ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

«Алматы энергетика және байланыс институтының»

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

С.Ә. Бұғыбаев., Б.Мұхтар

 

МИКРОПРОЦЕССОРЛЫ РЕЛЕЛІК ҚОРҒАНЫС ЖӘНЕ ЭЛЕКТРЛІК ҚОНДЫРҒЫЛАРДЫҢ ТЕЛЕМЕХАНИЗАЦИЯСЫ

 

Оқу құралы

 

 

Алматы 2009

Оқу құралында электрмен жабдықтау жүйесінің электр қондырғыларының релелік қорғанысы  және автоматикасы элементтерінің жұмыс принципіне байланысты сұрақтар қарастырылған. Электрмеханикалық, электронды және микропроцессорлы релелердің құрылысы қарастырылған. Желінің, трансформаторлардың және электрқозғалтқыштардың қорғаныстары сұлбаларының принциптері қарастырылған.

Қазіргі заманғы микропроцессорлы релелердің құрылысына, істеу принципіне көп көңіл бөлінген.

Оқу құралы Электр энергетика мамандықтарының бағыты бойынша  оқитын студенттер үшін арналған.

 

Алғы сөз  

Релелік қорғаныс электр автоматикасының негізгі түрі болып табылады.Оның көмегінсіз электрмен жабдықтау жүйесінің үздіксіз қалыпты жұмысын қамтамасыз ету мүмкін емес. Релелік қорғаныстың негізгі міндеті жүйенің зақымдалған бөлігін басқа зақымдалмаған бөлігінен автоматты түрде күштік ажыратқыштармен ажыратып немесе  оперативті қызметкерге қалыпсыз режимді жою үшін белгі береді.

Электр энергиясын пайдалану күннен күнге артуда, электр энергияның сапасына және электрмен жабдықтау жүйесінің жылдамдығына, сенімділігіне қатысты талаптың күшеюіне   байланысты, қазіргі заманда релелік қорғанысқа қойылатын талаптар да күшеюде. Осы уақытқа дейін тәжірибеде қолданылып келген электрмеханикалық релелер бұл талаптарды қанағаттандыра алмайды.

Сол себептен қазіргі  кезде ЭЕМ еске сақтау жадында қызмет ету алгоритмі бағдарланатын және сақталатын микропроцессорлы қорғаныстар қолданысқа енгізілуде. Микропроцессорлы релелік қорғаныстың сенімділігі өте жоғары, тез және  басқару, реттеу, пайдалануы, жөнделуі өте ыңғайлы жасалынған. Сонымен қатар микропроцессорлы сандық релелік қорғаныс көмегімен өндірістегі технологиялық үрдістерді автоматты басқару терминалын жасау үшін қолданылады.

Бұл оқу құралында электрмеханикалық реледе және микропроцессорлы базада жасалған релелік қорғаныстың құрылысын оқып үйренуге материалдар берілген. Оқу құралының мазмұны желілер, трансформаторлар, электрқозғалтқыштар және де сандық релелерге арналған материалдардан тұрады. Сонымен қатар, электр қондырғылардың телемеханизациясы қарастырылған. Бұл оқу құралын студенттер электрмен жабдықтау жүйесінің релелік қорғанысын есептеу курстық жұмысында және дипломдық жобаларында қолдануына болады және релелік қорғаныс, автоматика саласы бойынша жұмыс істейтін маманға да көмекші құрал ретінде пайдалануына болады. 

 

1 Электр қондырғысының телемеханизациясы

 

1.1 Телемеханикалық құрылғылардың тағайындалуы және түрлері

 

Телемеханикалық қондырғының тағайындалуы – жинақталған электр қондырғыларының жұмысын орталық пункттен басқару және бақылау, оны диспечерлік пункті ( ДП ) деп аталып, онда кезекші диспетчер болады, Телемеханикалық қондырғылар телесигнализация жүйесінде оның міндеті энерго қондырғыларына оперативті әсер ету болып табылады. Телемеханикалық қондырғылар телесигнализация жүйесінде ( ТЖ ), телеөлшем (ТӨ ), телебасқару ( ТБ ) және телереттеу ( ТР ) болып тармақталады.

ТС жүйесі қадағалаушы пункттен  КП ДП-ға обьекттің жағдайын, сондай-ақ авариялық және ескерту сигналдарын жібереді.

 ТӨ- жүйесі ДП-ға (мөлшерлік мәндер) бақыланып отырған обьекттің мөлшерлік мәндерін жібереді.

ТУ- жүйесі ДП-дан КП-ға басқару командаларын жібереді.

ТР- жүйесі ДП-дан Кп-ға реттеу командаларын жібереді.

ДП-дан КП-ға сигнал байланыс каналы бойынша жіберіледі. Желі ретінде өткізгіш желілерге (басқарушы кабель, телефон кабельдері және т.б) энергия тасымалдау желісі (ауа линиясы,тарату жүйелері және т.б) және арнайы байланыс желісі (радиорелелік және т.б) жатады.

Сигналды тасымалдау процесі 1.1 суретте кескінделген. Мұнда,СК - сигнал көзі, П-жеткізуші қондырғы, ЛС-байланыс желісі (БЖ), ПР-қабылдау қондырғысы (ҚҚ), ПС-сигнал қабылдаушы (СҚ).

1.1  Сурет-Сигналды байланыс жүйесінің диспетчерлік пункттен бақылаушы пунктке тасымалдауы

 

 

ТС, ТИ болғанда КП-да ИС, П ,ал ДП-да-ПР, ПС болады.

ЛС(БЖ)мен жариялаушы информация, дискретті сигналдар, ТС обьектісінің шағылысқан соңғы санының жағдайын, аналогты немесе дискретті сигналын , ТИ-дың көптеген шағылысу күйін тасымалдайды.

ТУ,ТР болғанда ДП-да ИС, П, ал КП-да ПР, ПС болады. ЛС (БЖ) мен басқарушы информация,дискретті сигналдар ТУ обьектісінің  соңғы сандық күйін басқару және аналогты немесе дискретті  сигналдар ТР обьектісінің көптеген күйлерін тасымалдайды.

Осылайша ТС және ТИ сигналдарының бағыты біржақты, алТУ,ТР-үшін екі жақты, өйткені ТУ ТС-ның мәндерімен көрсетуіміз керек, ал ТР-да ТИ мәндері арқылы. Жариялаушы және басқарушы информациялары сапалы (екілік) және көптік (множественный) аналогтық немесе дискреттік сипаты бар.

Сондықтан телемеханика жүйесі көбіне екілік функцияда орындалады: ТУ және ТИ.

Әлбетте сигналдар кедергілерге ұшырайды, сондықтан оның кедергілерге тұрақтылығын және қабылдау қондырғысының таңдалуын арттыру үшін,аналогты сигналдар кодталады, бұл дегеніміз дискретизацияға информацияны дискретті сигналдар ретінде алгоритмді кодтау, мұнда әрбір сигналға өзінің дискретті комбинациясы болады.

 

1.2 Сигналдарды кодтау 

Телемеханика қондырғыларының жетістігі қашықтан қадағалау және басқаруға қарағанда байланыс каналдарының сандары азаюы болып табылады.Қашықтық қондырғыларында байланыс каналдары кеңістікке бөлініп -әрқайсысы каналға өзінің (бж)-сы сай келеді.Телемеханика қондырғыларында байланыс желісі біреу,ал байланыс каналдары уақыттық ,жиіліктік ,фазалық ,кодтық және басқада каналды бөлу әдісі бойынша түзіледі ,әлбетте бір каналмен жариаландырушы және басқарушы информациялар барынша көп жіберіледі

Дискретті информация сигналы ол-бірнеше импульстар мөлшері ,бір-бірінен сапалы белгілер бойынша (ұзақтығы,амплитудасы ,фазасы,полярлық) ажыратады.

1.2 Сурет - Бір элементті кодтау сигналы

 

1.3 Сурет - Екі элементті кодтау сигналы

 

Бір элементті сигналды кодтау арқылы бірнеше көрсетілген белгілерін қолданып, шектелген көлемді сигналды жібере аламыз. 1.1 Суретте көрсетілгендей сигнал бір импульстен және екі сапалы белгіден құралған, ол-полярлы белгі. Сандық кодтау комбинациясы :     Мұндағы m-негіздеу коды n-кодтың разряды(импульс саны). Сурет 10,2-де көрсетілгендей көп элементті кодттау арқылы көп көлемдегі информацияны екі белгіні қолданып жібере аламыз. Екі элементті кодтауда кодтау комбинация саны екі аналогты белгісімен мынаған тең:

Бір элементті кодтау ТМ –қондырғыларында кеңінен қолданылады, себебі көптеген басқарушы және бақыланушы объекттер екі позициялы болып , тек екі сигнал қажет етеді.

Көп элементті кодтау басқарушы және бақыланушы объектілер көп болып, көп позицялы болса, сондай-ақ ол көп командаларды тасымалдауды қажет етсе қолданылады. ТУ-ТСда кодтар тәуелсіз командаларды тасымалдауда қолданылады.Электр импульстерін қолданғанда мынаны белгілейміз: m-бірнеше таңдалған белгілер, ал n - кодтау комбинациясының ұзындығы. Код бірқалыпты, егер барлық кодтық комбинациялардың ұзындықтары бойынша егер комбинация әртүрлі болса бірдей, бірқалыпты. Көбіне бірқалыпты кодтар қолданылады: N - кодтағы толық кодтау комбинация саны, оның әрқайсысы жеке хабарлау жібере алады. Қарапайым импульсті N-санынан басқасы, барлық кодтар кодтау формуласымен анықталады.

Таңдаушы импульстер белгісі m, амплитуда, жиілік, полярлық және т.б., кодтау комбинация ұзындығы n-кодтау комбинациясындағы қарапайым сигналдар саны. Толық кодтық импульстер реттелген, әртүрлі таңдалу белгісімен импульс реттілігі болып, толық қайта реттелу кодтар үшін: Np=Pn=h!:P3=1*2*3=6

Код үшін негізгі қайта реттелу болып, m0=n,мұнда m0-таңдалу белгілер саны , n-кодттау комбинациясындағы импульс саны.

Код үшін негізгі импульс реттілігі әртүрлі таңдалушы белгілермен шектелген импульстер тобындағы, толық команда саны:

Кодтар үшін негізгі орналасу болып ,m0>n=m, мұнда m0-таңдалу белгілердің толық саны, n-кодтау комбинациясындағы импульс саны, m-топтағы таңдалушы саны.

Код үшін негізгі импульс реттілігі әртүрлі таңдалушы белгілермен шектелген импульстер топтарында, толық команда саны:

Код үшін негізгі үйлесу болып ,m0>n=m, мұнда m0-таңдалу белгілердің толық саны, n-кодтау комбинациясындағы импульс саны , m-топтағы таңдалушы саны.

