect cea a curentului de scurtcircuit la bornele transformatorului conectat la reea. Impedana intern a mainii nu poate fi considerat constant dupa momentul nceputului manifestrii defectului. Aceasta crete progresiv, n timp ce curentul trece prin trei perioade caracteristice.

Regimul subtranzitoriu (0,01-0,1s). Intensitatea curentului de scurtcircuit (valoarea efectiv a componentei alternative) este ridicat, de circa 5-10 ori valoarea nominal de regim permanent.

Regimul tranzitoriu (0,1-1s). Curentul de scurtcircuit descrete pn la 2-6 ori din valoarea curentului nominal.

Regimul permanent.Curentul de scurtcircuit scade la 0,5-2 ori din valoarea curentului nominal.

Datele depind de puterea mainii i de modul de excitaie. Regimul permanent depinde de valoarea curentului de excitaie, deci de sarcina mainii n momentul defectului. Mai mult, impedana homopolar a alternatoarelor este n general de 2-3 ori mai redus dect impedana direct. Curentul de scurtcircuit faz pmnt va fi deci mai mare dect curentul de scurtcircuit trifazat. Scurtcircuitele la bornele generatoarelor sunt dificil de caracterizat. In special, valorile reduse ale curenilor de scurtcircuit i caracterul lor descresctor complic modul de funcionare i reglaj al sistemului de protecie.

Regimul de suprasarcin

Regimul de suprasarcin este caracterizat prin apariia de cureni mai mari dect curenii nominali, i de regul mai mici dect 10In. Prezena lor nu produce efecte distructive imediate. In timpul suprasarcinii reeaua poate fi perturbat din punctul de vedere al parametrilor electrici, datorit prezenei supracurenilor. Echipamentul care lucreaz n regim de suprasarcin se ncalzete datorit efectului Joule produs de prezena supracurentilor. Dac regimul de suprasarcin nu este limitat n timp va duce la efecte distructive datorit creterii temperaturii peste limitele admise n punctele critice ale echipamentului. In primul rnd sunt afectate izolaiile. Funcie de nivelul suprasarcinii acestea vor suferi o degradare fizic prin mbatrnire rapid. In cazurile extreme vor avea loc distrugeri rapide datorit efectelor termice, sau chiar se vor produce incendii locale.

In cazul transformatoarelor cu ulei suprasarcina prelungit duce la procese gazogene n lichidul de rcire, urmate n extremis de distrugerea cuvei i chiar de incendii sau explozii.

Este important de remarcat faptul c regimul de suprasarcin poate duce la fenomene de degradare fizic a materialelor, uneori ns, fr efecte vizibile imediate. In plus, atunci cnd suprasarcina se repet la intervale de timp relativ scurte, efectele termice sunt cumulative, datorit acumulrii de energie caloric n echipament. Regimul de suprasarcin, datorit caracterului energetic, este caracterizat att de mrimea supracurentului ct i de durata n care se produce.

Regimul de suprasarcin apare i n funcionarea normal a echipamentelor, ca de exemplu n urmtoarele situaii:

procesul de magnetizare a transformatoarelor de mare putere;

pornirea motoarelor electrice;

funcionarea motoarelor cu suprasarcini mecanice;

anumite regimuri tranzitorii ale echipamentelor electrice i electronice.

In mod normal acestea trebuie s duc la nclziri sub limitele admise. Suprasarcina anormal poate fi produs fie de creterea supracurentilor, fie de prelungirea duratei lor. Cauza poate fi intern echipamentului conectat la reea, sau extern, fiind datorat alterrii parametrilor electrici ai reelei.

Menionm n continuare cteva dintre cauzele interne:

Suprasarcina mecanic produs de sistemul mecanic propulsat de motor, sau de uzura mecanic pronunat a motorului sau generatorului. Aceasta are ca efect suprasarcina electric a mainii, ieirea din sincronism a motoarelor sincrone, sau mrirea duratei de pornire i a alunecrii n cazul motoarelor asincrone .

Producerea repetat de regimuri tranzitorii care au ca rezultat nclzirea echipamentului;

Defecte interne de izolaie care produc cureni de scurtcircuit de valori reduse ntre spire sau nfurri;

Fenomene neliniare produse prin intrarea n saturaie a miezurilor;

Fenomene de rezonan a circuitelor inductive cu circuitele capacitive de compensare;

Defecte ale dispozitivelor electronice de putere.

Cauzele externe sunt generate de modificarea parametrilor electrici ai reelei la care este conectat echipamentul, care au ca consecin mrirea aportului de curent electric, sau creterea puterii disipate.

Menionm n continuare cteva dintre cauzele externe:

Scderea sub valoarea nominal a tensiunii de alimentare.Aceasta duce uneori (de exemplu n cazul motoarelor electrice) la mrirea aportului de curent i implicit la mrirea puterii disipate datorate pierderilor. Deasemeni se poate produce nclzirea excesiv a motoarelor prin mrirea timpului de pornire;

Suprasarcina electric produs n aval, n cazul liniilor sau transformatoarelor electrice;

Abateri de la frecvena nominal. Scderea frecvenei poate duce la mrirea aportului de curent n circuitele inductive. Creterea frecvenei duce la mrirea pierderilor prin cureni turbionari.

Funcionarea n regim trfazat asimetric;

Funcionarea n regim nesinusoidal;

Degradarea factorului de putere;

Inversarea sensului normal de circulaie a puterii n cazul motoarelor i generatoarelor.

Sistemul de protecie are rolul de a limita durata suprasarcinii, astfel nct energia disipat n echipamentul protejat s nu duc la creterea temperaturii peste limitele admise. Reconectarea, sau validarea reconectrii, poate fi realizat numai dup ce echipamentul suprasolicitat a revenit la regimul termic normal, astfel nct suprasarcina normal produs de regimul tranzitoriu de reconectare s nu duc la o nclzire excesiv.

Defectul intern

Defectul intern al unui echipament electric este produs de degradarea izolaiei i este caracterizat printr-un supracurent (curent care apare n prezena unui defect intern i se adaog la curentul corespunztor funcionrii normale) cu valori mai mici dect curentul nominal. Defectul intern poate apare ntre nfurrile fazelor, ntre nfurarea unei faze i pmnt sau ntre spirele aceleiai nfurri. Acesta este similar unui scurtcircuit incipient sau care ns nu este net, fiind caracterizat de un curent de valoare redus.

Se pot considera cteva situaii tipice de defecte interne, cu caracteristici deosebite. Echipamente trifazate pot avea o structur de uniport sau diport. In cazul mainilor electrice acestea conin de regul impedane inductive avnd miezuri magnetice. Recunoaterea rapid a defectului intern poate deveni dificil n timpul regimurilor tranzitorii de conectare, datorit proceselor de magnetizare. In anumite configuraii de lucru ale echipamentului respectiv regimurile de conectare pot fi nsoite de procese oscilante.

Cazul uniportului trifazat

Aceasta poate modela de exemplu, motorul electric asincron cu rotor cu colivie, avnd accesibile numai trei borne.

Se observ c structura este simetric din punctul de vedere a impedanelor. Cu toate acestea curenii de faz pot s fie asimetrici (pentru regimul asimetric, cu valori efective diferite) n cazul alimentrii cu o tensiune trifazat n regim asimetric.

Efectele unui defect intern n acest caz sunt urmtoarele:

n cazul unui defect perfect tripolar (situaie relativ rar) simetria impedanelor se pstreaz, supracurentul pe cele este identic.

n cazul unui defect la pmnt apare o crestere un curent homopolar dirijat ctre echipament;

n cazul defectului ntre nfaurrile fazelor se produce o asimetrizare a impedanelor Z1, Z2, Z3;

n cazul defectului ntre spirele unei nfaurri se produce de asemenea o asimetrizare a impedanelor Z1, Z2, Z3.

Rezult c metodele de recunoatere a unui defect intern pentru echipamentul de mai sus se poate baza pe detecia directiv a curentului homopolar sau pe detecia asimetriei impedanelor.

Detecia unui curent de defect tripolar de valoare redus nu pare posibil, dar trebuie menionat c aparitia unui defect perfect tripolar este aproape imposibil.

Cazul diportului trifazat fr cuplaj magnetic

Aceasta poate modela de exemplu, motorul electric asincron cu rotor cu colivie, avnd accesibile toate cele ase borne. Aceast configuraie este ntr-un anumit sens similar celei precedente. In acest caz ns exist avantajul posibilitii aplicrii proteciei difereniale. Astfel poate fi urmrit continuitatea curenilor pentru fiecare faz. Astfel poate fi aplicat o metod simpl de detecie a unui defect ntre nfurrile

fazelor. Trebuie menionat c aceasta va funciona corect i n timpul regimurilor tranzitorii de magnetizare.

