Подписаться на получение новых статей на почту:

Фазосдвигатель на Atmega8, для проверки реле типа РЗД. Шаг №25

Всем привет. В этой статье, как Я и обещал, используем полученные знания для сборки фазосдвигающего устройства на микроконтроллере Atmega 8A, который генерирует синусоиду, синхронизируется под частоту сети и др. Т.е. используем прикладное программирование на «живом» примере.

В вкратце рассмотрим область использования прибора. Речь пойдет о проверки устройства защиты от однофазных замыканий на «землю» типа РЗД или ЗЗП, которое применяется в электрических сетях напряжением (6-35кВ),с изолированной или заземленной нейтралью.  Данное реле представляет собой направленную защиту нулевой последовательности, использующую сравнение тока нулевой последовательности I0 и напряженияU0. РЗД работает на чисто емкостных токах замыкания на «землю» либо на активном –емкостном токе. В основном данное устройство первой ступени состоит из реле направленного действия и трансформатора нулевой последовательности типа ТЗЛ и ТНП-1М.

Самое основное что нам надо знать, что данные защиты основаны на сравнении по фазе естественных емкостных токов замыканий на землю защищаемых присоединений и искусственно созданного емкостного тока. И работают путем определения направлений (фазовых сдвигов) токов нулевой последовательности поврежденного присоединения и одного заранее выбранного «опорного» присоединения.

На рисунке изображен случай замыкания сети одной из фаз.

Онофазное замыкание на землю

В момент ОЗНЗ (однофазного замыкания на землю) в сети с изолированной нейтралью возникает переходной процесс, сопровождающийся падением напряжением на поврежденной фазе и увеличением напряжением на неповрежденных фазах относительно земли, а также бросками емкостных токов.Через ТНП (трансформатор тока нулевой последовательности) начинает протекать ток нулевой последовательности, который обусловлен емкостями на неповрежденной фазе. РЗД реагирует на направление мощности тока нулевой последовательности. На рисунке ниже показан немного обобщенный вид подключение реле РЗД к фазе. ТНП также содержит выводы для проверки реле. Вот это те самые выводы, к которым подключается прибор для проверки РЗД.

Подключение реле типа РЗД

Как видите на рисунке изображен т.т. (трансформатора тока), через который проходит кабель 6 кВ, отходит токовый отвод для РЗД и испытательный выход. Также приходит переменное напряжение в 100В (напряжение нулевой последовательности). В самом блоке проходят сравнения направления фаз тока и напряжение. Каждое реле работает в диапазоне угловой характеристики. Которая является индивидуальной, для каждого реле и прилагается в паспорте устройства. На рисунке ниже показана угловая характеристика срабатывания. Данный график получен экспериментально, где видно что диапазон срабатывания 30,60,90 град. при токе чувствительности 0.3А и который может плавно регулироваться. Наше устройство должно обеспечивать примерно такой сдвиг.

Угловая характеристика реле типа РЗД

Устройство защиты от замыканий на землю является важным элементом, который обеспечивает:
— повышение безопасности обслуживания электроустановок;
— бесперебойность электроснабжения предприятий;
— реагирование на установившееся металлическое или дуговое замыкание фазы на землю.

Для проверки данных защит используют переносное оборудование. А также лабораторное, например ЭУ-5000.(Рис ниже). Где в основном используется электромеханические элементы для проверки данного реле. Однако расчет частоты и сдвиг фазы можно переложить на «плечи» микроконтроллера.ЭУ5000

На рисунке ниже, слева представлена схема устройства а также, справа, в разобранном виде. Как видите используется два трансформатора, один на сто вольт, которые необходимо подавать на РЗД, и второй для формирования тока, который мы регулируем по частоте и по фазе с помощью микроконтроллера ATmega 8A. Присутствует операционный усилитель по току, где также мы можем регулировать амплитуду тока, в данном случае нам необходимо от 0,3 до 0,5 А.  А также сам контроллер, который располагается на небольшой плате и помимо описанных выше функций управляет кнопками и индикатором.

Схема фазосдвигателяУстройство фазосдвигателя на контроллере

При включении устройство начинает генерировать синусоиду, которая синхронизируется с входной частотой. На первом скриншоте ниже представлена осциллограмма входного импульсного напряжения, который формирует транзистор на входе и выходного, по нарастающему фронту, уже в виде синусоиды. На втором скриншоте ниже представлен итог сдвига выходного сигнала по фазе. Угол сдвига мы можем задавать любой от 1 до 360.

Контроллер синхронизарует выходной сигнал с входнымКонтроллер сдвигает сигнал по фазе

Конечно сам контроллер не может построить такой сигнал, на самом деле это работа RC фильтра. А сам МК изменяет скважность ШИМ.(Рис).

осциллограмма ШИМ контроллера

Получается, что ШИМ вместе с аналоговым фильтром используется для генерации аналогового сигнала, т.е. цифро-аналоговый преобразователь.  Фильтр подавляет высокую базовую частоту ШИМ и позволяет за счёт этого получить аналоговый сигнал. Номиналы обычно R –10 кОм; С – 100нФ. Для настройки используйте осциллограф.  На скриншоте ниже представлена работа контроллера в Proteus. Сверху обведен фильтр, импульсы задает генератор с частотой 50 Гц, на табло отображается частота синусоиды.

Фазосдвигатель на микроконтроллере в Proteus

В принципе все. На некоторых сдвигах частота может подпрыгивать, но в железе таких отклонений замечено не было. На рисунке ниже испытание прибора ( фазосдвигатель ) и готовое уже для проверок(справа).

Фазосдвигатель на микроконтроллере с РЗДФазосдвигатель на микроконтроллере

Вот мы и рассмотрели результат прикладного программирования, как с помощью контроллера оптимизировать, минимизировать а также немного повысить эффективность. Более подробно за ШИМ и генерацию, а также описание кода я переношу в следующий пост, дабы не утомлять читателя. Всем пока.

Литература:

1. В.Ф. Бухтояров А.М. Маврицын «Защита от замыканий на землюэлектроустановок карьеров» 1986г.

2. Техническое описание «Защита при однофазных замыканиях на землю типа ЗЗП и РЗД».

Просмотрено 2548 раз.

Я на Google+

Фазосдвигатель на Atmega8, для проверки реле типа РЗД. Шаг №25: Один комментарий

  1. Интересный пример оптимизации с помощью МК. Спасибо автору за проделанную работу. Побольше бы DIY поделок.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Subscribe without commenting