Кодтардың орын ауыстыруы, орналасуы және үйлесімділігі, үш импульстер таңдалушы амплитудалық белгілермен 10,4 суретте көрсетілген:

1.4 Сурет- Амплитудалы таңдамалы көрсеткіштері бар – орын ауыстыру, орналасу және үйлесім атты үш импульс кодтары

 

ТУ-ТСда әдетте таңдалушы белгілер жиілік немесе импульс ұзақтығы қолданылады. ТИ-ТР-ТР жүйесінде кодтар сандық шамаларды жіберу үшін қолданып, арифметикалық код деп атайды. Бұл кодтардың негізі болып санды кодтық реттілікпен беру болып табылады. Әртүрлі сан екінші ретті кодтта былай жазылады:

 

kі= 0 немесе 1;

Ондық кодтағы сан былай жазылады:

Ондық кодтағы сан екілік разрядта екілік –ондық кодта берілсе, онда оны былай жазуға болады:

  Соған орай екілік ондық кодта әрбір ондық кодта әрбір ондық кодтағы разряд кодтау арқылы туындайды, бірақ әрбір ондық кодтағы разряд екілік кодта өлшенген разрядта  немесе 8,4,2,1 түзіледі.

    Екілік ондық код таблицалық жазбада былай көрінеді:

 

             

 

Екілік- ондық код ТИ-ТР –да кеңінен таралған, себебі ол жеңіл ондыққа айналады, сандық тақтаға индекацияланады, сондай-ақ екілік кодтта ЭВМ-ға енгізуге қолданылады.

Екілік–ондық кодтардың кейбір түрлері бар, олар кейбір комбинациялардың кедергі тұрақтылығын жоғарлатуда қолданылады.

 

1.3 ТУ-ТС жүйесі

 

ТУ-ТС жүйесіндегі тасымалдауды басқаруды командасын екі позицияға бөлуге болады.

1.     Берілген нысанды таңдау;

2.     Команданы жіберу.

БЖ/ЛС арқылы жіберілетін сигналдарды бөлудің әртүрлі түрі бар: жекелеген тізбекпен, жіберу уақытымен, кодталғандағы таңдалушы белгілерімен.

ТУ-ТС жүйесі коммутациялық уақыттың және жиіліктік сигналды бөлуде кеңінен таралған.

Басқару объектісі айырғыш, блок – контактілері В1,В2. Жүйеде төрт таңдалушы сигнал белгілері – оң және теріс полярлану екі амплитуда деңгейі, осыған байланысты бір-екі желілі желімен төрт сигнал беруге болады: 2 сигнал басқарушы және екі сигнал бақылаушы.

1.5  Сурет- Коммутационды сигналды бөлетін ТУ-ТС тораптарының принципиалды сұлбасы

 

Каналдарды коммутационды бөлетін жүйедегі сигналдардың жалпы саны БЖ1(ЛС1)-де мәлімдеуіш сигналдың (дара жартылай периодты орналастырғыш түзетілген і1 токтың) минималды деңгейі байқалғанда РСО іске қосылады. КВ-ны іске қосқанда, яғни таратқыш сигналды бергенде, В2 жабылып, БЖ1-ге мәлімдеуіш сигналдың (дара жартылай периодты і2 тогы) минималды деңгейі келіп түседі. Осылайша РСВ релесі іске қосылады. КО-ны іске қосқанда да КВ-ны іске қосқан кездегі процесс байқалады.

Бұл коммутационды бөлгіші бар ТУ-ТС жүйелерін 1 км-ге дейінгі қашықтықтағы саны шектеулі объектілерді басқару үшін қолданады.

Сигналдарды уақыт бойынша бөлетін ТУ-ТС жүйесі БЖ-ға сигналдарды тізбектеп береді және керегінше циклдік түрде (объектіні тұрақты түрде бақылап) немесе спорадикалық түрде жұмыс істей алады. Жүйенің сызбасы 1.5 суретте көрсетілген. БЖ байланыс желісі синхронды қосылып-ажыратылатын Р1, Р2 таратқыштары көмегімен n, n-1 қадамдарында ретімен сәйкес басқару тізбектеріне қосылады, ал 1,2... қадамдарында сигнализация тізбектеріне қосылады.

1.6 Сурет- Уақыттық сигналды бөлетін ТУ-ТС тораптарының принципиалды сұлбасы

 

Бұл жүйедегі сигналдарды таңдау таңдалынатын белгілердің ұйқасуы бойынша тікелей болуы мүмкін – бір ғана таңдау белгісі бойынша (сызбада көрсетілгендей) немесе құрама түрде болуы мүмкін. Тікелей таңдағанда БЖ бойынша берілетін сигналдардың саны таратқыш қадамдарының санына тең болады.

Құрама таңдау кезінде сигналдар саны артады:

Мұндағы к – белгілер комбинациясының саны.

Бұл жағдайда жүйе ДП және КП жағында шифраторлар мен дешифраторлардың пайда болуымен қиындатылады.

Байланыс басы жиілік бойынша таратылғандықтан, ТУ-ТС жүйесі БЖ-ға сигналдарды үздіксіз беріп тұрады. Осылайша БЖ бойынша бір уақытта көптеген сигналдар жіберуге болады. Жүйенің сызбасы 1.7 суретте көрсетілген.

1.7 Сурет- Жиіліктік сигналды бөлетін ТУ-ТС тораптарының принципиалды сұлбасы

 

ДП және КП-де НИ(ДП), ШГ(КП) шифраторларына қосылған f1…fn тұрақты жиіліктерінің генераторы бар.  к1...кn  - басқару түймелері, Р1... Рn – объектінің реле контактілері.

Егер кодтау бір элементті болса, онда әр таратылған немесе мәлімдеуіш сигналдардарға өзінің тасымалдауыш жиілігі сәйкес келеді.

Сигналдарды ажырату  ДП және КП-де  жолақты ПФ фильтрлерінің көмегімен жүзеге асырылады. Соның арқасында барлық сигналдарды бір уақытта жіберу мүмкіндігі туады. Көп элементті кодтау генераторлар мен жолақты фильтрлердің санын қысқартып, сигналдардың жиіліктер жолағын тарылтуға мүмкіндік береді. Ол үшін ДП және КП жағында шифраторлар мен дешифраторлар қолданылады. Олар өз кезегінде, сигналдарды кодтайды немесе керісінше кодтан арылтады (декодтайды).

Каналдарды уақыт және жиілік бойынша бөлетін ТУ-ТС жүйесін қазіргі таңда микросхематиканы қолданып логикалық элементтерде құрады.

 

1.4 ТИ жүйесі

 

ТИ жүйесінде ұзартылатын параметрді тарату 3 операциядан тұрады:

1)          Ұзартылатын объектіні таңдау (өлшенетін параметрді)

2)          Өлшемді түрлендіру

3)          Беріліс

КП-де өлшенетін параметр қашықтыққа таратуға ыңғайлы өлшемге түрленеді. Ал ДН-де бұл өлшем өлшеуіш немесе тіркеуіш прибордың көрсеткішіне түрленеді.

БЖ-да берілетін сигналдарды бөлу коммутационды, уақыттық, жиілікті әдістермен орындалады. Сонымен бірге сигналдарды кодты бөлу әдісі де кеңінен қолданылады. Сигналдардың түрі бойынша ТИ жүйесі әртүрлі болады. Бұл жүйелерді негізінен, аналогты, импульсті және жиіліктіге ажыратады.

Аналогты жүйелерде БЖ-да үздіксіз өлшем беріледі (тоқ, кернеу), импульсті жүйелерде импульстердің бірізділігі және кодты комбинация, жиілікті жүйелерде дыбыстық жиіліктердің айнымалы тогы беріледі.

 

1.8 Сурет- Аналогты ТИ жүйесінің құрылымдық сұлбасы

 

Аналогты ТИ жүйесі 10.8 суретте көрсетілген. Таратқыш ретінде сәйкес параметрдің Т(П) түрлендіргіші қолданылады. Ток (кернеу) БЖ-ның өткізгішті желісіне қосылады.

Таратқыш ретінде әдетте түзетілген типті (ток, кернеу) немесе индуктивті (қуат, cosφ) түрлендіргіштерді қолданады. Типті түзетілген ток (ВПТ-2) және кернеу (ВПН-2) түрлендіргіштері 10.9 және 10.10 суреттерде көрсетілген.

 

1.9 Сурет- (ВПТ-2) тоқ түрлендіргішінің сұлбасы

 

1.10 Сурет- (ВПН-2) кернеу түрлендіргішінің сұлбасы

 

Импульсті ТИ жүйелері аналогты параметрдің импульсті сигналдарын ұсыну тәсілдері бойынша бірнеше түрге ажыратылады. Негізінен сандық-импульсті, кодты-импульсті және жиілікті-импульсті ТИ жүйелері қолданылады (1.11 сурет)

1.11 Сурет- Аналогты өлшемді импульсті сигналға түрлендіргіштер

 

Импульсті ТИ жүйесі 10.11 суретте көрсетілген. БЖ-ға өзінің сипаттамалық параметрлерімен аналогты өлшемді ұсынатын импульстерді жіберетін таратқыш ретінде сәйкес Т(П) түрлендіргіші қолданылады. Кері түрлендіру КТ (ОП) түрлендіргіші арқылы жүзеге асырылады. Импульсті ТИ жүйелерінің таратқыштары микросұлбалардағы импульсті генераторлар болып табылады.

1.12 Сурет- ТИ жүйесінің импульсті блок-сұлбасы

 

Жиілікті ТИ жүйелері өзінің жиілігінен аналогты параметрді айқындайтын синусоидалды сигналдарды қолданады. Жиілікті жүйелер 10.12- суретте көрсетілгендей токпен немесе кернеумен басқарылатын синусоидалды ауытқулардың генераторларын, яғни түрлендіргіштерін қолданады.

1.13 Сурет- Жиіліктік ТИ жүйесінің түрлендіргіші

 

Жиілікті ТИ жүйесі блок-сұлба түрінде 10.13 және 10.14 суреттерде көрсетілген.

1.14 Сурет- Жиіліктік ТИ жүйесінің блок-сұлбасы

 

КТ (ОП) арқылы жүзеге асырылатын кері түрлендіру АЦПУ-лары бар сандық приборларды индикациялау мақсатында  аналогты өлшемге және ондық кодқа ауысуы мүмкін.

Импульсті және жиілікті ТИ жүйелерінің өлшеулерінің үлкен дистанционды қасиеті бар. Байланыс желілері ретінде кабельді және әуе желілері қолданылуы мүмкін. Олардың қитықтарға (кедергілерге) төзімділігі жоғары және түрлендіргіштерді жиілік-код, код-код түрінде қолданған кезде ЭЕМ-ге енгізілуі оңай.

Бұл жүйені арнайы оқулықтарда кеңінен қарастырады.

 

2 Релелік қорғаныстың сандық жабдықтары

 

               2.1 Сандық қорғаныс қондырғысының құрылымдық сұлбасы

 

Қолданылу аймағы әртүрлі релелік қорғаныстың сандық жабдықтарының ортақ қасиеттері көп және олардың құрылымдық сызбалары өзара ұқсас болып келеді (11.1 суретте көрсетілгендей). Сандық жабдықтың орталық түйіні – бұл өзінің кіріс-шығыс жабдықтары арқылы шеттетілген (периферийный) түйіндермен ақпарат алмастыратын микро ЭЕМ. Осы қосымша түйіндердің көмегімен микроЭЕМ-нің сыртқы ортамен (бастапқы ақпараттың датчиктерімен, басқару объектісімен, оператормен және т.б.) түйісуі жүзеге асырылады.