Cazul diportului trifazat cu cuplaj magnetic

Aceasta poate modela de exemplu, transformatorul trifazat. In acest caz cuplajul dintre cele dou pari ale diportului se realizeaz prin cuplaj magnetic. Astfel, spre deosebire de cazul precedent, aplicarea proteciei difereniale poate da rezultate satisfctoare numai n cazul regimului staionar. In timpul regimurilor tranzitorii aceasta este perturbat att de procesele de magnetizare care au loc n miezul transformatorului ct i n miezurile transformatoarelor de msur. In acest caz conexiunea ntre intrare i ieire este caracterizat de anumite impedane de transfer.

2. Sistemul informatizat de protecie la supracurent

2.1. caracteristicile proteciei numerice la supracurent

Performanele sistemului de protecie pot fi apreciate dup caracteristicile de sensibilitate i selectivitatea ale acestuia. Sensibilitatea sistemului de protecie caracterizeaz eficiena deteciei i recunoaterii unui defect. Selectivitatea sistemului de protecie caracterizeaz posibilitile de determinare a locului de defect i de izolare a acestuia.

Sistemele de protecie clasic se bazau pe dispozitive de protecie asociate aparatelor de comutaie de tipul declanatoarelor bimetalice, pentru protecia la suprasarcin, sau a declanatoarelor electromagnetice, pentru protecia la scurtcircuit. In cazuri excepionale, pentru comanda ntreruptoarelor ultrarapide se utilizau declanatoare electrodinamice sau declanatoare sensibile la viteza de variaie a curentului. In cazul soluiei clasice, cu anumite excepii, dispozitivele de protecie nu erau interconectate, iar posibilitile de programare a caracteristicilor de protecie erau restrnse i accesibile numai la nivel local.

Sistemul de protecie informatizat i propune realizarea ntr-o manier global, integrat, a funciilor de protecie i monitorizare a reelei de distribuie. Din punct de vedere informaional acesta se constituie ca o reea, cu structur piramidal, asociat asociat reelei de distribuie a energiei electrice. Aceasta realizeaz, prin transferul de date de la baz ctre vrf, funcia de monitorizare a reelei electrice i prin trasferul de date de sus n jos, funcia de programare a dispozitivelor de protecie. Funcia de monitorizare permite urmrirea funcionrii reelei electrice de distribuie, la diferite nivele i n diferite puncte n scopul luarii corecte a deciziilor de deconectare n cazul strategiilor de protecie ierarhizat. De asemenea funcia de monitorizare furnizeaz date de mare importan pentru analiza comportrii reelei n situaii anormale, n cazul apariiei defectelor, sau pentru optimizarea ncrcrii reelei, n regim normal de funcionare.

Sistemul informatizat de protecie i monitorizare a devenit realizabil datorit dezvoltrii i reducerii costurilor sistemelor i dispozitivelor de prelucrare a informaiei. Odat pus la punct creeaz avantaje tehnico-economice importante prin posibilitile de observabilitate a reelei i programabilitate a echipamentelor de protecie. Cu toate acestea, datorit efortului financiar i tehnic necesar, realizarea sau edificarea lui la nivel naional rmne de multe ori un deziderat dac celelalte ramuri economice nu reuesc s-l justifice i s-l susin. De aceea n cazul rilor cu economii mai puin puternice se aleg soluii tehnice care vizeaz n primul rnd anumite zone geografice sau anumite domenii de activitate. Sunt vizate in primul rnd sectoarele economice de mare importan i reelele de nalt tensiune. Datorit costului i ntinderii considerabile realizarea total a sistemului necesit un timp relativ ndelungat. Aceasta face ca la un moment, ntr-o anumit ar s coexiste subsisteme i echipamente cu grade de tehnicitate si modernitate diferite.

Protecia numeric are la baz un bloc de comand microprogramat, bazat pe microprocesor. Blocul cu microprocesor poate realiza operaii logice, matematice i de memorare. Acesta permite desvoltarea i extinderea funciilor de protecie, programabilitatea total i realizarea comunicaiei cu restul sistemului. Avantajul esenial al utilizrii microprocesoarelor este posibilitatea realizrii unei protecii unitare i anume nglobarea tuturor funciilor de protecie i comunicaie ntr-un singur bloc electronic.

Sistemul de protecie global este asociat sistemului de producie, transport i utilizare a energiei electrice, n scopul proteciei lui mpotriva functionrii anormale i a efectelor distructive datorate creterii curentului peste limitele admise. Informatizarea reelei de distribuie a energiei electrice este un concept modern, aflat n plin proces de evoluie. In acest cadru reeaua de distribuie naional sau regional este privit ca un sistem unitar cu posibiliti lrgite de observabilitate i controlabilitate. Reelei electrice de distribuie a energiei i este ataat un sistem informaional distribuit, cu topologie de reea.

Funciile acestuia vizeaz urmtoarele obiective:

protecia reelei de distribuie;

asigurarea siguranei funcionrii sistemului energetic;

optimizarea distributiei de energie;

controlul optimal al parametrilor componentelor sistemului;

analiza funcionrii sistemului energetic n vederea reconfigurrilor sau desvoltrilor ulterioare;

arhivarea informaiilor referitoare la evenimentele deosebite aprute n reea.

Mijloacele utilizate n vederea acestor obiective sunt:

monitorizarea ntregului sistem pn la nivelele periferice;

supervizarea centralizat a ntregului sistem;

interconectarea logic i comanda ierarhizat;

comunicarea bidirecional;

dotarea cu dispozitive de prelucrare a informaiei distribuite.

Componentele sistemului informaional sunt uniti de calcul electronic cu rol de prelucrare a informaiei sau de automat programabil. Acestea sunt distribuite pe mai multe nivele, structurate ierarhic, astfel (Fig. 9):

calculator central (staie de lucru) cu rol supervizor aezat pe nivelul superior;

microcalculatoare distribuite, legate n reea, cu rol de puncte locale de comand i concentratoare - distribuitoare de date;

microsisteme programabile dedicate, aflate la nivelul releelor de protecie.

Toate unitile de calcul pot comunica bidirecional pe magistrale caracterizate de diferite protocoale de comunicaie. La rndul lor calculatoarele supervizoare locale sunt iterconectate la nivel zonal sau naional. Unitile sistemului informaional joac un rol dublu. Acestea contribuie att la realizarea funciei de monitorizare ct i a funciei de protecie a reelei de distribuie. In cadrul funciei de monitorizare au sarcina de a transmite datele corespunztoare valorilor msurate la sistemul supervizor. In cadrul funciei de protecie constituie relee de protecie programabile cu faciliti de coordonare a proteciei i de cofirmare a deconectrii din partea sistemului supervizor. Caracteristicile de protecie ale releelor pot fi programate de la distan, odat cu strategiile de deconectare ierarhic n caz de defect. Releele de protecie informatizate sunt asociate sau integrate n aparatele de comutaie aflate n reea.

Acestea asigur urmtoarele funcii:

detecteaz starea de defect;

dau comanda de deconectare n caz de defect;

asigur coordonarea proteciei;

transmit la distan valorile parametrilor electrici msurai;

permit comanda de la distan a aparatelor electrice de comutaie.

2.2. STRUCTURA INFORMATIC A SISTEMULUI DE PROTECIE

Sistemul de protecie are o structur de reea de tip informatic i este asociat reelei de distribuie a energiei electrice. Datele de intrare sunt constau n parametrii electrici ai reelei msurai n diferite puncte sau comenzi date prin intermediul panourilor de comand local sau echipamentelor supervizoare. Datele de ieire constau n informaii furnizate echipamentelor supervizoare i comenzi date aparatelor de comutaie. In general reeaua are o structur arborescent de tip piramidal.

In nodurile reelei se afl echipamente de prelucrare intermediar (procesoare intermediare). Acestea au n principal rol de comunicaie i sunt dotate cu posibiliti de stocare temporar a informaiei i multiplexare sau demultiplexare a datelor transferate. Liniile de comunicaie sunt linii de transmisie bidirecional a datelor de diferite tipuri.

Punctele terminale aflate n partea superioar a structurii piramidale sunt constituite de echipamentele supervizoare, iar punctele terminale aflate n partea inferioar a structurii piramidale sunt constituite de relee de protecie asociate aparatelor de comutaie.

Fig. 9. Arhitectura sistemului global de protecie i control.

Echipamentele supervizoare constituie puncte terminale superioare din punctul de vedere al fluxului de informaie, n scopul centralizrii datelor locale i coordonrii la nivel superior a reelei electrice. Acestea au rolul de monitorizare a reelei de distribuie a energiei electrice, i de comand a dispozitivelor terminale, aflate la periferia reelei informatice, sub forma releelor de protecie. La rndul lor, formeaz n principiu o reea arborescent de tip piramidal, structurate dup criterii geografice de organizare a reelei electrice. Supervizoarele de pe nivelul inferior centralizeaz datele i coordoneaz subreelele zonale, iar supervizoarele de pe nivelele superioare cuprind zone geografice mai ntinse. In vrful reelei informatice de tip piramidal se pot gsi supervizoarele sistemului energetic naional.

