Automatyzacja sieci SN i nN, cz. 1 – sterowanie, pomiar i monitoring
Dynamiczny rozwój technologii zaowocował niespotykanym wcześniej wzrostem liczby urządzeń wymagających zasilania energią elektryczną. Bezpośrednim efektem tego jest nie tylko zwiększone zapotrzebowanie na energię w systemie, ale również zapewnienie ciągłości dostaw energii o określonej jakości. Przerwy w zasilaniu mogą skutkować znacznymi stratami w wyniku uszkodzenia urządzeń, przerwania cyklu produkcyjnego i strat materiałowych i – coraz częściej – stratami wynikającymi z utraty danych w systemach informatycznych, np. bankowych lub księgowych.
Traktując niezawodność zasilania jako priorytet, istotnym elementem staje się automatyzacja przełączeń w głębi sieci SN oraz skuteczna detekcja i eliminacja zwarć. Do realizacji takich zadań należy stosować układy pomiarów parametrów online w kluczowych węzłach sieci, detektory przepływu prądów zwarciowych oraz elementy wykonawcze z możliwością wykonywania prostych automatyk w trybie autonomicznym, jak również z realizacją przełączeń według procedur zaszytych w systemie nadrzędnym.
Jednolity system automatyzacji sieci dystrybucyjnej
Parametry, które należy monitorować lokalnie oraz dostarczać do systemu SCADA z poziomu sieci SN i nN to:
- napięcia i prądy fazowe
- stany łączników w węzłach podlegających monitoringowi
- wartości przepływów mocy czynnej i biernej
- skuteczna detekcja przepływów prądów zwarciowych w sieci
- stany automatyk i działań zabezpieczeń
- stan pracy źródeł rozproszonych wraz z wartościami generacji w czasie rzeczywistym.
Rozwiązania do automatyzacji sieci SN i nN powinny być oparte na nowoczesnej, spójnej platformie sprzętowej, która łącząc w sobie możliwości współpracy w obrębie własnych komponentów oraz urządzeń dowolnych producentów, będzie mogła być zaadaptowana do wymaganej aplikacji. Oznacza to, że rozwiązania muszą być skalowalne oraz otwarte na współpracę z dodatkową aparaturą w oparciu o zdalną komunikację z systemem nadrzędnym, w standardowych protokołach teletransmisyjnych. Forma transmisji zależy od preferencji użytkownika (GPRS/TETRA/ETHERNET).
Ważne są również warunki zewnętrzne, w których układ będzie pracował. Montaż w szafkach wymagających standaryzowania warunków klimatycznych pociąga za sobą zwiększone zapotrzebowanie na energię, co koliduje z dążeniem do osiągnięcia jak najwyższej efektywności energetycznej. Dlatego wskazane jest stosowanie urządzeń z szerokim zakresem temperaturowym pracy przy równoczesnym własnym niskim poborze mocy. Kompaktowe gabaryty, dające możliwość zabudowy w ograniczonych przestrzeniach, np. przedziałach rozdzielni nN stacji transformatorowych lub w małogabarytowych szafkach instalacyjnych, są dodatkowym atutem.
Bardzo istotnym problemem jest zapewnienie gwarantowanego zasilania układu nadzoru
i sterownia, zwłaszcza w przypadku wystąpienia awarii i zaniku napięcia podstawowego. Jest to ważne z punktu działania automatyk, ale również wymagania dodatkowego miejsca do zabudowy układu zasilania gwarantowanego oraz właściwej obsługi baterii akumulatorów stanowiących obowiązkowe wyposażenie dla takiego zasilania.
Istotny jest także aspekt finansowy. Mając na uwadze ogromną liczbę węzłów sieciowych oraz, w zamierzeniach, stacji transformatorowych SN/nN należy poszukiwać rozwiązania oferującego realizację funkcji pomiarowo-sterowniczo-komunikacyjne przy jednoczesnym osiągnięciu niskich kosztów sprzętu i wdrożenia takiego rozwiązania.