Релелік қорғаныстың нағыз (реалды) жабдықтарында бірнеше микропроцессорлардың (МП) қолданылу мүмкіндігін ескерген жөн. Бұл МП-лардың әрқайсысы жоғары жылдам әрекет етуін қамтамасыз етуді мақсат тұтып, жалпы міндеттің бір бөлігін ғана орындаумен шұғылданады. Мысалы, күрделі РҚ-да 7-10 параллель жұмыс жасайтын МП-лар қолданылады.

 

2.1 Сурет- Сандық қорғаныс қондырғысының құрылымдық сұлбасы

 

РҚ және А-ның сандық жабдықтарының түйіндері: кіріс U1-U4 және шығыс KLI-KLJ сигнал түрлендіргіштері, U6,U7 аналогты-сандық түрлендірулердің тракты, басқару және SB1,SB2 операторынан ақпарат енгізу түймелері, ақпаратты кескіндейтін Н дисплейі және U5 қоректену блогі. Заң бойынша қазіргі таңдағы сандық жабдықтар басқа жабдықтармен байланыста болу үшін Х1 коммуникационды портымен де жабдықталады.

Жоғарыда аталып өткен түйіндердің негізгі функциялары:

 Сонымен қатар құрылғының ішкі элементін асқын кернеу мен «помех» әсер етуінен қорғау шаралары қабылданады. Шығыс сигналының  түрлендіргіштерінің аналогтық (U3,U4) және логикалық (U1,U2) түрлерін ажыратады. Бірінші (аналогтық) сызықтық (немесе сызықтық емес, бірақ белгілі заңымен) берілісті бақыланатын сигналдың барлық өзгеру диапазонында қамтамасыз етуге болады. Логикалық сигналды түрлендіргіштер керісінше, жіңішке аудан ауқымында бақыланатын сигнал табылуының мүмкін болуын сезімталды етуге ұмтылады.

Шығыстық релелік түрлендіргіштер. Қорғалатын объектке реленің әсері басқарудың дискретті сигналы түрінде іске асады. Осымен қатар, шығыстық тізбектердің қорғау құрылғылары коммутацияланған тізбектердің өзара гальваникалық тармақтануды қамтамасыз етіп қоймай, сонымен бірге РҚ құрылғысының ішкі тізбектеріне де қатысты орындалады.Шығыстық түрлендіргіштердің сәйкестік коммутациялық қабілеті болуы қажет және жалпы коммутацияланған тізбектердің үзіктерінің көрінуін қамтамасыз ету керек. Аналогтық сандық күрежолының түрлендіргіші U6 мультиплексордан және аналогтық сандық түрлендіргіштен тұрады. Мультиплексор – ол, АСТ-ның кірісіне бақылау сигналдарын қатарымен беріп отыратын электронды коммутатор. Мультиплексордың қолдануы бір АСТ-ны (қымбат тұратын) бітнеше арнаға қолдануға мүмкіндік береді. АСТ-да кіріс сигналының лездік мәнін оған пропорционалды сандық мәніне түрлендіру жүргізіледі. Келесіде микро ЭВМ-да осы таңдаулар бойынша кірістік сигналдардан бақылау сигналдарының интегралды параметрлері саналады, олардың амплитудалық және қолданудағы мәндері.

Қоректену блогы (ҚБ)- U5 қоректену желісінде болатын кернеу өзгерістеріне қарамастан, қарастырып отырған құрылғының барлық түйіндерін тұрақты кернеумен қамтамасыз етеді. Қазіргі көптеген релелердің қоректену блоктары желінің айнымалы және тұрақты тоқтарымен жұмыс істей алады. Қоректену кернеудің пайда болу және жойылу кезінде орын алатын ЭВМ-ның және құрылғының басқа да бірнеше электронды түйіндерінің дұрыс емес жұмысын жоққа щығыру үшін әдетте ҚБ-да қосымша бірқатар сигналдар қалыптасады.

Дисплей және перне тақта операторға құрылғыдан ақпарат алуға, оның жұмыс кестесін өзгертуге және де жаңа ақпаратты енгізуге мүмкіндік беретін кез келген сандық құрылғының міндетті түрдегі атрибуты болып саналады. Айта кететін жайт, Н дисплейі және SB1, SB2 перне тақтасы сандық реледе, максималды қарапайым түрде орындалады: дисплей- сандық-әріптік, бір (немесе бірнеше) жолдық, пернетақта-бірнеше кнопкалар.

Сыртқы сандық құрылғылармен байланыс порты. Сандық құрылғылардың ерекшелігі (достойнства) ақпаратты басқа да сандық жүйелерге беру мүмкіндігі болып табылады: АСУТП, жеке компьютер және т.б., ол сигналды алдын ала өңдеуге жұмсалған шығындарды, байланыс арналарын үнемдеп, әртүрлі жүйелерді интегралдауға мүмкіндік береді. Коммутациялық порт – ол берілген құрылғымен дистанционды жұмыс істеуге қажетті элемент.

Жоғарыда айтылғандармен бірге сандық құрылғыларда жалпы басқа түіндер кездесе алады, мысалы, сандық- аналогтық түрлендіргіштер басқару және реттеу аналогтық сигналдарын құруы кезінде. Әртүрлі әзірлеуіштердің құрылғыларында біртипті түйіндердің мінездемелері өте ұқсас болады. Мұның себебі біркелкі бастапқы талаптарды орындау қажеттігі, стандартты тоқ және кернеу трансформрторларынан алынатын бірнеше кіріс сигналдарына байланысты шешімдердің болуы және ақпарат өңделетін объективті заңдар болып табылады. РҚ сандық құрылғыларының түйін жасалуының мүмкін нұсқаларын қарастырайық.

 

2.2 Микро ЭВМ құрылғысы

 

Іс жүзінде сандық реледегі барлық ақпаратты өңдеу микро ЭВМ-нің ішінде белгілі бір алгаритм бойынша жүзеге асады, ол осы ЭВМ-нің программасы ретінде іске асады.

РҚА сандық  құрылғыларының істеу принципін түсіну жеңілірек болуы үшін ЭВМ-ның құрылысы мен жұмыс істеуі туралы жалпы түсінік болуы қажет.

2.2 суретте көрсетілген микро ЭВМ-нің құрылымдық сұлбасын қарастырайық.

Микро ЭВМ-нің орталық басқарушы және шешуші блогы орталық процессорлық құрылғы (Central Processing Unit-CPU) немесе жай ғана процессор деп аталады. Түйінді интегралды микросұлба (ИМС) түрінде жасаған соң микро ЭВМ-нің тез арада дамуы басталды, бұл мұндай ИМС-ті микропроцессор деп атауға негіз болды. Микро ЭВМ-нің құрылымдық сұлбасынан көріп тұрғанымыздай МП дербес түйін ретінде қолданылмайды.

 

2.2 Сурет- Микро ЭВМ-нің құрылымдық сұлбасы

 

Ол жұмыс істеу үшін программалар сақталынатын (командалар жүйесі), оны іске қосатын сыртқы есте сақтау құрылғысы қажет.

Қатаң программа бойынша жұмыс істейтін қорғаныс релесі құрылғыларында программа тұрақты есте сақтау құрылғысында (ТЕСҚ (ПЗУ)) жазылады.

Есептеудің (берілгеннің) айнымалы және аралық нәтижелерін сақтау үшін оперативті есте сақтау құрылғысы (ОЕСҚ (ОЗУ)) қолданылады.

Сыртқы құрылғы мен ақпарат алмасу енгізу- шығару құрылғысының көмегімен іске асады.

ЭВМ-дегі кез келген ақпарат сан (сандық кодтар) түрінде көрсетіледі. Микро ЭВМ-нің түйіндерінде ақпарат алмасу шина көмегімен немесе электр желілер жүйесі көмегімен жүзеге асады. Шиналар қызметтері бойынша келесілерге бөлінеді: мәліметті қайта жіберу шинасы (ШД-шина пересылки данных), адрес шинасы (ША), басқару командаларын жіберу шинасы (ШУ). Осының нәтижесінде деректер шинасында ЕШҚ-ға өтінген кезде болған сан пайда болады. Ақпаратты беру кезінде екілік санақ жүйесі қолданады, ол сандарды көрсету үшін тек қана екі сан 0 және 1 пайдаланылады, осының нәтижесінде электр сұлбаларында ЭВМ-нің түйіндерін пайдалану қарапайым болады.

Микро ЭВМ-нің жұмыс жылдамдығы шинаның түйінінен түйініне берілетін санның разрядынан тәуелді. Бірінші микро-ЭВМ-дер төрт разрядты сандармен жұмыс істеген, осы заманғылар-16 және 32-разрядты машиналық сөздермен. Команданы орындау уақыты тапсырушы генератордың жиілігімен анықталады және қолданылатын (ИМС-тың) жылдамдығынан тәуелді, ол өз кезегінде дайындау технологиясымен анықталады. Бүгінде электронды өндіріспен (МП-ның) алуан түрлері ұсынылады және олар үзіліссіз жетілдіреді. Сол себептен (13А-ның) сандық құрылғыларының және аппараттық базаның жаңартылуы жүргізүлуде.

 

2.3 Аналогтық сигналдардың кіріс түрлендіргіштері

 

(РҚА) құрылғыларымен бақыланатын сигналдардың, жалпы жағдайларда, бөлек физикалық табиғаты бар тоқтар, кернеулер, қыздырулар және т.б. көбінесе РҚ құрылғылары 1А,5А,100В-дәстүрші номиналды деңгейдегі ауыспалы тоқ және кернеу көздеріндегі сигналдармен жұмыс істейді. Осындай сигнал деңгейлері кедергілерден қажетті қорғаныспен қамтамасыз етер, алайда, электронды сұлбаларды өңдеуге мүлдем қолайсыз. Электроника талаптарымен келісілген шығыс сигналдары бар датчиктерді қолдану құрылғыларды ақпарат датчиктердің қасына орналастырып, байланыс желісі ұзындығының шектеуін талап етеді, я болмаса, оларды қорғау үшін экрандау сияқты қосымша шаралардың қолдануын талап етеді, бұл өте қымбат болып шығады. Электромеханикалық қорғау жүйесінен электронды қорғау жүйесіне көшудің алғашқы кезеңдерінде дәстүрлі емес өлшеу датчиктерін қолдану аз тұтынуы бар құралдармен құрылғылардың толық номенклатурасының жоқтығынан қиындық туғызады. Осы себептен энергетикада, бірталай құндылығы, бірақ та аз шығыс қуаты бар оптика электронды (ТТ-лар) қажетті түрде таратылмаған.

Дәстүрлі тоқ және кернеу датчиктеріне микропроцессорлы құрылғыларды қосқан кезде олардың сигналдарын электронды түйіндермен өңдеуге лайық бір тұтас түріне және өзгеріс диапазонына келтіру керек.

2.3 Сурет- Аралық трансформатор тұрғысындағы кіріс түрлендіргіштері

Көбінесе, сандық құрылғылардың кіріс келісу түрлендіргіші ферромагнитті өзекшелері бар, қарапайым электромагнитті өзекшелері бар трансформаторлардың базасында орындалады. Осындай трансформаторлар желісіз мінездемесіне, параметрлердің біраз шашылымына, температура өзгерген кезде және уақытылы тұрақсыздығына қарамастан, жұмысында 2-5 % қателіктерді жіберетін РҚ құрылғыларын құру тиімді.

Трансформаторлы түрлендіргіштерде басты назар импульсты кедергілердің құрылғының ішіне кіру мүмкіндігі бар болатын орама – аралық сыйымдылығын азайтуға арналған.