Echipamentele supervizoare au ca date de intrare informaiile legate de starea sistemului electric supraveghat. Aceasta const n configurarea reelei (starea nchis/deschis pentru aparatele de comutaie), parametrii electrici de funcionare (cureni, tensiuni, puteri, etc.) i parametrii de programare a releelor de protecie distribuite n reea. Datele de ieire constau n comenzile date aparatelor de comutaie sau releelor de protecie. Deciziile i comenzile pot fi date automat, atunci cnd exist programele corespunztoare i funcionarea acestora este validat sau prin intermediul factorului uman. Acesta poate aciona din propria iniiativ sau n urma atenionrilor produse de programele de urmrire atunci cnd se produc evenimente deosebite.

Echipamentele supervizoare sunt staii de lucru (workstation) sau chiar calculatoare de uz general (eventual calculatoare personale cu configuraii mai evoluate). Acestea sunt dotate din punct de vedere constructiv (hardware) i din punctul de vedere al pachetelor de programe (software) specializate pentru a putea ndeplini un set de funcii de baz avnd ca scop optimizarea ncrcrii ntregului sistem energetic, pe de o parte i asigurarea securitii funcionrii acestuia.

Memoria trebuie s fie capabil s nmagazineze datele referitoare la parametrii, caracteristicile i configuraia subsistemului energetic supravegheat i s arhiveze evenimentele importante ale evolutiei sistemului energetic pe o perioad de timp relativ ndelungat. Memoria de lucru este realizat sub form de circuite electronice semiconductoare numit i memorie tip RAM (random acces memory), avnd un caracter volatil (informaia se pierde odat cu ntreruperea alimentrii). Memoria nevolatil este realizat pe suport magnetic (hard disc). Calculatorul supervizor necesita cantiti de memorie importante, att de tip RAM ct i pe disc magnetic datorit volumului mare de informaii referitoare la caonfiguraia i parametrii reelei electrice ct i datorit necesitii arhivrii datelor pe o perioad de timp relativ ndelungat.

Dispozitivele de afiare (display) sunt de regul de tip special avnd faciliti grafice puternice (ecran mare i rezoluie ridicat) pentru a da posibilitatea unei viziuni de ansamblu a sistemului supravegheat. Datele afiate pot fi liste de parametri electrici, diagrame de stare a aparatelor de comutaie, diagrame de circulaie a fluxului de putere, diagrame referitoare la ncrcarea sistemului. Informaiile referitoare la sistemul energetic supraveghat poa fi astfel prelucrate astfel nct acestea s fie reprezentate fie dup criterii geografice, fie pe nivele de tensiune, fie la nivel de magistral de transport a energiei electrice, fie la nivelul staiilor de comutaie sau transformare.

Unitatea central a echipamentului supervizor trebuie s fie capabil s satisfac n timp util cerinele sistemului constnd n cteva funcii de baz. Unele dintre acestea pot fi realizate n timp, independent de funcionarea sistemului electric, iar altele din contr, necesit prelucrri i luri de decizii rapide, corelat cu funcionarea sistemului (prelucrri n timp real).

Interfeele de comunicaie (att la nivel hardwarw ct i software) a echipamentelor supervizoare trebuie s conin faciliti sporite fa de celelalte echipamente ale sistemului de protecie informatizat. Echipamentele terminale (releele de protecie) i cele intermediare sunt interconectate prin magistrale de comunicaie specializate de un anumit tip, acestea fiind interconectate, n principiu, ntr-o structur arborescent. Echipamentele supervizoare costituie vrfurile subreelelor informatice locale. La rndul lor sunt conectate pe vertical cu supervizorul central, iar pe orizontal sunt conectate ntre ele. Spre deosebire de celelalte categorii ale reelei informatice supervizoarele sunt conectate la distane semnificativ mai mari. Aceasta implica utilizarea de interfee de comunicaie cu caracteristici superioare. Astfel comunicaia prin fibr optic, i comunicaia prin radio terestr sau prin satelit poate s constituie o soluie viabil. Pe de alta parte suprvizoarele trebuie s fie accesibile la nivelul reelelor informaionale standard deja existente.

Pachetele de programe (software) cu care este dotat echipamentul supervizor sunt caracterizate prin complexitate maxim. La acest nivel sunt puse n valoare toate tipurile de tehnici din domeniul informatic. Astfel echipamentul supervizor trebuie s lucreze n condiiile urmtoare.

Spre deosebire de calculatoarele personale acceai unitate central trebuie s poat lucra n mod multiutilizator (multiuser) adic simultan cu mai multe dispozitive de afiare (dotate sau nu cu tastatur). Acest mod de lucru este impus mai ales de necesitatea afirii la un moment dat fie a unor zone supravegheate diferite, fie a unor informaii diferite.

Datorit complexitii funciilor supervizorului acesta trebuie s poat lucra simultan cu mai multe programe (multitasking), care rmn instalate n memorie i sunt lansate n execuie, alternativ, prin mecanismul de intreruperi, prin aa numita tehnic de lucru n timp divizat (timesharing). Mecanismul de ntreruperi se refer la posibilitatea ntreruperii execuiei unui program, permind intrarea n execuie a unui alt program. Inainte de ntreruperea programului sunt memorate informaiile necesare relurii programului din punctul unde a rmas. Astfel calculatorul aparent prelucreaz simultan mai multe programe, n realitate fiecare program este activ numai o perioad scurt de timp (de ordinul fraciunilor de secund). Intreruperea reciproc a programelor poate fi fcut fie periodic, fie n momentul apariiei unui eveniment n execuia unui program sau la una dintre interfeele de comunicaie. Un program poate ntrerupe necondiionat alt program dac are o prioritate de nivel superior. Astfel anumite date pot fi procesate mai rapid dect altele dac programul implicat este de prioritate mai mare i este activat corespunztor. Un program activ la un moment dat trebuie s poat dea comenzi att sistemului ct i altor programe prin intermediul directivelor software.

Echipamentul supervizor este permanent guvernat de un program de prioritatea cea mai mare numit de regul program monitor sau executiv. Programele instalate n memorie, cu prioriti egale devin active periodic. Anumite programe (programe de serviciu) sunt activate (cu o anumit prioritate) numai la apariia unor evenimente de natur "software", ca de exemplu atribuirea unei anumite valori pentru o anume variabil sau la apariia unor evenimente de natur "hardware", la primirea unor date pe magistrala de comunicaie, de exemplu. De cele mai multe ori execuia programelor nu este strict legat de momentele de timp. Alte programe, din contr, trebuie s ia n consideraie parametrul timp, fcnd obiectul unei tehnici de programare de tip special numit programare concurent. Programele instalate pot fi ncrcate n memorie n totalitate dac au ntindere mai mic. Dac conin cantiti mari de informaie n memorie va fi ncrcat numai o anumit parte, restul rmnnd rezident pe disc n aa numita tehnic overlay.

Datorit faptului c programele supervizor conin informaii cu grade de importan diferite, sau se refer la domenii de aciune diferit, accesul att din partea operatorilor ct i din partea altor programe trebuie sa fie limitat i restrictionat de diferite chei de acces, programele lucrnd astfel n mod protejat pe mai multe nivele.

Pentru a face posibil comunicaia n cadrul diferitelor reele informatice calculatorul supervizor trebuie dotat cu programe de comunicaie specifice.

Funciile unitilor supervizoare sunt urmtoarele:

Funcia de monitorizare realizeaz observabilitatea ntregului subsistem supravegheat. Dac informatiile obinute sunt adresate factorului uman sunt necesare numai prelucrri relativ lente. Dac acestea sunt destinate programelor cu aciune automat este necesar prelucrarea in timp real.

Funcia de arhivare are o importan deosebit. Pe de o parte informaiile referitoare la evoluia regimului stationar a sistemului electric sunt foarte utile n analiza ncrcrii n timp i spaiu a acestuia n scopul dezvoltrilor i optimizrilor viitoare. Pe de alt parte comportarea sistemului n regimurim tranzitoriu n timpul proceselor de conectare i de deconectare normal sau n n timpul avariilor furnizeaz informaii foarte importante pentru analiza stabilitii sistemului n timpul secvenelor de conectare (sau de reconectare) a generatoarelor i sarcinilor, analiza eficacitii sistemului de protecie sau analiza solicitrilor n timpul situaiilor de avarie.