WAGO-I/O-SYSTEM
Propozycją WAGO dla automatyzacji sieci SN i nN jest układ zbudowany z elementów WAGO-I/O-SYSTEM. Zastosowanie jednostek centralnych w wykonaniu telecontrol daje możliwość komunikacji z systemem nadrzędnym, natomiast szeroka gama dostępnym modułów I/O oraz osprzętu dodatkowego (przekładniki prądowe, cewki Rogowskiego, odczepy napięciowe) umożliwiają obsługę obiektu w zakresie pomiarów i sterowania. Atutami takiego układu są: wspólna, jednolita platforma sprzętowa dla dowolnej aplikacji, pełna skalowalność rozwiązania, ale przede wszystkim otwartość na współpracę z dowolnym osprzętem oraz dowolnym systemem, z wykorzystaniem preferowanych przez użytkownika form łączności.
W rozwiązaniu WAGO jednostką centralną jest modularny sterownik PFC 750-8202 w wersji telecontrol. Poza interfejsami sieciowymi oraz obiektowymi, wspiera on również obsługę modułów wejść i wyjść dwustanowych, analogowych oraz specjalnych z serii 750/753.
Elastyczne rozwiązanie WAGO dla telesterowania na bazie protokołów: DNP3.0, IEC 60870-5-101/–104, 61850, 61850-420 i 61400-25 pozwala sprostać wymaganiom, jakie przyszłość postawi przed rynkiem energetycznym. Przełączanie, regulacja parametrów pracy i monitorowanie stacji energetycznych – wszystko to jest możliwe w systemie Smart Grid – przez sieć wewnętrzną, telefoniczną, Internet lub bezprzewodowo, przez GSM (np. GPRS). Dodatkowo zaimplementowane w sterownikach standardy bezpieczeństwa teleinformatycznego (szyfryzacja danych AES128, IPSec, OpenVPN) pozwalają na stosowanie tych rozwiązań w najbardziej odpowiedzialnych i newralgicznych punktach sieciowych. Sterownik WAGO umożliwia zdalny dostęp do oddalonych stacji oraz przesyłanie wszystkich istotnych parametrów pracy równolegle do kilku systemów za pośrednictwem protokołów TeleControl.
Dwa porty do sieci ETHERNET i wbudowany switch umożliwiają tworzenie połączeń sieciowych w topologii liniowej. Konfigurowalny port RS-232/485 zapewnia współpracę z urządzeniami zewnętrznymi przy użyciu standardowych protokołów komunikacyjnych, a wbudowany serwer WWW umożliwia zdalną/lokalną parametryzację, a także wizualizację pracy układu. Kompletne rozwiązanie jest przeznaczone do zastosowania w przemysłowych warunkach środowiskowych w zakresie temperatur -20…+60°C.
Jeżeli zachodzi konieczność aplikacji rozwiązania w szczególnie ciężkich warunkach pracy, np. dla wymagających aplikacji energetycznych, WAGO oferuje specjalne wykonanie osprzętu w wersji XTR. Zakres temperatur pracy od -40 do +70°C, wytrzymałość na napięcia udarowe do 5 kV, odporność na wibracje do 5 g oraz udary do 15 g skutkuje szeregiem zalet, takich jak:
- rezygnacja z klimatyzacji
- instalacja bez zewnętrznego ekranowania
- mniejszy koszt zużycia energii i serwisowania
- zastosowanie w pobliżu urządzeń generujących wibracje i udary
- oszczędność miejsca
- zgodność z normami dla aplikacji telesterowania
- wysoka dyspozycyjność systemu
- gwarancja bezpieczeństwa inwestycji
Jarosław Idzik, WAGO.PL
Czytaj też:
Automatyzacja sieci SN i nN, cz. 2 – zasilanie
Automatyzacja sieci SN i nN, cz. 3 – elementy sieci