2.4 Сурет- Холл датчигі бар кіріс түрлендіргіші:1-магнитопровод; 2-Холл датчигі; 3-күшейткіш

 

Бұл мақсатта екінші ораманы секцияға бөледі немесе бірінші және екінші орамалардың арасына электростатты экранды орнатады. Келесідегі экранды түйіндер қуатты өте аз тұтынатындықтан, тоқ сигналдардың кернеуге түрленуі қарапайым тәсілмен жүзеге асады К шунттарының қолдануымен. Электронды түйіндерді мүмкін болатын асқын кернеулерден қорғау үшін RV варистор (немесе стабилитрондар) және төменгі жиілік фильтрлер қолданылады, мысалға, RC тізбек негізінде.

Төменгі жиілік фильтрдің тиімділігі импульстік кедергінің қуаты спектрдің жоғары жиілік бөлігінде орналасқандығымен түсіндіріледі. Жоғары жиілік саласында трактты өткізу жолағының шектеуі, келесіде сигналдардың сандық фильтрлауының қолдануы немесе қолданбауына қарамастан аналогты-сандық түрлендіргіштің дұрыс жұмыс істеуіне қажет.

Бөлек сандық құрылғыларда кіріс түрлендіргіштер белсенді трансформаторлар негізінде орындалады. Бұл түрлендіргіштер Холл датчиктері бар түрлендіргіштер ретінде де белгілі.11.4 суретте осындай түрлендіргіштің сұлбасы көрсетілген.

 

2.5 Сурет- «Катушка Роговского» типті тоқ датчигі: 1-Роговский катушкасы; 2-тоғы бар өткізгіш

 

Холл датчигін оның температурасының тұрақсыздығына байланысты магниттік ағынды тікелей өлшеу үшін қолдану да өте қолайсыз. Бірақта оны нөл-индикатор ретінде қолдануға болады. Бұл осы түрлендіргіште жасалады, бұл жағдайда (DA) күшейткіші трансформатордың екінші реттік орамасында МДС орамасы теңдігінің орындалуын қамтамасыз ететін тоқты шығарады. Осындай түрлендіргіштердің нақтылық класы 0.1-ге тең, өз кезегінде ол релелік қорғау талаптарын толығымен қанағаттандырады.

Қазіргі кезде өте аз тұтынуы бар электронды құрылғылардың пайда болуына байланысты «Роговскийдің орауышы» сияқты датчиктерге сұраныс көбеюде.

Роговскийдің өлшеуіш орауышында ферромагниттік өзекшесі жоқ және ол i(t) бақылаулы тоғы бар өткізгіштің айналасында орналасқан. Тоқты өткізгіштің магниттік өрісі  орауышта төмендегі формулаға сәйкес ЭҚК-ін индукциялайды. 

 

U(t)=-µ0nS.......

Мұндағы µ0 – қоршаған ортаның магниттік өтімділігі, n – орауыштың орау тығыздығы (ұзындық бірлігіндегі орама саны), S – орауыш орамасының ауданы.

Орауыштың ЭҚК-і тоқтың тоқтың туындысы болып табылатын жағдаятқа назар аударайық. Сондықтан, тоққа пропорционалды сигналды алу үшін орауыш шығыс кернеуінің интегралдануын орындау қажет.

Синусойдалды тоқта i(t )=ImSin(ω_t) орауышта индукцияланатын ЭҚК синусойдалды болады, бірақ та фазада 900-қа ығысады, оның мағынасы  U=µ0Sω-Im формуласымен анқталады.

Орауыштағы сызықты ферромагниттік өзекшенің жоқтығы тоқтардың (нөлден жүзге дейінгі килоампер) өте кең ауқымында түленудің аз қателігін қамтамасыз етеді (үздік үлгілерде – 0.1 % көп емес). Роговскийдің орауышында 0.1Гц-тен 1МГц-ке дейін жиілік ауқымында тоқты өлшеуге болады. Беру қуатының аздығы және шығыс сигналдың төмен деңгейі Роговский орауышының негізгі кемшілігі болып табылады. Алайда, бұл кемшілікке қарамастан, Роговскийдің орауышы сияқты тоқ датчиктері қазіргі уақытта кең қолданылады.

 

2.4 Аналогты-сандық түрлендіргіштің арнасы

 

Жалпы барлық физикалық құбылыстар мен процестер аналогты сигналдармен сипатталады. Аналогты сигнал үзіліссіз өзгеріп отырады және физикалық мөлшер табиғатымен анықталатын ауқымда алуан түрлі мағына береді.

Аналогты сигналға қарағанда, дискретті (сандық) сигналы мағынаның түпкі көптігі ретінде бола алады және нақты уақытпен анықталған.

Аналогты сигналдан дискретті сигналға ауысу процессі сигналдың дискретизациясы немесе кванттануы деп аталады, ал бұл операцияны орындайтын құрылғылар аналогты-сандық түлендіргіштер деп аталады (АСТ). Үзіліссіз сигналдың дискретті сигналға ауысуы біраз ақпараттың жоғалуымен қатар жүреді. Дискретті сигнал градациясының түпкі саны деңгейі бойынша кванттану деңгейін уағдалайды, аналогты-сандық түрлендіру процесі және келесідегі микроЭВМ-дағы санау циклы біраз уақытты талап етеді. Бұл уақыт өткеннен кейін шығыс сигналдан жаңа таңдауларды жасауға болады.

 

2.6 Сурет- Сигналдың аналогты-сандық түрлендіргіші

 

АСТ-тіні сипаттаған кезде оның  разрядтануы және уақыт бойынша Δi сигнал дискретизациясының аралығы немесе таңдау жиілігі fB=1/ Δt, я болмаса , Т кезеңі бар периодты сигналдар жайлы сөз қозғалса, N= fB  Т кезеңіндегі таңдаулар саны туралы айтылады.

Периодты сигналдар үшін түрлену сигналдың жоғары жиілігі және таңдаудың қажетті санының арасында байланыс бар. Бастапқы сигналды оның дискреттік ұсынысынан нақты қалпына келтіру үшін таңдау жиілігі кіріс сигналдың ең жоғарғы жиілік гормоникасының құрамынан кем дегенде екі есе көп болу керектігі Шеннон және Котельниковпен көрсетілген.

Аналогтық-сандық түрлену кезінде кіріс сигналдан, кванттау жиілігінен жоғары жиілігі бар барлық гормоникалар жаққа шығарылуы қажет. Бұған қайшы келген жағдайда, сигналды қалпына келтірген кезде төмен жиіліктің айырымды құрауышы  пайда болады. Сондықтан көп емес өткізу жолағы бар төменгі жиілікті аналогты фильтрлер АСТ-ның кірісінде үнемі орнатылады.

МПРҚ құрылғыларында 600-ден 2000ГЦ-ке дейін таңдау жиілігіндегі АСТ-ны қолданады. Таңдаулардың ең жоғарғы жиілігі қорғау құрылғысы процестің осцилографтауын қамтамасыз еткен кезде қолданылады. Таңдау жиілігі 2000Гц болатын сандық құрылғысының өткізу жолағы 0 – 1000Гц болатын осцилографқа тең (баламалы). Салыстыру үшін айта кетер жайт, компакт-дискке оның жазылуы 44кГц-ке тең дискретизация жиілігімен жүзеге асырылады, бұл 20кГц-тен жоғары жиіліктерді қоса алғандағы фонограммалардың сапалы түрде шығарылуын қамтамасыз етеді.    

2.7 Сурет- АЦП разрядтығының айқындығы

 

Х аналогты сигналы, ал оның сандық шығыстарында шартты түрде 0 және 1 деп белгіленетін, екі мүмкін болатын деңгейі бар екілік сигнал түрінде эквивалентті сан пайда болады. Әдетте, 2 деңгейдегі ғана санды тоқпен немесе кернеумен елестету екілік санау жүйесін тиімді қылады.

Аналогты көлем өлшеу дәлдігі мен АЦП-ның разрядталуының арасында бірден-бір байланыс бар. Мысалы, екі разрядты АЦП-да оның екі шығыстарында тек төрт тәуелсіз сандық комбинация құрылуы мүмкін: 00, 01, 10 және 11. Бұл сандарды 4 диапазонастыларының біреуіндегі, Q*Xmax шектелген, кіріс аналогты сигналын табу сияқты интерпретирлеуге болады.

Р-разрядты АЦП кезінде кез-келген m=2p диапазон асты кіріс сигналын табу мүмкін. Сигналдың деңгейін анықтау кезінде кванттау сатысы Xmax/2құрайды. Энергетикада бүкіл өлшемдердің ішінде көбінесе тоқ кең диапазонда өзгереді.

Электр қондырғының нормалды жұмыс режимінде тоқ 0- Iном аралықта болады, ал апатты жағдайда – (1030) Iном дейін жетеді. 2-5% қателікпен түрлендіру үшін кванттау баспалдағының қажет етілетін саны m 2000-4000 болу керек, демек АЦП р=11-12 мәнімен қажет.

 

2.5 Дискретті сигналдың кіріс түрлендіргіштері

 

Алдыңғы қатарлы электронды аппараттың барлығында дискретті сигналдарды енгізу оптронның негізіндегі түрлендіргіштермен жүзеге асады. 2.8 суретте көрсетілген сұлбадан реалды түрлендіргіштердің сұлбасы анағұрлым күрделі екенін ескеру қажет.

                                а)                                                   б)

2.8 Сурет- Дискретті сигналды енгізу нұсқасы

 

Әртүрлі типті оптрондар өзара жақын мінездемелер құрайды. Қайта қосылу өзіндік уақыты оптрондарда микросекундты құрайды. Оптопара үшін (светодиод-фотоқабылдағыш) кішкентай өту сыйымдылығы тән және бұл жолдағы бөгеуілдің кіруіне жол бермейді. Басқару тізбегі мен басқару тізбегінің элементтері арасындағы рұқсат етілген кернеу бірнеше киловольтқа жетеді, ал светодиодтың жұмыстық тоғы VD 3-5 мА-ді құрайды. Оптронның кіші кіру тоғы, түрлендіргішпен тұтындырылатын қуаттың төмендеуіне әкеледі, Rб жылу резисторының сейілту мәселесін шешеді және S2 басқарушы контакт жүктемені азайтады (2.8 сурет) және бұл оның бір жағынан ерекшелігін көрсетеді, бірақ бір жағынан  бірқатар мәселерге әкеледі.

Біріншіден, кіші кіріс тоғы түрлендіргіштің төмен бөгет қорғаныстығын қамтамасыз етеді, Мысалы, S2 басқарушы кілт пен оптронды жалғайтын өткізгіш болса, жақтық тізбектегі S1 кілттің тұйықталу мезетінде паразитті сыйымдылықты С қайта зарядтау кезінде жалған істеуі мүмкін. Бұл жағдайда МПРЗ қондырғының жалған жұмыс істеуін жою үшін түрлендіргіштің шығысында шығыс сигналына құралған фиксацияланатын немесе реттелетін тежегіші бар тежегіш DT (2.8 б суреті) элементін орнатады. Әдетте 0.5 – 3 мс тежеу өтпелі процестерден шығу үшін жеткілікті.