Funcia de semnalizare a evenimentelor deosebite produse n reeaua electric reprezint o completare a funciei de monitorizare. Parametrii reelei de distribuie sunt permanent supravegheai de sistemul supervizor. Acesta conine informaii asupra limitelor permise n diferite regimuri de funcionare pentru variaia parametrilor electrici. In momentul cnd unul dintre parametri electrici depete intervalul de variaie permis sistemul supervizor trebuie s arhiveze datele referitoare la situaia anormal i s ntineze operatorul prin intermediul dispozitivelor de afiare. Mesajul de atenionare trebuie s conin detalii asupra tipului de defect, locului din reea unde s-a produs i asupra importanei evenimentului semnalat.

Funcia de programare a dispozitivelor de protecie const n posibilitatea programrii releelor electronice de protecie urmrind anumite obiective privind sensibilitatea i selectivitatea sistemului. Parametrii de sensibilitate stabilesc pragurile de declanare a proteciilor. Acestea pot influena negativ fie eficiena sistemului de protecie, cnd nivelul de declanare este prea ridicat, fie stabilitatea sistemului energetic cnd nivelul de declanare este prea cobort. Faptul c sistemul de protecie informatizat are acces permanent la informaii cu caracter global permite modificarea parametrilor proteciei la suprasarcin n funcie de gradul de incrcare a sistemului, realiznd n acest fel un mecanism de protecie adaptiv.

Selectivitatea proteciilor poate fi realizat n maniera tradiional prin mrirea timpului de declanare atunci cnd ne deplasm ctre sursele de energie (selectivitate temporal). Interconectarea releelor de protecie n cadrul sistemului de protecie global permite pe de o parte programarea de la distan a releelor de protecie, dar i utilizarea de strategii de protecie mai avansate cum ar fi protecia cu selectivitate logic sau cu selectivitate ierarhic. Selectivitatea logic necesit numai interconectarea unidirecional a releelor de protecie i trasmiterea semnalelor de invalidare a declanrii de la releul din aval care a declanat la cel din amonte. Cea mai complex strategie de protecie global este protecia cu selectivitate ierarhizat. In acest mod deconectarea grupelor de consumatori poate fi fcut nu numai dup criterii topologice, dar i dup criterii de importan.

Funcia de comand permite sistemului supervizor s dea comenzi directe aparatelor de comutaie, utiliznd liniile de comunicaie ale sistemului de protecie informatizat i interfeele releelor de protecie. Aceast posibilitate ofer mai multe avantaje. Pe de o parte tronsoanele reelei electrice pot fi conectate sau deconectate de la distan. Pe de alt parte secvenele de conectare a surselor suplimentare i secvenele de reconectare n urma deconectrii produse n cazul avarilor pot fi realizate automat prin programarea calculatorului supervizor sau a procesoarelor intermediare. In acest fel pot fi reduse la minimum perturbaiile produse n timpul regimurilor tranzitorii de conectare sau reconectare.

De regul n cazul avariilor importante sau regimurilor de funcionare anormal semnalate la nivelul supervizorului deciziile sunt luate de ctre operator. Eficiena sistemului poate fi crescut dac sunt create anumite programe numite i programe expert care corespunztor unei anumite situaii anormale ofer operatorului variate posibile de decizie. In anumite situaii tipice sistemul expert poate lua singur decizii i poate comanda de la distan aparatele de comutaie. Sistemul expert este cea mai evoluat form de evoluie a sistemului informaional i se bazeaz pe resurse extinse de sofware i hardware. Luarea unei decizii corecte depinde de posibilitile de observabilitate a sistemului i de performanele programului de decizie. Din punct de vedere software sistemul expert cost ntr-o baz de date care conine mulimea de strategii posibile dotat cu programe de interogare performante.

Procesoarele intermediare se gsesc pe nivelul intermediar al structurii piramidale a sistemului de protecie informatizat. Acestea au o structur de calculator electronic, cu configuraie mai restrns, caracterizat printr-o funcionare autonom, n mod normal fr intervenia factorului uman. Uneori pentru acestea se utilizeaz denumirea de controlere. Controlerele sunt dotate cu memorie restrns, realizat numai cu dispozitive semiconductoare, procesoare cu performane reduse, dar cu un numr mare de interfee de comunicaie. Posibilitile de comunicare cu factorul uman se reduc la o interfa de comunicaie serial. Prin intermediul acesteia personalul de ntreinere poate interveni, utiliznd un terminal portativ specializat sau chiar un calculator personal portabil (tip lap-top). Astfel operatorul poate fixa sau modifica parametrii de lucru.

Programele care guverneaz functionarea procesoarelor intermediare sunt fie transferate de la echipamentul supervizor la punerea n funcioune, fie memorate n memorii de tip ROM (read only memory). Aceste sunt memorii nevolatile care pot fi umai citite. In cazul cnd sunt utilizate programe stocate n memorii de tip ROM parametrii de lucru sunt fie transferati de la supervizor fie introdui prin interfaa de comunicatie local.

Procesoarele intermediare joac n principal rolul de procesoare de transfer de date, putnd ns s funcioneze i ca uniti independente, realiznd anumite funcii cu caracter local. In calitate de procesoare de transfer funciile de baz sunt pe distribuirea datelor de la supervizoare ctre releele de protecie (demultiplexare) i centralizarea informaiilor de la relee ctre supervizor (multiplexare). Multiplexarea i demultiplexarea datelor este necesar deoarece arborescenele sistemului de protecie informatizat au un caracter local, n zonele definite de cldiri, secii de fabricaie, staii de comutaie sau staii de transformare. Astfel numrul de linii de comunicaie ntre releele de protecie, de regul n numr mare, i echipamentele supervizoare sunt reduse la minimum. Procesoarele de transfer au o structur expandabil a interfeelor de comunicaie, dnd posibilitatea ca ntr-un sistem deja existent s fie adugate, cu modificri minime i costuri reduse noi uniti de relee de protecie. In funcie de ntinderea zonelor de distribuie a releelor de protecie i distana dintre ele se poate utiliza o structur de procesoare intermediare cu mai multe nivele. Astfel poate fi redus costul afectat liniilor de comunicaie. Alegerea tipului liniilor de comunicaie de date se face n funcie de distan i de nivelul de perturbaii. Procesoarele de pe nivelele intermediare pot joca i rolul de uniti de control locale (controlere sau automate programabile) avnd funcii speciale privind protecia selectiv.

Releele de protecie sunt dispozitivele terminale ale sistemului de protecie informatizat. Releul de protecie poate fi realizat i sub forma unei uniti independente, asociat unui aparat de comutaie. In prezent, tendina general, mai ales n rile dezvoltate, este de a nlocui releele de protecie tradiionale bazate pe dispozitive electromagnetice sau bimetalice cu relee electronice cu diferite grade de complexitate. Procesul a avansat mai rapid n domeniul tensiunilor nalte acolo unde costurile implicate sunt mai ridicate i cerinele privind sigurana n funcionare mai stricte.

In forma evoluat, un releu de protecie compatibil cu un sistem de protecie informatizat global, pe lng funciile de protecie local trebuie s aib posibiliti de conectare la liniile de comunicaie ale sistemului. Prin intermediul acestora releul poate fi programat de la distan. Dotat cu senzori pentru supravegherea parametrilor electrici releul costituie la rndul lui un terminal de intrare al sistemului global de protecie i monitorizare a reelei. Releul electronic modern, datorit posibilittilor de comunicaie, atunci cnd aparatul de comutaie conine mecanism de armare comandat electric, poate fi utilizat ca interfa de comand ntre sistemul global de protecie i monitorizare i aparatului de comutaie .

Reeaua de transmisie a datelor conine liniile de comunicaie ale reelei. O linie de comunicaie este o cale de transmisie de date (de regul) bidirecional ntre dou noduri a reelei informatice. Rolul acestei este transmisia informaiei la distan a semnalului cu un nivel de perturbaie impus. Informaia poate fi transmis prin intermediul variaiei unei anumite mrimi fizice numit de regul semnal. In transmisia mesajului informaional nu este important energia transmis. Cantitatea de energie este limitat inferior de nivelul i tipul perturbaiilor i aceasta trebuie s fie suficient astfel nct informaia s fie receptionat n condiii acceptabile. Informaia poate fi materializat (codificat) ntr-un semnal cu variaie continu (semnal analogic) sau un semnal cu variaie discret sub form de impulsuri (semnal numeric sau digital). Dei au existat i exist reele de transmisie cu semnal analogic (cum este de exemplu sistemul telefonic clasic), exist tendina generalizrii modului de transmisie numeric. Transmisia numeric a informaiei, dei necesit medii de transmisie cu band de trecere mai larg, este mai imun la perturbaii, mai uor de prelucrat electronic i profit de dezvoltrile tehnicii de calcul. Si sistemele de protecie informatizat utilizeaz transmisia de tip numeric.

Reelele de transmisie a datelor au cptat n prezent o mare dezvoltare. Acestea constau n ci de comunicaie de diferite tipuri, dispozitive electronice de emisie, recepie i amplificare i tehnici de comunicaie specifice. Mai jos sunt prezentate elementele caracteristice reelelor de transmisie a datelor. Suportul fizic de transmisie cost n dispozitivele sau mediul prin care se efectueaz transmisia. Suportul fizic determin n principal distana maxim la care se poate lucra, viteza cu care poate avea loc transmisia i imunitatea la perturbaii. Cu excepia transmisiei optice, perturbaiile cele mai importante sunt de natur electric sau electromagnetic.

La distane reduse (comparabil cu dimensiunea unei camere) viteze de transmisie reduse i nivel de perturbaie redus este folosit cablul torsadat, pentru a reduce cuplajul inductiv cu mediul. La distane mai mari (comparabil cu dimensiunea unei cldiri) i viteze de transmisie mai mari este utilizat cablul coaxial. Pentru distane moderate dar nivele de perturbaie mai importante se prefer cablul optic (sau fibra optic), impun la perturbaii de tip electromagnetic, dar mai costisitor. Pentru distane mari i vitez redus de transmisie se poate folosi reaua telefonic, n acest caz fiind necesar modulaia semnalului, n banda de frecven corespunztore. La distane foarte mari este preferabil transmisia prin semnal radio, care permite i o vitez mare de transmisie. Uneori este preferat transmisia radio prin fascicol dirijat prin frecven foarte nalt (n domeniul microundelor). In prezent s-au dezvoltat comunicaiile prin satelit chiar la nivel naional, utiliznd sateliii de comunicaii locali. Dispozitivele electronice de transmisie la distan poart de obicei denumirea de interfee de comunicaie.

Modulul logic al interfeei de comunicaie are funcia de a pregti datele, din punctul de vedere al informaiilor coninute, n forma cerut de reeaua de comunicaie, n cadrul procesului de codificare a informaiei. Astfel datele pot fi transmise n forma serial, ca impulsuri succesive sau n forma paralel, ca uniti de informaie (cuvinte) transmise simultan. Modulul logic realizeaz "serializarea" informaiilor sau realizeaz "mpachetarea" informaiei n forma cerut de protocolul reelei. Tot modulul logic, prin procesul de codificare, ataaz la nivelul fiecrui mesaj informaii legate de necesitile de decodificare, de sincronizare a recepiei, de detecie sau corecie a erorilor. Se consider c un mesaj este o cantitate de informaie transmis continuu n decursul procesului de comunicaie. Informaia util la rndul ei poate fi codificat fie din raiuni legate de securitatea informaiei, fie din raiuni legate de tehnicile de decodificare sau protecia la perturbaii.

Modulul electronic ndeplinete funciile corespunztoare adaptrii din punct de vedere electric cu linia de comunicaie (adaptare de impedan), amplificrii, formrii sau filtrrii semnalului. Dac informaia este transmis prin modularea unui semnal purttor atunci modulul electronic este completat cu un modul cu funcia de modulare-demodulare, numit modem.

Tipul de semnal purttor i tipul de modulaie de informaie este corelat cu mediul de transmisie i cu nivelul de perturbaii. Semnalul se spune c este transmis n banda de baz dac semnalul prin calea de comunicaie este acelai cu semnalul purttor de informaiei. In celelalte cazuri semnalul prin calea de comunicaie este modulat de ctre semnalul purttor de informatie, primul purtnd numele de semnal purttor (sau purttoare).

Semnalul purttor poate fi modulat n amplitudine, modulat n frecven, sau modulat n faz. Fiecare tip de modulaie modific spectrul semnalului (coninutul de armonici) impunnd anumite cerine din punctul de vedere a parametrilor fizici ai cii de comunicaie. Astfel aceasta va trebui s manifeste o atenuare redus nu numai pentru semnalul purttor dar i pentru armonicele asociate procesului de modulaie, adic s admit o anumit band de trecere n domeniul frecven.

Modulaia n amplitudine (MA) este cea mai puin costisitoare, necesit o band de trecere redus, dar este destul de uor pertorbat de zgomotul electromagnetic din mediul nconjurtor, datorit caracterului aditiv al acestuia.

Modulaia n frecven (MF) asigur o imunitate mare la perturbaii, datorit caracterului multiplicativ al modulaiei, dar necesit o band de trecere relativ mare.

Modulaia n faz (MP) are caracteristici similare modulaiei n frecven, fiind mai eficient n cazul informaiei de tip numeric.Tipul de modulaie este ales corespunztor cii de comunicaie. Astfel n cazul cablului electric torsadat, se lucreaz n banda de baz i se utilizeaz fie semnalul de tensiune, aplicat ntre conductorul activ i mas sau semnalul sau semnalul de curent pe bucla format din cte dou conductoare. Comunicaia prin cablul optic utilizeaz semnalul optic din domeniul vizibil (spre domeniul infrarou) modulat n amplitudine. Comunicaia prin reeaua telefonic nu permite transmiterea direct a semnalului numeric datorit prezenei componentei continui. Reeaua telefonic lucreaz n domeniul de frecvene limitat inferior la cteva zeci de Hertzi i limitat superior n jurul frecvenei de 3kHz. De aceea semnalul numeric trebuie modulat, reducndu-se astfel posibilitile vitezei de transmisie.

Comunicaia prin semnal radio poate utiliza mai multe moduri de modulaie, de la caz la caz, n funcie de complexitatea traficului de date, de nivelul de perturbaii i de costul alocat instalaiei. De cele mai multe ori pe acelai canal de transmisie sunt modulate mai multe semnale purttoare de informaie, prin procesul numit supramodulaie, utiliznd mai multe subpurttoare modulate independent.

Protocolul de comunicaie definete mecanismul (modul) de lucru al reelei de comunicaie. Acesta cuprinde mai multe seciuni, i anume modul de codificare a informaiei, modul de partajare a mesajelor informaionale, i modul cum se face accesul unitilor de comunicaie la linia de comunicaie.

Informaia transmis are un caracter analogic cnd reprezint la un moment dat valoarea unei anumite mrimi fizice, cum ar fi curentul sau tensiunea electric. Informaia are un caracter logic cnd reprezint o variabil logic, de exemplu stare "deschis" sau "nchis" a unui comutator.

Dac informaia este de tip logic ea poate fi reprezentat formal prin cifrele binare "0" sai "1", iar la nivelul liniei de comunicaie poate fi reprezentat printr-un anumit nivel de tensiune sau de curent, sau printr-un anumit nivel al semnalului modulator. Pentru transmisia numeric a informaia de tip analogic este necesar codificarea acesteia. Astfel valoarea mrimii la un moment dat (eantion) este convertit ntr-o valoare numeric care la rndul ei poate fi reprezentat binar sub forma unui cuvnt de date.

Dac transmisia unui cuvnt de date se face sub forma unui tren de impulsuri comunicaia este de tip serial i necesit un singur tronson de comunicaie. Dac calea de comunicatie conine mai multe tronsoane n paralel, la un anumit moment se poate trasmite ntregul cuvnt sau pri din acesta, comunicaia fiind de tip paralel. La nivelul fiecrui cuvnt de date informaia poate fi codificat, existnd coduri care ofer o mrire a imunitii la perturbaii, cum ar fi codurile detectoare de erori, sau coduri corectoare de erori. Evident n acest caz cuvntul de date conine informaii suplimentare, n afar de cele legate de valoarea propriu-zis transmis. Pentru identificarea unitilor de informaie n timpul traficului de date (desfurat n timp), sunt utilizate coduri suplimentare intercalate ntre cuvintele de date.

Dac transmisia unitilor de informaie este dependent de anumite momente de timp, cu o anumit periodicitate, se spune c transmisia se face sincron (comunicaie sincron), iar dac transmisia nu este corelat cu timpul se spune c transmisia se face asincron (comunicaie asincron). Dei mai complicate i mai costisitoare, liniile de comunicaie sincrone sunt mai eficiente din punctul de vedere al vitezei. In cazul lor, organizarea informaiei transmise poate fi dinainte prevzut i se poate renuna la o parte din codurile de separare a cuvintelor de date. Astfel se pot transmite mesaje de mare ntindere, coninnd cantiti apreciabile de informaie.

Dac linia de comunicaie realizeaz o legtur multipunct vor fi conectate la aceeai linie mai multe receptoare sau mai multe emitoare. Dac sunt conectate mpreun mai multe recptoare mesajul transmis trebuie s conin informaii pentru identificarea receptorului (adresa receptorului). Mecanismul de adresare poate fi de tip direct cnd fiecare echipament are alocat o anumit adres (adres personal) adresa poate fi asociat unui anumit grup fizic sau logic (adres de grup). Alte tipuri de protocol lucreaz n mod difuzare cnd mesajul este transmis tuturor receptoarelor.