Аз тұтылатын қондырғылар кіріс тоғы оперативті тоқтың желі оқшауламасының тізбек тоғымен өлшемдес болғандықтан, оперативті тоқтың желідегі жерге тұйықталуына әсер етуі мүмкін. Өлшеуіш түрлендіргіштің кіріс тізбектері оперативті тоқтың жүйе полюстерінің потенциалдарына байланыс ретінде жүргізіледі және түрлендіргішті қайтадан қосылу шегін Е жүйедегі номиналды кернеудің 60-80% деңгейіне дейін көтереді.

 

2.6 Шығыс релелік түрлендіргіштер

 

Сандық реледегі күшті тоқ пен коммутация облысындағы жоғары потенциалды жетістіктерге қарамастан, көп жағдайда бұрынғыдай аралық электромагниттік реле қолданылады . Коммутацияланатын тізбекте әжептәуір үзік қамтамасыз ететін жалғыз қондырғы ретінде  контакттық техника әлі бәсекелесе алмайды. Сандық релелік қорғаныс қондырғыларында бірнеше типті кіші габаритті реле қолданылады: үлкен коммутациялық мүмкіншілігімен ажыратқыштағы басқару тізбектегі жұмысқа арналған, кішісі - сигнализация тізбегіндегі  жұмысқа арналған. Күшті релелер (5-30)А тақты тізбектерді қоса алады, бірақ оның ажырату мүмкіндігі 200 В кернеуде 1 А-ден аспайды. Сондықтан, басқару сұлбасы оның көмекші контактісімен электромагнит ажыратқыш тізбегіндегі тоқтың үзіктігін қарастыру керек. 220 В кернеуі бар тұрақты тоқ тізбегіндегі сигналды реленің ажырату мүмкіндігі 0.15 А-ден аспайды. 

 

2.7 Сандық релелердегі мағлұматтың бейнелену шаралары

 

 Мағлұматты бейнелеу үшін реледе жеке светодиодты индикаторлар, табло және графикалық экран қолданылады. Мағлұматты бейнелеу элементтерінің жиынтығын  дисплей дейміз.

Реле мен адамның қатынасы өте сирек болғандықтан, сәйкесінше, дисплейдің бағасы қымбат болмауы керек. Дисплейлік реле мағлұматты тез және біркелкілігін қамтамасыз етуі керек. Бұл талаптарды светодиодты индикатор түріндегі жай дисплейлер қанағаттандыра алады. Бір жағынан, сандық қорғаныс құрылғысы – ол өте үлкен көлемдегі мағлұматты операторға жеткізе алатын қондырғы, сол мезеттегі тоқтың мәнін және электр қондырғының кернеуін, оның апаттық мәндері, тағайыншаманы (сандық реледе оның бірнеше жиынтығы болуы мүмкін), басқарудағы кіріс пен шығыстың мәндері және т.б. Мұндай көлемді ақпаратты оперативті қабылдау үшін сәйкесінше жоғары ақпараттандырылған дисплей керек. 2.9 суретте МПРЗ қондырғының дисплейлерінің кейбір орындалу нұсқаулары көрсетілген.

SPAC 800 типті комплектті қорғаныс қондырғыларында (2.9, а) жеке светодиодты индикатор бейнеленетін параметрге көрсетеді, ал бұл параметрдің сандық мәні сандық таблоның үш оң жақ разрядында көрсетіледі. Светодиодты дисплей жақсы байқалады, аз жарықтандырылған жағдайда да жақсы байқалады.

Кейбір қондырғыларда әріп сандық көп жолды табло қолданылады (2.9, б) және бұл ақпараттарды оқуға жақсы мүмкіндік береді. Мұндай табло жұмсақ кристалды индикаторларының негізінде жүргізіледі. ЖКИ дисплейдің негізгі кемшілігі бейненің төмен контрасттығы және төмен температурада жұмыс істей алмауы болып табылады. Бірақ оның арзандығы және ЖКИ басқарудағы жеңілдігі оның кең қолданылуын және РҚ-та да қалданылуын қамтамасыз етеді.

2.9 Сурет- Сандық қорғаныс қондырғыларының дисплейлер нұсқаулары

 

Сандық реледе 2-5% қателік бар. Бұл қателікті ескере отырып, сандық реленің үш мәндік санды бейнелеу мүмкіндігі бар дисплейі жұмыс істейді. Сандық реледе негізінен көлемді екі әдіспен көрсету қолданылады: есімдік бірлікте (вольт, ампер, градуста және т.б.) және қатысты. Оперативті персоналға тоқтың, ернеудің және электр қондырғының басқа параметрлерінің реалды мәнін көрсететін есімдік өлшеммен жұмыс істеу ыңғайлы. Бұл релеге қосымша ақпарат еңгізуді қажет етеді, өлшеуіш трансформатордың трансформация коэффициенті дисплейге бейнеленетін шаманың өлшемдігін еңгізу керек. Альтернативті шешімі болып барлық шамаларды қатысты бірлікте немесе пайызда көрсету. Көп жағдайда базистік бірлік ретінде басқарылатын шаманың номиналды мәні қабылданылады.

Қорыта келгенде, соңғы уақыттарда реледе күрделі дисплейді қолдану тиімді емес. Алдыңғы қатарлы сандық реле ЭЕМ-ге қосылу мүмкіндігі бар және барлық керекті ақпарат кез келген қалыбында ЭЕМ-нің қарапайым дисплейінде көруге болады.

 

2.8 Жергілікті басқару релесінің органдары

 

Басқару батырмалары мен перне тақта адам мен сандық қондырғының арасындағы байланыстың ажырамас бір бөлігі болып табылады. Перне тақта арқылы қондырғының жұмыс режимін өзгертуге болады, дисплейде керекті параметр мен өлшемді шақыруға, жаңа тағайыншамалар еңгізуге және т.б..

Әр түрлі РҚ қондырғыларының пернетақтасында қолданылатын батырманың саны 2-ден 10-ға дейін. Перне тақтада неғұрлым батырмалар көп болса, қондырғыға ақпарат енгізу соғұрлым тез және ыңғайлы болады. Бірақ батырма сандық аппаратураның сенімсіз элементі болып саналады. Сондықтан перне тақта қолданыла алмайтын жерде минимум батырма қолдануға тырысады. Пернетақтаның минималды батырмасы екіге тең кез келген ақпаратты енгізе алады.

2.10. Сурет- Реле жадысынан ақпаратты іздеу

Екі батырмалы перне тақтаның жұмысын бір параметрлердің шеңбермен қозғалуымен салыстыруға болады және екі батырманың біреуінің қозғалысын басқара отырып және басқа батырманың көмегімен ізделіп отырған параметрді таңдаумен салыстыруға болады. Басқару батырмалары арқылы қолданылатын кейбір күй релесінде екі шекті массивпен көрсетіледі. Массивтің координаталарымен қозғалу сәйкес батырмалармен іске асады, ал массивтің элементін таңдау екі батырманы қатар басумен жүзеге асады. Бұл принципті 2.10 суреттен көруге болады. Бұған мысал ретінде, істеу кезінде қорғаныс жадысында фиксацияланған, фазалық тоқ туралы ақпарат іздеу процесі қарастырылады. Осы қондырғы жадысында n соңғы оқиғаның ақпаратын сақтайды деп болжанылады және соңғы оқиғаның n нөмері бар.

S1 батырмасын басқанда вертикаль бойынша жылжу болады (фазаның тоқ арасында), ал S2- горизонталь бойынша ( таңдалып алынған тоқтардың арасындағы әртүрлі мезеттегі уақыт үшін). Батырманың басу ұзақтығын өзгерте отырып, тура және кері бағыттағы алға жылжуды қамтамасыз етуге болады. Мысалы, батырманы 0.5 с кем уақытқа ұстасақ кері жылжу болады, 0.5-1 с арасында алға жылжу болады, ал батырманы ұзақ ұстап тұрсақ, менюдегі бір позициядан екінші позицияға автоматты түрде ауысу болады ( «прокрутка» деп аталынатын).

 

2.9 Сандық қондырғыларда ақпаратты сақтау

 

Сандық реледе ақпаратты сақтау қондырғысы негізгі орынды алады. Қазіргі уақытта түрлі типті ақпаратты сақтау қондырғылары қолданылады. Үнемі күтімді қажет ететін және шектеулі қоры бар электромеханикалық түйіні бар қондырғыны қарастырудан алып тастаймыз. МПРЗ аппаратурасында қызмет көрсетуге минималды шығын кететін  көп уақытты эксплуатацияға есептелінген, жылжымайтын бөлігі бар түйінді қолдану керек.

Функционалдық қатынаста барлық есте сақтау қондырғылары ПЗУ, ОЗУ және ЭППЗУ болып бөлінеді.

Жұмыс бағдарламасын сақтау үшін қорғаныс қондырғыларында әдетте тұрақты түрде сақтайтын ПЗУ қондырғылары қолданылады. ПЗУ-дың басқалардан айырмашылығы бір мәртелі  ақпаратты жазу және содан кейін жазылған ақпаратты оқуға ғана болады (ROM- Read Only Memory- тек қана оқылатын жады). ПЗУ микросұлбасының ерекшелігі оның арзандығы және қорек өшудің кезінде ақпаратты сақтау мүмкіндігі.

Соңғы уақытта қайта программаланатын жады қондырғылары кең қолданыс алуда. Жұмыс бағдарламасы эксплуатация кезінде өзгеретін қорғаныс қондырғыларына ол өте қажет. Қазіргі уақытта керекті қорғаныс функциялары стандартты функциялар кітапханасынан қолданушының өзімен таңдалынатын  МПРЗ қондырғылары бар. Бұл МПРЗ қондырғының логикалық бөлігі қолданушымен ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ТРИГГЕР және тағы басқа типті базалық логикалық функциялардан туындайды.

Мұндай қорғаныс қондырғыларындағы жұмыс бағдарламасы қайтадан программаланатын тұрақты есте сақтау қодырғысында орналасады (ППЗУ немесе EEPROM – Electrikal Erasable Programmable Read Only Memory- электірлік қайтадан жазылатын тұрақты жады). ППЗУ энерго тәуелсіз жады, демек онда сақталынатын ақпарат тоқ ажыратылған кезде бүлінбейді.

Белгілі бір уақытқа сақтау үшін оперативті сақтау қондырғылары қолданылады (ОЗУ немесе RAM – Random Access Memory – еркін кіруге болатын жады ). Озудағы мәліметтерді оқу және жазу өте үлкен жылдамдықпен жүргізіледі. ОЗУ-дың кемшілігі тоқ ажыратылған кезде ақпарат бүлінеді. Тағайыншаманы сақтау және басқа параметрлер мәселесі бір бөлек қарастыруды қажет етеді, оларды қорғаныс эксплуатациясы процесінде өзгертіп тұру керек. Осы мақсатта қазіргі уақытта тағайыншаманы бірнеше мәрте өзгертуге болатын ППЗУ қолданылады. Бұл микросұлбалар пайда болмай тұрып тағайыншамалар аналогты түрде реттелетін тірек кернеуі ретінде сақталынған Uуст (11.11 а, сурет) немесе ОЗУ-да тәуелсіз қорек көзімен (11.11 б, сурет)

Кернеуді бөлгіш реттегіштен түсірілетін және сандық реленің аналогты-сандық түрлендіргіштің тракты арқылы оқылатын потенциал түрінде ақпаратты сақтау ерте қарастырылған шешімдердің бірі. Бұл әдістің негізгі кемшілігі ол тағайыншаманы дистанционды өзгерте алмайтындығы, бұл АСУТП-ның құрамындағы реле жұмысында кең қолданыс табуда. Сондықтан аралық есептеудің шешіміне тағайыншаманы ОЗУ-да сақтау бұйымға орнатылған G қорек көзінен резервті қорегі бар. Бұндай қондырғыларда арнайы ИМС және батареялар қолданылады. Олардың жұмыс істеу ұзақтығы 5-6 жыл. Бірақ қоректі периодты түрде бақылап тұру керек және уақытылы алмастыру керек.