Dac sunt conectate mpreun mai multe emitoare protocolul de comunicaie poate s conin un mecanism care s determine intrarea n funciune numai unui singur emitor la un moment dat (accesul la linia de comunicaie). Aceast cerin este necesar din dou puncte de vedere. Pe de o parte din punct de vedere electric nu este permis funcionarea simultan a mai multor emitoare. Acestea de regul au impedane reduse care ar duce la regimuri de ncrcare necorespunztoare i degradarea parametrilor electrici ai transmisiei. Pe de alt parte la funcionarea simultan a mai multor emitoare s-ar pierde coerena i inteligibilitatea mesajului transmis. Protocolul de comunicaie trebuie s stabileasc care dintre emitoare intr n funciune de la un moment dat, dup ce criterii i cu ce prioritate. Exit mai multe tipuri de protocol, din punctul de vedere al acordarii accesului la linia de comunicaie.

Protocolul de tip Stpn-Sclav sau centralizat este "condus" de un singur echipament care acord timpul de acces al celorlalte, sub form de interogare, de exemplu. Acest tip de mecanism, utilizat de reelele de tip FIP sau JBUS.

Protocolul bazat pe dreptul de acces, numit de obicei "jeton". Emitorul posesor al dreptului de acces (jeton) poate transmite un mesaj, apoi transmite jetonul echipamentului urmtor. Acest tip de protocol este de tip semicentralizat. Acesta este utilizat de reeaua Token Ring a IBM, sau chiar n reeaua MAP.

Protocolul aleator sau descentralizat. Echipamentul care are o cerere de transmisie verific dac linia este liber. Dac linia este ocupat, atunci emitorul rmne n ateptare. Cnd linia se elibereaz atunci emitorul poate ncepe transmisia. Exist ns posibilitatea ca la un moment dat s intre n funciune simultan mai multe emitoare. Atunci se spune c are loc o coliziune, accesul la linia de comunicaie se consider ratat i ncercarea de intrare n emisie se reia. Aceste tipuri de rateuri mresc timpul de transmisie pe o reea ocupat i reduc eficiena comunicaiei. De aceea, dei mai uor de realizat fizic i mai ieftin, acest protocol este evitat n anumite situaii. Tipul de protocol stabilete modul de continuare al dialogul. Fie se acord prioritate unuia dintre emitoare, fie ncercarea de transmisie se reia dup un interval de timp aleator. Acest mecanism de acces descentralizat corespunde protocoalelor de tip CSMA (carrier Sense Multiple Access) i este utilizat mai ales n reelele Ethernet sau BatiBus.

Topologia i ntinderea reelei de comunicaie definesc respectiv modul de conectare al echipamentelor i caracteristicile reelei din punctul de vedere al posibilitilor de transmisie la distan.

Din punct de vedere topologic reeaua de transmisie de date poate fi de tip magistral sau "bus"concretizat de o reea liniar din punct de vedere topologic la care sunt conectate toate echipamentele. Este de notat c o structur arborescent este considerat de cele mai multe ori o reea de tip magistral. O topologie tip stea const n legturi punct la punct convergente ntr-un punct central. O topologie tip inel conecteaz toate echipamentele succesiv, pe o singur bucl. O topologie de tip reea (plas) poate combin toate celelalte tipuri de topologii.

Din punct de vedere al ntinderii (repartiiei geografice) tipurile de reea cele mai rspndite sunt:

WAN (Wide Area Network) sau reeaua de mare distan asigur servicii internaionale sau naionale;

MAN (Metropolitan Area Network) sau reea de nivel urban asigur servicii n zonele aglomerate, de exemplu gestiunea cldirilor municipale;

LAN (Local Area Network) sau reea local asigur servicii limitate la nivelul mai multor cldiri apropiate de utilitate industrial, teriar sau de domiciliu.

De regul reelele care transmit date la mare distan utilizeaz legturi "slab cuplate", cum sunt liniile cu transmisie de tip serial. In acest caz pot fi utilizate cile de comunicaie telefonic sau radio bazate pe modulaia unui semnal purttor.

Magistralele corespunztoare distanelor mici, caracterizate de un flux mare de informaie, cum este cazul configuraiilor sistemelor de calcul sau sistemelor multiprocesor utilizeaz legturi "strns cuplate" bazate pe structuri de tip paralel cu linii de comunicaie multiple.

Domeniul de aplicabilitate stabilete configuraia tehnico-economic n care este utilizat reeaua de comunicaie i serviciile asigurate de ctre aceasta. Utilizatorul reelei poate fi factorul uman (operatorul) sau un anumit echipament de automatizare.

O reea de comunicaie destinat automatizrilor, ca JBUS sau MODBUS asigur servicii dedicate (de aplicaie) corespunztoare schimbului de informaii ntre automate programabile (controlere). Informaiile sunt n general constituite din civa octei. Diferitele programe de serviciu rezidente la nivelul automatului programabil conin informaii "a priori" asupra structurii mesajului transmis (pentru a-l putea decodifica). Serviciile asigurate de reelele JBUS sau MODBUS sunt urmtoarele: citirea a n bii; citirea a n cuvinte; citirea rapid a 8 bii; scrierea unui bit; scrierea a n bii; scrierea unui cuvnt; scrierea a n cuvinte; diagnosticarea schimbrilor de stare, citirea contorului de evenimente, citirea memoriei tampon nregistratoare de evenimente (buffer-ul trace).

Reeaua de tip FIP constituie o baz de date distribuit n "timp real". Aceasta asigur urmtoarele servicii: identificarea logic a informaiilor; partajarea informaiilor, utiliznd mecanismul de difuzare; garantarea coerenei informaiilor; gestiunea global a prioritilor de transmisie. Schimbul de informaii se bazeaz pe emisia din partea arbitrului de magistral ctre toate staiile a unui apel (identificator) destinat unui abonat "productor" i tuturor consumatorilor interesai. Rspunsul este difuzat de ctre acest abonat productor ctre toate staiile care sunt interesate (consumatori).

Tipuri de magistrale

Magisrala RS232-C (EIA) este o magistral de legtur punct la punct cu dou linii de transmisie (linie de emisie i linie de recepie). Magistrala lucreaz cu un semnal de tensiune cuprins ntre valorile +5V i +15V (de regul +12V) pentru nivelul "0" i cuprins ntre valorile -5V i -15V (de regul -12V) pentru nivelul "1". Impedana de recepie este cuprins ntre 3kSYMBOL 87 \f "Symbol" i 7kSYMBOL 87 \f "Symbol". Pragurile la recepie este mai mare dect +3V pentru nivelul "0" i mai mic dect -3V pentru nivelul "1". Debitul maxim este de 19,2kbit/s, la distan maxim de 15m.

Magisrala RS422-A (EIA) realizeaz legturi multipunct (un emitor pentru maximum zece receptoare). Are nivelele de tensiune cuprinse ntre +2 i +6V (de regul +5V) pentru nivelul "0" i ntre -2 i -6V (de regul -5V) pentru nivelul "1". Impedana de recepie este > 4kSYMBOL 87 \f "Symbol" iar pragul de recepie > 0,2V pentru nivelul "0" i < -0,2V pentru nivelul "1". Debitul maxim este de 10Mbit/s la 1200m.

Magisrala RS485 (EIA) sau V11 (CCITT) realizeaz legturi multipunct, practic cu maximum 28 de emitoare i receptoare. Nivelele de tensiune sunt cuprinse ntre +1,5V i +5V pentru nivelul "0" i ntre -1,5V i -5V pentru nivelul "1". Pragul de recepie este > 0,2V pentru nivelul "0" i < -0,2V pentru nivelul "1". Debitul maxim este de 10Mbit/s la distana maxim de 1200m.

Bucla de curent (nenormalizat) utilizeaz pentru transmisie cte dou n bucl, una pentru emisie i una pentru recepie. Poate realiza legturi punct la punct sau multipunct n funcie de reea. Curentul traverseaz toi receptorii (n serie). Nivelul de curent pentru emisie este de cuprins ntre 0mA i 4mA pentru nivelul "0" (n funcie de varianta utilizat) i 20mA pentru nivelul "1". Pragul de recepie este de 5mA pentru nivelul "0" i 10mA pentru nivelul "1". Debitul maxim este 9,6 kbit/s la distan maxim de 3000m.

Pentru domeniul comunicaiilor specifice sistemelor de protecie i monitorizare a reelei electrice firma francez Merlin-Gerin utilizeaz magistralele JBUS, BATIBUS i FIP.

Magistrala JBUS poate s utilizeze patru moduri de transmisie corespondente legturilor punct la punct i anume: modurile specifice magistralelor RS232-C, RS422-A, RS485 i buclei de curent.

Magistrala BATIBUS realizeaz legturi multipunct. Utilizeaz nivelele de tensiune pentru emisie de 15,5V , +/- 10% (n gol) pentru nivelul "0" i < 1,5V (sarcin 330mA) pentru nivelul "1". Impedana de recepie este 500kSYMBOL 87 \f "Symbol". Pragul de detecie este >9V pentru nivelul "0" i High pe linia SDA n timp ce linia SCL se gsete n starea High definete o condiie de "Stop". Condiia de "Start" indic faptul c un octet va fi transmis serial (sub forma unui lan de impulsuri). Condiia de "Stop" indic faptul c transmisia octetului s-a ncheiat.

Validarea datelor

Datele (semnalul electric corespunztor datelor) trebuie s fie stabile pe linia SDA n timpul strii High a semnalului de ceas de pe linia SCL. O tranziie High -> Low a liniei de date poate avea loc numai cnd semnalul de ceas de pe linia SCL este n starea Low.

Arbitrajul i principiul sincronizrii

Dispozitivele (interfeele) conectate la magistrala pot funciona n calitate de "master" (stpn n limba englez) sau "slave" (sclav n limba englez). In momentul cnd un dispozitiv devine "master", acesta va coordona transferul de date pe magistral. Fiecare master genereaz propriul semnal de ceas pe linia SCL. Numai dispozitivul master poate iniia procedura de transfer de date pe linia SDL. Atunci cnd un anumit dispozitiv a devenit master pe magistral, inierea procedurii de transfer de date const n adresarea unui alt dispozitiv conectat la magistral i determinarea tipului de operaie de transfer de date, adic citire sau scriere. Este important de menionat c un dispozitiv poate s funcioneze att ca transmitor sau ca receptor, indiferent de calitatea de master sau slave. Astfel un master, dup iniierea procedurii de transfer de date poate transmite date ctre un dispozitiv slave, n timpul unei operaii de scriere sau poate recepiona date de la un slave n timpul unei operaii de citire.

Sincronizarea

Datele sunt valide numai pe durata High a semnalului de ceas. Astfel, este necesar definirea unui anumit semnal de ceas, pentru a putea avea loc procedura de arbitraj la nivelul fiecrui bit. Semnalul de ceas de sincronizare este realizat utiliznd conexiunea "i-cablat" a interfeelor cu linia SCL. Un semnal de ceas pe linia SCL este generat cu o durat Low determinat de dispozitivul cu cea mai lung durat de Low i cu o durat High determinat de acela cu cea mai scurt durat de High.

Arbitrajul

Prin procedura de "Arbitraj" se va determina care dispozitiv devine master, atunci cnd exist mai multe ncercri simultane de transmisie de date, din partea mai multor dispozitive conectate la magistral. Un master poate porni transferul de date numai dac magistrala (bus-ul) este liber. Doi sau mai muli masteri pot genera condiia de Start pe durata timpului minim alocat pentru aceast condiie. Arbitrajul are loc numai pe linia SDA, n timp ce linia SCL este la nivelul High. Astfel masterul care ncearc s transmit un nivel High, n timp ce alt master transmite nivelul Low, va comuta etajul de ieire de date deoarece nivelul de pe bus nu corespunde celui dorit de acesta. Arbitrajul poate continua pentru mai muli bii. Prima etap este compararea biilor de adres. Dac mai muli masteri ncearc s adreseze acelai dispozitiv, arbitrajul continu cu compararea biilor de date. Deoarece pentru arbitraj este utilizat chiar informaia de adres si de date, nu se va pierde nici o informaie n timpul procesului de arbitraj. Un master care pierde arbitrajul, poate genera impulsuri de ceas pn la sfritul byte-ului pe durata cruia s-a pierdut arbitrajul.

Confirmarea transferului de date

Confirmarea transferului de date este obligatorie. Impulsul de ceas corespunztor confirmrii este transmis de ctre master. Transmitorul elibereaz linia de date SDA (care trece n starea High) n timpul impulsului de ceas de confirmare. Receptorul trebuie s in n starea Low linia de date SDA n timpul impulsului de ceas de confirmare, astfel acesta rmne stabil (pe SDA) n starea Low n timpul perioadei High a impulsului de ceas. De regul, un receptor adresat este obligat s genereze confirmarea (semnalul de confirmare) dup fiecare byte recepional.

Atunci cnd un receptor slave nu este capabil s confirme recepionarea semnalului de adres deoarece, de exemplu acesta execut o anumit operaie n timp real, linia de date poate fi abandonat n starea High de ctre slave. Atunci master-ul poate genera o condiie de Stop pentru a renuna la transferul de date. Dac totui receptorul slave confirm primirea adresei dar, mai trziu pe parcursul transferului de date, nu mai poate receptiona n continuare bytes, masterul trebuie de asemenea s renune la transferul de date. Aceast situaie este indicat prin generarea de ctre slave a unei "ne-confirmri" pe primul byte care urmeaz. Slave-ul prsete linia de date SDA n starea High, iar master-ul va genera o conditie de Stop. Dac n cadrul comunicaiei este implicat un master receptor, acesta trebuie s semnaleze sfritul transmisiei de date ctre slave-ul transmitor prin non-generarea unei confirmri pe ultimul byte care a fost transmis de slave. Slave-ul transmitor trebuie s elibereze linia de date pentru a permite master-ului s genereze condiia de Stop.

Monitorizarea i protecia instalaiilor de medie tensiune

Domeniul distribuie public la tensiune medie este de regul ealonat pe trei nivele dac considerm c pe nivelul 0 se afl aparatele de comutaie i dispozitivele de msur (senzori sau captoare). Considerm sistemul ca avnd o structur ierarhic piramidal, avnd la baza nivelul 1. Pe nivelul 1 se gsesc releele de protecie (eventual echipamentele de multiplexare i demultiplexare). Pe nivelul 2 se gsesc echipamentele de conducere local, iar pe nivelul 3 echipamentele de conducere la distan. Nivelul 1 (mpreun cu aparatele de comutaie i declanatoarele de comand) ndeplinete funciile de protecie i control a unei instalaii locale de medie tensiune. Nivelul 2 supervizeaz i monitorizeaz un post de transformare IT/MT. Nivelul 3, permite exploatarea i conducerea unui ansamblu de reele de medie tensiune. Acesta poate fi configurat ca post de conducere centralizat sau ca post de conducere aservit. In postul de conducere centralizat personalul de exploatare este de regul prezent n permanen i instrumentele bazate pe dialogul om-main au o mare importan.

Postul de conducere centralizat

Funciile postului de conducere centralizat

Postul de conducere centralizat are misiunea de a centraliza informaiile provenite de la nivelele 1 i 2 i de a repartiza ordinele date de operatori ctre instalaiile respective;

Calculatorul de serviciu trateaz informaiile provenite de la posturile aservite i transmite ordinele de telecomand.

Un program special conduce transferul de date ntre calculatorul gazd, posturile aservite i posturile operator.

Acesta piloteaz arhivarea de evenimente, afiarea diagramelor sinoptice, gestiunea mesajelor de semnalizare i a interfeelor cu operatorii.

Utilizarea lui faciliteaz procedurile de test i de configurare nainte de instalarea definitiv a postului.

Postul de comand, instalat n vecintatea calculatorului servete la configurarea posturilor aservite.

Configuraia postului de conducere centralizat

Echipamentul din punctul de conducere centralizat are o structur redondant fiind dotat cu dou calculatoare (de regul staii de lucru sau tip minisistem), unul permanent n funciune i unul de rezerv, alimentate de o surs neintreruptibil. Calculatorul de rezerv este pregtit s intervin automat n cazul unui defect. Are dou posturi operator i unul de comand. Este dotat cu un procesor de comunicaii cu ci multiple.

Procesorul de comunicaie supravegheaz buna funcionare a calculatoarelor. El dirijeaz ctre calculatorul operaional legturile cu perifericele i legturile cu punctele aservite (prin intermediul modemurilor). Comunicaia ntre postul de conducere centralizat i posturile aservite se face prin linii telefonice permanente, numite linii specializate. Aceste legturi pot fi dublate i pot fi de tip "punct la punct", multipunct sau n bucl.

Sursa de alimentare neintreruptibil este cuplat la reeaua trifazat de 380V i genereaz tensiunile necesare calculatoarelor sau perifericelor (220V curent alternativ monofazat i 48V curent continuu). Dou surse neintreruptibile funcioneaz n tandem asigurndu-se una pe cealalt n caz de defect. Fiecare conine cte un ansamblu ncrctor, baterie, invertor cu autonomie de aproximativ 4 ore.

Posturile operator sunt dispozitivele de dialog ntre factorul uman de administrare i reeaua electric. De regul un post de conducere centralizat poate utiliza pn la 3 posturi operator independente. Fiecare dintre ele conine dou ecrane, o claviatur i un terminal de tip mouse sau bil de poziionare. Fuciile prestate sunt vizualizarea schemelor sinoptice ale postului, listarea mesajelor de atenionare, telecomanda instalaiei electrice.