2.11 Сурет - Тағайыншаманы сақтау әдістері

 

Кез келген бұйым сияқты жады қондырғылары бүлінуі немесе ақпаратты жоғалтуы мүмкін, мысалы, ионизациялайтын сәлелену әсерінен. Оны анықтау үшін келесі әдістер қолданылады.

Мәліметтер жады ұяшығында орналасатын ПЗУ-да өз ретімен бұл мәліметтер массивінің барлық сандарының формалды қосындысы орындалады, ал шешімін белгілі бір ұяшыққа орналастырады. ПЗУ тестілік тексеру режимінде компьютер оны бақылау нысанасы ретінде қарастырады, фактілі сандардың қосындысын санауды жүргізеді. Олар ұяшықтарда сақталады және қорытынды қосындымен салыстырады.

ОЗУ-ды тексеру кезінде оның ұяшықтарына рет-ретімен нөлдер мен бірліктер енгізіледі, ал содан кейін санау кезінде шыққан нәтижелерге анализ жасалынады.

EEPROM-мы бар қондырғыларда жоғалтып алынған ақпаратты қайтадан қалпына келтіру мүмкіндігі бар. Бұл үшін ақпараттың ең маңызды массивтері, мысалы, тағайыншама жадының әртүрлі микросұлбасында қайталанады. Ақпараттың екі микросұлбада бүліну мүмкіндігі аз болғандықтан, ақпаратты қайта жазу арқылы бүлінген массивтің орнына бүлінбеген массив жазылады. Сұлба түрінде бұл 2.11 в, суретінде көрсетілген.

 

2.10 Қоректендіру блогы

 

Жоғары жиілікті инвентор базасында жасалынатын бүкіл қондырғыларда импульсті қоректендіру блогы қолданылады. Сұлба түрінде бұл блок біртактілі инвертормен 2.12 суретте көрсетілген.

VT1 транзисторында жасалынған электронды кілт арқылы Т шешуші трансформатордың бірінші орамасына бірнеше ондық килогерц жиілікпен кернеу импульстары беріледі. Жоғары жиілікте жұмыс істейтін трансформатор шағын көлемді болады, бірақ қатысты жоғары қуат өтімділігі бар. Кең импульсті модуляцияны қолдану VT1 кілтін басқаруда ауқымды шектеудегі қоректенуші кернеудің өзгергенінде инвентордың кіріс кернеуін тұрақты етіп ұстауға көмектеседі. Мысалы, SPAC 800 сериялы терминалдар кернеуді 88-ден 242 В дейін өзгерткенде тұрақты жұмыс істей береді. Кернеудің полярлығын ескермеген жағдайда инвентордың бұзылуының алдын алу үшін кірісінде VС1 диодты көпір қойылады. Жинақтаушы конденсатор сыйымдылықтары С1 және С2 әдетте инвентордың түзетілген тұрақты тоқтан қоректендірілген кіріс кернеуіндегі лүпілді тегістеуге байланысты алынады.

2.12 Сурет- Импульсті қоректендіру блогының қарапайым сұлбасы: СУ- басқару сұлбасы

 

Кейбір жағдайларда С1 және С2 сыйымдылықтарын қысқа уақытты қоректендіру кернеуінің төмендеген кезінде микропроцессорлық бөлікте ақау болдырмайтын, мысалы, желідегі оперативті тоқтағы аралас фидерлердегі қысқы тұйықталу деңгейіне дейін ұлғайтылады. Қоректендіру желісін асқын кернеуден қорғау және қондырғының ішіне бөгеуілдің енуін болдырмауына ПБ-да үлкен көңіл бөлінеді.

 

2.11 Сандық құрылғылардың интерфейсі

 

Интерфейс дегеніміз жүйеге біріккен әртүрлі сандық құрылғылардың өзара әрекеттесуін орындауға қажет құрылғылық, бағдарламалық және конструкциялық құралдардың жиынтығы.

Ақпарат алмасу принципі бойынша интерфейстер параллельді және тізбектей ақпарат тарату болып бөлінеді.

Сандық құрылғылардың арасында ақпаратты жылдам алмасумен параллельді интерфейс қамтамасыз етеді. Оның қысқартылған сұлбасы 11.13, а суретте көрсетілген.

Бұл жағдайда жіберетін құрылғы синхрондайтын сигнал арқылы мәліметтер шинасына бір уақытта жіберілетін сандардың барлық разрядтарын береді. Ал қабылдаушы құрылғы болса оларды санайды.

2.13 Сурет- Ақпарат алмасу нұсқаулары

 

Көріп отырғанымыздай, параллельді интерфейс n-разрядты жіберілетін мәліметтер сөзін (n+1) функциялық желілерін қоса алғанда жіберудің қиын трактатын талап етеді. Көп жағдайда интерфейстің бұл түрін ақпаратты қашықтыққа жеткізу және алмасудың өте жоғары жылдамдығымен қамтамасыз ету қажет болғанда қолданады.

Техникалық тұрғыдан қарағанда мәліметтерді тізбектей жеткізу интерфейсі қарапайым орындалады. Бұл жағдайда мәліметтер сөзі разряд-разрядымен тізбектей беріледі. Мәліметтерді жеткізудің асинхронды режимі ең көп таралған. Оның сұлбасы 11.13 (б) суретте көрсетілген. Асинхронды мәліметтерді жеткізу тәсілі желілердің минималды санын талап етеді. Асинхронды жеткізу барысында белгілі келісімдер қолданылады. Бұл келісімдер қабылдағышқа тек жеткізудің басы мен аяғын ғана анықтауға мүмкіндік беріп қана қоймай және жеткізу барысында оның зақымдалған жерлерін табуға септігін тигізеді. Бұл процесс келесідей жүреді.

Күту режимі кезінде жіберетін құрылғы желіге логикалық сигнал береді. Жеткізудің басын қабылдағыш линияда логикалық нөлдің пайда болуынан анықтайды. Бұл СТП стартты бит деп аталады. Бір биттің жеткізу ұзақтығы алдын ала келісілген, яғни жібергіш пен қабылдағыш алдын-ала күйге келтірілген.

Стандартты бит СТБ-ның жеткізілуі аяқталғаннан соң, жіберілген разрядымен МБ мәлімет биттерін жібереді. Мәліметтерді жеткізгеннен кейін паритет биті ПБ деп аталатын биттер жіберіледі. Паритет биті логикалық бірліктер күйіне жібергіш құрылғысының келісімімен орнатылады. Егер де мәліметтер бетінде тақ санды бірліктер болса, онда « жұп » паритет қолданылады және керісінше, « жұп » паритетпен жұмыс істеу келісімі болса, паритет битіне нөлдік мән беріледі. Осылайша, паритет битін қолдана отырып, қабылдағыш мәліметтерді жеткізу барысында бірліктік қателіктерді анықтау мүмкіндігіне ие болады. Бунақ СПБ биттерін жеткізумен хабарлау аяқталады. Негізінде бунақ биттер жеке мәліметтер сөздерін жеткізу арасындағы минималды интервалды анықтайды. Әдетте асинхронды жеткізуде стандартты жылдамдық қатарлары: 300,600,1200,2400,4800,9600,19200 бит/с қолданылады.

Жалпы тізбектей байланыс каналына жеткілікті стандарттар бар. Бұл стандарттар бір-бірінен: алмасу жылдамдығымен, ұйымдастырылуымен және байланыс желісінің ұзындығымен ерекшеленеді.

Олардың ішінде әсіресе ЭЕМ-де қолданылатын RS-232 стандарты айрықша атақты. RS-232 С стандарты 1969 жылы жасалып шығарылған. Бұл интерфейс 19200 бод жылдамдықпен 15 м-ге дейінгі байланыс ұзақтығымен қамтамасыз етеді. Пайдаланатын сигналдардың деңгейі лог. 0=+25В, лог.1=-25В. Жүктеменің кедергісі 3-7 кОм.

Сандық реле қатарында тізбектей байланыс порты RS-485 стандартында жасалған. RS-485 стандарты симметриялық каналды талап етеді. Жүктеменің минималды кедергісі – 60 Ом; алмасу жылдамдығы – 10 Мбит/сек дейін.

Белгілі болғандай, сандық реле мен жеке компьютердің порттары әртүрлі стандартта жасалған. Сол себепті де оларды тікелей қосудан шектейді. Мысалы үшін  SPACOM сериясындағы реле мен персоналды компьютерді қосу үшун алынатын жеріне орнатылған DA1 және DA2 деңгейлі сигналды түрлендіргіштерге ие арнайы жалғастырушы SPA – ZP – 5A3 кабельдер қолданылады.

Түрлендіргіштерді қоректендіру реле арқылы арнайы DA3 қорек блогынан жүргізіледі. Сұлбада келесі белгілер қолданылған:

RD (Received data-қолданылатын мәліметтер)

TD  (Transmitted Data- жеткізілетін мәліметтер)

DSR (Data Set Ready- мәліметтер дайын)

CTS  ( Clear to send- жеткізуге дайын)

GND (Ground - жер).

 

2.14 Сурет - SPA – ZP – 5A3 кабелінің ішкі жалғанулары

Мәліметтерді жеткізу барысында әртүрлі физикалық орталар қолданылуы мүмкін электр желісі, радиоканалдар, оптико-талшықты байланыс желілері (ОТБЖ).

 

2.12 Байланыстың өткізгіш каналдары

 

Импульстерді шектейтін өткізу жолағымен f=fmax-fmin электр каналымен жеткізгенде, өткізілетін импульс формасының бұзылуымен бөгелуі болады.

2.16 суретте оптика-талшықты байланыс қолдану арқылы ақпаратты жеткізу сұлбасы көрсетілген.

Бұл жүйенің негізгі компаненттері оптикалық сәуле шығарғыш VD, световод С және жарықсезгіш элементVT болып табылады.

Сәулелендіруші элемент ретінде жартылай өткізгішті жарық диодтары және қатты денелі диодты лазерлер пайдаланылады. Диффузиялық жарық диодтармен салыстырғанда, лазерлер когорентті сәулелену көзі болып табылады. Әдетте ұзындығы 800 нм сәулеленулер қоданылады. Детектор ретінде фототранзистор және pin-wow қолданылады. Соңғысы жоғары сезімталдығы және бірнеше наносекундта іске қосылу уақыты бар жоғары сапалы детектор болып табылады.

Жарықтың қисықсызықты светтовод бойымен қозғалысы световод қабығының шекарасында сәуленің көптеген ішкі шағылысының нәтижесінде болады.

Оптика-талшықты кабельдер күрделі құрылғы болып табылады. Онда жеткізу барысында минимальді шығындармен қамтамасыз етуімен қатар световодтарды сыртқы әсерлерден қорғауға өте көп көңіл бөлінген.