Schema sinoptic reprezint pe fiecare pagin de ecran schema monofilar a instalaiei supravegeate. Pentru obinerea de informaii mai precise schema general poate fi divizat n mai multe zone "lupate". Imaginea utilizeaz mijloace grafice n culori. Parametrii electrici msurai sunt actualizai i apar alturi de simbolul dispozitivului afiat. Mesajele de atenionare sunt afiate pe unul dintre cele dou ecrane. Apariia unui eveniment sau schimbri de stare produce afiarea clipitoare, apariia unui indicator grafic i unui semnal sonor. Semnalizarea nceteaz n momentul apelrii programului de serviciu cu ajutorul tastaturii sau mouse-ului.

Telecomanda se realizeaz prin selecia organului de comand cu ajutorul mouse-ului i validarea comenzii prin tastele specializate ale tastaturii.

Imprimantele utilizate n mod normal sunt n numr de dou. Una este utilizat pentru listarea evenimentelor cronologice, iar cealalt pentru urmrirea reelei pe o perioad de 24 de ore pentru analize statistice a msurrilor la distan a unui post, sau alte tipuri de evenimente detaliate. In caz de pan a unei imprimante informaiile sunt directate ctre cealalt.

Alte tipuri de periferice pot fi accesible prin interfaa de comunicaii nepermanente, care realizeaz gestiunea comunicaiilor prin reeaua telefonic comutat sau prin reeaua radio.

Postul de conducere aservit este de regul utilizat n staiile de transformare IT/MT pentru a realiza legtura cu postul de conducere centralizat i pentru a rezolva problemele de automatic ale postului.

Funciile principale ale acestuia sunt:

achiziia i procesarea datelor de msur i semnalizare realiznd detecia i recunoaterea defectelor, datarea absolut i nregistrarea evenimentelor, identificarea relaiilor cauz-defect;

gestiunea comunicaiilor ntre postul de conducere aservit i postul de conducere centralizat, cu prelucrarea comenzilor emise de ctre acesta;

funcii de automatic local ca de exemplu: reglaje legate de frecven, manevre de reanclanare rapid i lent a circuitelor de plecare, cutarea defectelor de pmnt cu impedan mare, emisia telecomenzilor la distan.

Configuraia postului de conducere aservit

unitate central bazat pe un microprocesor cu performane medii sau reduse (cu magistral de 16 bii exemplu);

modul de comunicaie serial asincron i un modul de intrare/ieire.

interfee de tip logic (cu dou stri) pentru semnalizrile la distan simple;

interfee de tip logic pentru comanda la distan a dispozitivelor telecomandate;

interfee de intrare de tip analogic pentru achiziia valorilor parametrilor electrici msurai;

circuite de msur a frecvenei reelei.

Comunicaia la distan se realizeaz prin dou ci de transmisie (tip punct la punct sau multipunct cu bucl dubl). Modemurile asociate cuploarelor de tip serial asincron conin circuite de adaptare specifice constrngerilor liniilor telefonice.

Postul de nregistrare a strii reelei este utilizat n staiile IT/MT surs, pentru supravegherea i conducerea local a staiei n caz de defect a sistemului de conducere la distan bazat pe posturi de conducere la distan cenralizat i aservit.

Funciile principale ale acestuia sunt:

nregistrarea evenimentelor, comand la nivel IT i MT;

procesarea mesajelor de semnalizare;

asigurarea funciilor automate ale calculatorului de supervizare n caz de defect;

configurarea sistemului.

Echipamentul se bazeaz pe o structur multiprocesor cu o magistral caracterizat de un debit ridicat de transfer al informaiei. Din punct de vedere hardware sistemul este realizat la nivelul unui dulap i are o structur modular, expandabil, cu urmtoarele seciuni (sertare):

Seciunea central constnd n urmtoarele module:

modul de alimentare;

modul de comunicare cu alte uniti;

modul central pentru procesarea datelor referitoare la starea reelelor supravegheate i a mesajelor de atenionare;

modul de dialog cu operatorul, pentru supravegherea reelei;

modul de intrare/ieire.

Peifericele sistemului sunt:

un ecran (display) n culori pentru vizualizarea schemelor sinoptice animate i a mesjelor de alarm;

un mouse sau un dispozitiv cu bil pentru alegerea simbolurilor de pe ecran;

tastatur, utilizat pentru cofigurare

una sau dou imprimante (una de rezerv) pentru listarea evenimentelor cronologice sau a interogrilor efectuate de operator.

2.3. structura de baz pentru proteciA echipamentelor electrice

Sistemul de distribuie a energiei electrice are o structur de reea. Nodurile treminale sunt sursele de energie (generatoarele din centralele electrice), consumatorii sau compensatoarele de putere reactiv. Acetia sunt legai prin linii de transport a energiei electrice aeriene sau sub form de cabluri. Transferul de energie se poate face direct sau prin intermediul transformatoarelor cu dou sau mai multe nfurri.

Transportul de energie n reea se face de regul prin sistemul de cureni trifazai, iar n anumite cazuri, de regul la periferia reelei, prin curent monofazat sau curent continuu. In cele ce urmeaz, n reprezentarea general se va adopta modelul monofilar, caracterul trifazat fiind considerat n cadrul problemelor specifice.

Configuraia celulei de baz a sistemului de protecie numeric la supracurent const pe de o parte, n echipamentul protejat, conectat la reea prin aparatele de comutaie i blocul de control numeric pe de alt parte. Intrrile acestuia sunt conectate la senzori iar ieirile la declanatoarele de comand ale aparatelor de comutaie. Mulimea de senzori i aparate de comutaie poate fi restrns atunci cnd sunt impuse anumite cerine de cost. Echipamentul protejat i aparatele de comutaie fac parte din circuitul de for, iar blocul de control numeric mpreun cu intrrile i ieirile acestuia fac parte din circuitul semnalelor de comand.

Din punct de vedere funcional sistemul de protecie asociat unei celule de protecie conine blocul de decizie (blocul de control), avnd rolul de detecie a defectului, dispozitivul de declanare (mecanic) i dispozitivul de execuie constnd n aparatul de comutaie.

Celulele de protecie corespunztoare echipamentelor sunt interconectate n cadrul sistemului global de protecie. Acesta asigur monitorizarea i comanda centralizat a ntregului sistem sau subsistem de protecie i deasemeni coordonarea proteciei.

Echipamentul protejat poate avea o structur de dipol, de cuadripol sau de multipol. In prima categorie pot fi ncadrai consumatorii, n a doua transformatoarele cu dou nfurri sau mainile electrice cu nfurri accesibile la ambele capete, iar n a treia transformatoarele cu mai multe nfurri trifazate sau sistemele de bare colectoare. Aceast reprezentare topologic simplificatoare permite clasificarea i tratarea unitar a funciilor de protecie indiferent de tipul echipamentului protejat.

Se poate considera c din punctul de vedere al funciilor proteciei blocul de control joac rolul principal, iar senzorii i aparatele de comutaie constituie intrrile i ieirile acestuia. Totui n construcia i funcionarea blocului de control trebuie s se in seama de tipul i caracteristicile senzorilor i elementelor de execuie (aparate de comutaie).

In sistemele de protecie evoluate, aparatul de comutaie este comandat mecanic de ctre un declanator electromagnetic. Acesta, la rndul lui este comandat electric de ctre releul de protecie.

Releul de protecie este un modul individualizat cu rol de interfa ntre sistemul de senzori i sistemul de declanare al aparatului de comutaie. Releele pot avea structuri complexe, bazate pe circuite electronice de tip analog sau digital. Acestea pot realiza funcii de protecie complexe, cu posibiliti extinse de recunoatere i localizare a defectului.

Din punctul de vedere al realizrii constructive releele pot fi integrate n structura ntreruptorului de protecie sau pot costitui o unitate independent plasat n tabloul de distribuie sau comand. Acestea pot fi dotate cu o gam de funcii aplicabile unui spectru larg de tipuri de protecii sau pot fi dedicate unui anumit tip de echipament.

Topologia schemelor de protecie i proprieti de selectivitate

Un rol important n asigurarea selectivitii i sensibilitii l joac topologia schemei de protecie. Aceasta const n principal n modul de amplasare a traductoarelor (senzorilor) de curent i eventual de tensiune.

Topologia schemei de tip uniport

Schema de tip uniport are ca obiectiv protecia unui echipament sau unei subreele aflate n aval fa de dispozitivul de protecie.

In reeaua cu structur arborescent sunt utilizate urmtoarele tipuri de selectivitate:

selectivitate n domeniul curent;

selectivitate n domeniul timp (temporal);

selectivitatea directi