ОТК-дің бірнеше түрі бар. Олардың ішінде сыну коэффициенті сатылы өзгеретін талшық ең арзаны болып табылады.

Бұл мақсатта көрінетін оптикалық пластмасса көп қолданылады. Пластмассалық талшықта минимальді шығындар көрінетін сәулелену ауданында байқалады.

Пластмассалық световодтардың көмегімен мәліметтерді 10 метрге дейінгі қашықтыққа жеткізуге болады. Жоғары сапалы кабельдерде кварцтан жасалынатын талшықтар пайдалынады.

Кварцты световодтар сыну коэффициентін сатылы және ақырын өзгертуге болады. Оптика-талшықты байланыстардың ұзақтығының соңғы жетістігі мәліметтерді 4 ГГц жиілікте 120 км-ге қайталауыштарсыз жеткізуі болып табылады.

Световодтар электрлік кабельдермен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие:

-  электромагниттік өріс жағдайында жоғары бөгетқорғағыштығы;

-  жоғары өткізгіштік қабілеті;

Жылдамдығы мен шығындары жиілікке маңызды тәуелді коаксальді кабельдермен салыстырғанда ОТК- дің диспециясы болмашы сәйкесінше, оларда импульстердің кеңеюі аз деңгейде байқалады (2.15в сурет) және де қолдану кезіндегі қауіпсіздік пен қысқа тұйықталу есебінен кабельдердің өртебеуімен, дифицитті мыс қоданылмайды, бұл оның оптика- талшықты өндіру технологиясы кезінде арзандауына себепкер болады, айқын көрініп тұрған пайдалану сипаттамасы – иілу радиусының кішілігі, төсеу кезіндегі қабілеттілігі, төменгі массагабариттік көрсеткішімен қамтамасыз етіледі.

 

 

2.15 Сурет - Нақты каналмен жіберілген сигналдың бұзылуы

 

Xкр-кіріс сигналы

Xш-шығыс сигналы

Tөс-сигналдың өсу уақыты

Tірк- сигналдың іркіліс уақыты

ОТК негізгі кемшілігі световодтардың бір-бірімен қиылысуының қиындығы және сәулешығарғыш пен сигналды қабылдаушы мен қиылуысуының қиындығы болып табылады. Бұл талшықтың өте кішкене қимасымен шартталады және оның себебі минимальді өшу уақытын алу барысында талшықты оның осіне перпендикуляр тәртіппен кесу және жоғары деңгеймен өңдеуді орындауының қажеттілігімен түсіндіріледі.

Міне, осы себепті де бірнеше ондаған метрлерге тартылған кабельдердің қазіргі уақытта қайта жөндеуге жарамсыз болып отыр. Бірақ та оптикалық кабельдерді тұтастыру технологиясы жылдам жаңаруда.

2.16 Сурет - Оптика-талшықты байланыс каналын пайдаланып мәліметті жеткізу сұлбасы

ЗОЛС (ТОБЖ) пайдалану кезінде сандық құрылғының қорғанысын оптика-электронды түрлендіргіштің модулімен жабдықтау қажет. Мұндай модульдер  орнатылған немесе сыртқы болуы мүмкін. Мысал ретінде жоғары деңгейлі құрылғымен АВВ фирмасының сандық релесінің арасында ВОЛС (ТОБЖ) ұйымдастыруын қарастырайық . Мәліметті жеткізу SPA-шинасының көмегімен жүргізіледі. (2.17 сурет)

2.17 Сурет - Талшықты-оптикалық байланыс каналын ұйымдастыру

 

Сұлбада Rx- сигналды қабылдағыш, Тх – сигналдың жібергіші

SPA-шинасы дегеніміз айырбас протоколында келісілген байланыстың ақпараттық құрылғылармен жеткізілетін деректердің құрылу ережелерінің жиынтығы. Физикалық тұрғыдан қарағанда, SPA-шинасы жеке реле мен жоғары деңгейдегі құрылғыны тізбектей қосатын оптика-талшықты ілмек. Сигналды тек қана бір бағытта жеткізуі оптика-электронды түрлендіргіштің құрылымын мейлінше қарапайымдатады. Оптикалық ілмекпен жеткізілетін мәлімет өзінің адресін таппағанша бір оптика-эленктронды түрлендіргіштен екіншісіне айналып жүре береді. SPA – хаттамасына сәйкес жеткізілетін мәлімет 2.18 суретте көрсетілген түрге ие болады.

Тәжірибелік мақсаттарда келесідей импульстерді шекті жылдамдықпен жіберу Vmax мен Ds каналының өткізу жолағының арасындағы қатынастарды қолдануға болады.

2.18 Сурет - SPA-шинасымен жіберілетін мәліметтердің құрылымы

 

Көрініп тұрғандай, қысқа жолақты канал айырбас жылдамдығын шектейді. Мысал үшін Ds=3200 Гц өткізу жолағы мен телефон каналы арқылы мағлұматтарды жеткізу кезінде максималды жылдамдық 6400 бод-қа тең болады.

Телефон желісі арқылы тональді сигналды жіберуге есептелінген импульсті сигналды жіберу үшін модемдер пайдаланылады. Атынан белгілі болғандай, модем (модем=модулятор+демодулятор) маңыссыз жиілікті модуляциялау жолымен импульсті сигналдарды тональді сигналдарға түрлендіруімен қамтамасыз етеді.

Қазіргі кездегі модемдер толық екілік байланыспен қамтамасыз етеді, яғни бір телефон каналы арқылы бір уақытта екі бағытта мәліметті жеткізе алады. Мысалы үшін бір бағытта маңыссыз 1200 Гц жиілікпен жібере алса, ал екіншісінде 2400 Гц. Кейбір кездері амплитудалық модуляция орнына жиілікті немесе фазалық модуляция қолданылады.

Фазалық модуляция келешегі бар болып табылады. Бұл жағдайда фазаның өзгерісі бір - екі битті жібергеннен кейін орындалады: 00=0;01=90;10=180; 11=-90. Фазалық модуляция өткізудің эквивалентті жылдамдығын төмендетеді және каналдың өткізгіштік қабілетінің жоғарылауына септігін тигізеді.

Байланыс каналы арқылы мәліметтерді жеткізу кезінде қабылданған мәліметтердің шынайылығын тексерудің әртүрлі тәсілдері бар. Бұл жеке символдарға бірліктер санымен бит паритетін тексеру және мәліметке кіретін осы кодтардың қорытынды қосындысымен және мәліметтің соңында белгіленетін барлық символдардың кодтарының қосындысын тексеру.

Осының бәрі қабылдағыш пен мәліметтің қабылдауын қысқартады.

Бірақ та, электромагниттік бөгеттің жоғары деңгейінде электр желілері арқылы мәліметті жеткізу тиімділігінің жылдамдығы кенет төмендеп кетеді. Өйткені бұзылған мәліметті қайталауға тура келеді. Осы себептен электр станциялары мен қосалқы станцияларда талшықты-оптикалық байланыс желісі таңдаулы электр желісі болып табылады.

 

2.13 Оптикалы-талшықты каналдар

 

Оптикалы-талшықты байланыс жүйесінің шығуына мәліметті жеткізуге арналған оптикалық құрал лазердің пайда болуы себепкер болды. Алайда, оптикалық диапазонда байланысты ұйымдастыру үшін атмосфера тұрақты болмады. Жоғары сапалы кварцты әйнекті алу үшін өте таза кремнийді өндіру оптикалы-талшықты жүйесінің дамуына септігін тигізді. 80 жылдардан бастап оптикалы-талшықты жүйелер коммерциялық мақсаттарға қолданыла бастады. Қазіргі уақатта бұл сала даму үстінде.

Конфликтілік жағдайларды болдырмау үшін жоғары деңгей құрылғысы негізгі болып табылады және мәліметтермен алмасу құқығына ие.

Екінші деңгейлі құрылғылар тек қана негізгі құрылғылардың сұрауларына жауап береді.

Негізгі құрылғының басқа қалған барлық құрылғыларға бір уақытта назар аудару үшін кең хабарламалы режим қолданылады.

Бұл кезде барлығына бірдей жалпылама адрес қолданылады.

2.19 Сурет -  SPA-ZC-17 түрлендіргішінің құрылымдық сұлбасы

 

SPA-шинаның аппараттық құралдарына оптикалық-электрондық түрлендіргіштер жатады. Құрылымдық  сұлбасы 11.19-суретте көрсетілген SPA-ZC-17 түрлендіргіші кең тараған.

Бұл құрылғы оптикалық сигналдарды электрлік сигналдарға және керісінше түрлендіреді. Түрлендіргіш оперативті ток желісінен және сонымен бірге реледен қоректенеді. Түрлендіргіш релеге тоғызштырлік  D-типті разъем арқылы қосылады. Талшықты-оптикалық кабельдер оптикалық түйіспелер (разъем) арқылы ТΙ таратқыштың шығысына және RΙ қабылдағыштың кірісіне қосылады. Түрлендіргіш шыны талшықтың негізінде және пластикалық өзекті талшықты-оптикалық кабельдермен жұмыс істей алады. Бірақ әртүрлі типті кабельдерде оптикалық сәулелену ұзындығы әртүрлі толқындарды беру қолданылатындықтан, мұны түрлендіргіштің модификациясын  таңдағанда ескеру қажет. Мысалы, SPA-ZC-17ВВ. Бірінші әріп таратқышқа баратын талшықтың түрін көрсетсе, екіншісі – қабылдағышқа; В – пластикалық өзек; М – шыны талшық. Соңғы екі әріп талшықтың түрін көрсетеді.

Басқа оптикалық-электронды түрлендіргіштер осындай құрылымға ие. Мысалы, SPA-ZC-21 қарастырылған желіден қорегінің жоқтығымен ерекшеленеді. 

 

         3 Негізгі мінездемелер және микропроцессорлық реледе мәліметті өңдеу

 

3.1 Микропоцессорлық релелердің негізгі мінездемелері

 

Микропроцессорлық релелер мәліметті аналогтық принцип бойынша өңдейтін электрондық релелердің көмегімен жүзеге асатын барлық артықшылыққа ие. Бұл өлшеуіш органдардың бірге жақын қайтару коэффициенті (механикалық релелердегі 0,8-0,85-тің орнына 0,96-0,97), ток трансформаторы мен кернеу трансформаторынан аз қуат тұтыну (электромеханикалық релелерде 10-30ВА орнына 0,1-0,5ВА). Сонымен бірге электрондық реле сенімді қорек көзін талап етеді. Іс жүзінде істелінетін функциялардың санына қарамастан МПРҚ сандық құрылғы оперативті ток желісінен шамамен 15-20Вт қуатты тұтынады.

 

3.2 Микропроцессорлық релелердің меншікті істеу уақыты

 

        Сандық релелердің өлшеуіш органдарының меншікті істеу уақыты электромеханикалық аналогтарындағыдай қалды. Бұл бақыланатын ток пен кернеудің (әсерлік мәні, фазалық ығысуы) интегралдық параметрлерін анықтау үшін біршама уақытты қажет ететіндігімен түсіндіріледі. Анықтамасына сәйкес периодикалық уақыт функциясының x(t) әсерлік мәні келесі формуламен табылады:

                                        

Нақты уақытта бұл интегралдың есептелуінің нәтижесін тек қана T периодына тең уақыт бөлігінде бақыланатын x(t) сигналын бақыланғаннан кейін ғана алуға болады.

  Негізінде аналогтық прототиптері сияқты сандық релелер де егер бақыланатын шама қойылымнан асса T периодынан аз уақыт ішінде істеу сигналын құра алады. Сандық интегралдау өсімшелер қосындысынан тұрады:

                                          

Бұл жерде x(t)- интегралдау интервалында алынған x(ti) түйіндік нүктелеріндегі интеграл астындағы функцияның мәні; Δt-екі өлшеу арасындағы уақыт үзіндісі.

  Қойылыммен өлшеуге болатын бақыланатын шаманың мәндерінде бақылау уақыты Т-ға ұмтылады.

  Кейде кіріс сигналы бір ғана гармоникамен берілген жағдайда әсерлік мәнді есептеуге аз уақыт кетеді. Өйткені синусоиданың амплитудасы (сәйкесінше әсерлік мән де) оның бірнеше лездік мәнін өлшегеннен кейін ғана есептеліне алады.

  Бірақ нақты сигналдарда керекті гармоникамен бірге басқа гармоникалар мен априодикалық  құраушылар кездеседі. Күрделі сигналдан керекті гармониканы бөліп алу біраз уақытты қажет етеді.

  Жалпы жағдайда бұл айтылғандар сигналдың интегралдық параметрін анықтау қолданылмайтын релелерге таралмайды. Мысалы, дифференциалды ток қорғанысында теориялық тұрғыда токтың әсерлік мәндерін салыстыруды қорғалатын сұлбаның тізбектерінде жүргізуге болады.

  Бірақ  дифференциалдық релелерде фильтрация мәселелері туындайды. Фильтрация жұмыс токтарында кедергілерді басу үшін және блоктық әсерлерді құру үшін қажет. Мысалы, трансформатордың дифференциалдық релелік қорғанысында магниттелу токторының серпілісі кезінде. Магниттелу тогының серпілісі әдетте дифференциалдық токта екінші гармоника пайда болғанда байқалады.

 

3.3 Сандық релелерде сигналдардың фильтрациясы

 

Егер бақыланатын сигнал периодикалық болып және уақыт жеткілікті ұзақ болса, онда негізгі гармониканы (немесе басқасын)  бөліп алу үшін гармоникалық анализдеудің теориясын қолдануға болады. Оған сәйкес к-гармониканың амплитудасын анықтау үшін оның ортогональдық құраушысын есептеу қажет

                                                  

Содан кейін ғана оның амплитудасын

                                                      

Көрсетілгендей ортогональдық құраушылар Т периодында x(t) уақыт функциясын интегралдау арқылы табылады.

  Гармоникалық анализдің сандық тәсілі тек дискреттік жүйеде  нүктелеріндегі 0<t≤T аралығында x(t) функциясы белгілі болған жағдайда ғана қолданылады. Сонымен бірге бұл тәсіл әртүрлі уақыт моменттеріне қатысты құраушыларды есептеу қажеттілігімен байланысты.

                                         

  Сандық фильтрдің жұмысын қарастырайық. Сандық фильтр кіріс сигналынан 1t  интервалымен алынған n=0; 1;…;N-1 кезінде N таңдамадан Хвх n тізбектей жұмыс істейді. Белгілі операциялар нәтижесінде фильтрдің шығысында Хвых n сандар тізбегі пайда болады.

  Хвх t күрделі кіріс сигналды едәуір қысқа тікбұрышты импульстерге бөліп тастауға болады (сурет 3.1 а). Кез келген электрлік тізбектің импульс аяқталғаннан кейін (сурет 3.1 б) тізбектегі процестерді анықтайтын импульстік мінездемелері g(t) бар. N бақылау моментінде электр тізбегіндегі шығыс сигнал (3.1 в сурет) t=0-ден n бақылау моментіне дейінгі  аралықта тізбектегі барлық импульстердің жауаптарының қосындысы ретінде есептеледі (1t- жеке импульстің ұзақтығы), яғни

3.1 Сурет - Сандық фильтр жұмысының айқындығы

 

                      

Егер есептеу кезінде g[(n-k)1t] салмақтық коэффициенттері кез келген жиіліктік фильтрдің импульстік мінездемесінің сәйкес мәндерімен дәл келсе, онда сандық фильтрдің шығыс сигналы аналогтық фильтрдің сигналына балама болады. Идеалды сандық фильтр келесі шығыс сигналының құрастырушысын есептеу моментіне дейінгі кіріс сигналынан алынған шексіз таңдамаларымен жұмыс істеуі қажет. Реалды сандық құрылғы тек шекті мәнді N таңдамалармен жұмыс істей алады. Қолданатын таңдамалардың санын кіріс сигналын бақылайтын уақыт терезесімен (3.2 а сурет) байланыстыратын болсақ, келесіні атап көрсетуге болады.

Кіріс сигналының серкірмелі өзгеруінен кейінгі уақыттың алғашқы моментінде есептеу құрылғысы біраз уақыт «дұрыс емес» шығыс сигналын тудырады. Бұны уақыттың әртүрлі моментінде бақылау терезесінде көрінетін сигналдың эпюрлері түсіндіреді (3.2 б-г сурет). Көрнекілік үшін  эпюрде токтың әсерлік мәні көрсетілген. Қалыптасқан режимге өтуді белгілеу, мысалы,  уақыт ішінде ығысқан екі бақылау терезесіндегі бақылау нәтижесінің сәйкес келуімен белгіленеді (3.2 а сурет). Бақылау терезесінде таңдамалар қаншалықты көп болса, есептеудің дәлдігі соншалықты жоғары болады.

3.2 Сурет - Реалды сигналды зерттеу

 

Сандық фильтрлер бірнеше артықшылыққа ие. Олардың негізгісі – аналогтық фильтрде жетіспейтін жұмыстағы сенімділік пен мінездемелердің тұрақтылығы. Бірақ та аналогтық фильтрлердегі сияқты сандық фильтрлерде де күрделі сигналдың ішінен керекті гармониканы дәл таңдау мен фильтрациялауға кететін уақыт бөлігінде қарама-қайшылық бар. Априодикалық құрастырушылардан, жоғары гармоникалардан (3.3 А3, А5 сурет), кедергілерден  (Аn, Аn’’) құтылу үшін реленің кіріс трактінің амплитудалық-жиіліктік мінездемесі жолақты фильтрдің мінездемесі сияқты болу керек (3.3 сурет). Бұл жерде f-сигналдың жиілігі, A-сигналдың амплитудасы, Кф-фильтрдің беріліс коэффициенті.

3.3 Сурет - Кіріс сигналының және АЧХ фильтрінің жиіліктік спектрі

Жолақты фильтрдің сапалылығы фильтрдің беріліс коэффициенті Кф 3 дБ-ға азайғандағы дәрежесімен анықталатын өткізу жолағымен сипатталады. Тербелмелі контурмен ұқсастырғанда жолақты фильтрлер үшін жөндемдік түсінігі енгізілген.

                               

бұл жерде fрез, fmax, fmin- фильтрді сипаттайтын сәйкесінше резонанстық, максималды, минималды жиіліктер.

  Екінші реттік жолақты фильтрде өтпелі процестердің меншікті өшу уақыты

                                               

теңдеуімен табылады, яғни жөндемдік қаншалықты жоғары болса, фильтрдегі өтпелі процестер соншалықты ұзақ жүреді. Мысалы, өндірістік жиілікті (fрез=50 Гц) гармониканы бөлуге арналған, жөндемдігі Q=5 тең болатын жолақты фильтрде өтпелі процесс бес период шамасында болады

                                     

  Тура осындай нәтижені электр тербелісін сипаттауға  спектральді әдістеме қолданғанда алуға болады.

  Өткізу жолағының таралуы реленің кедергілерден қорғалуын жақсартады, өйткені кедергілердің көбі импульстік сигналдар (нажағайлы разрядтар, коммутациялық асқын кернеуліктер және т.б.) болып келеді, оған байланысты олар спектральді сипаттамаға ие. Сонымен бірге реленің кіріс трактінің өткізу жолағы қаншалықты тар болса, жұмыс сигналына кедергі энергиясының соншалықты аз үлесі қосылады. Бірақ реленің өте тар жолақты кіріс тракті реленің тез әрекеттігінің қолайсыз азаюына әкеледі. Релелік қорғаныстың тез әрекеттілігі үшін жөндемдігі аз фильтрлерді қолданған жөн.

 

 3.4 Симметриялы құраушылардың фильтрлері

 

Симметриялы құраушыларды үшфазалы ток және кернеу жүйесінен бөліп алу релелік қорғаныс тәжірибесінде кеңінен қолданылады. Симметриялық құраушылардың тура, кері, нөлдік ретті тізбектерін есептеу алгоритмі белгілі

                                              

 бұл жерде x=X sin(ωt+φ) түріндегі ХА, ХВ, ХС-сәйкес фазалық шамаларды (токтар немесе кернеулер) көрсететін векторлар; a және а2- берілген векторды үшфазды жүйенің векторларының бағыты бойынша (бағытқа кері) 120° бұрышқа бұратын операторлар.

  Кері реттілікті фильтрді істеу үшін қолданылатын фазалық мәндердің шамасының векторлық диаграммасы 3.4-суретте көрсетілген.

3.4 Сурет - Симметриялы құрамалардың бөлінуі

Фильтрдағы Ха, Хв, векторының мәндері қосылады,  120-қа қалған жағына бұрылған және  Хс 120-ға озған жағына бұрылған.

 

3.5                Ток трансформаторының қанығу кезіндегі реле жұмысы

 

Сигналдардың өңделу цифрлық принципін жақсы қолданылады және өлшеуіш қанығу кезіндегі реленің дұрыс жұмыс істеуіне жағдай жасау үшін. Қаныққан тт-ның 2-лік тоғы оның мәнінен айырмашылығы бар. Алайда, тт-ның терең қанығу бола қалған жағдайда уақыттың бөлек моменттерінде трансформация дұрыс пайда болады.(жоғ. қисық сурет 3.6)

3.5 Сурет - Тоқ трансформаторының толысуы

 

Бұл жағдайды пайдалануға болады және дұрыс емес 2-шілік токтың амплитудалық мәнін дұрыс табуға болады. Бұл үшін дұрыс трансформация бөліктеріндегі токтың лездік мәнін өлшеу керек. Оның өзгеру заңы белгілі деп, амплитудалық мәнін есептеу керек: I(t)=I(m)*sin(wt+ф). Трансформатордың қанығу кезіндегі дұрыс емес 2-шілік тогының нақты алгоритмдік дұрысталуы әлдеқайда күрделірек. Ток дұрысталуының шығарылуына керек етеді, мысалы, МПРЗ-тегі бейтарабы оқшауланған желідегі бір фазаның жерге қысқа тұйықталады. Мұндағы тт-ның нөлдік тізбегінің терең қанығу режиміне түсуінің ықтималдығы жоғары. Экстраполяция принципі сигналдардың фазаларының дұрысталуына да керек. 3.5 Суретте. Көрсетілгендей, жиіліктік фильтрация дұрыс емес сигналдардан негізгі гармонияны бөліп алу, олардың амплитудасы мен фазасын анықтау кезінде үлкен қателікке әкеліп соқтырады.

Токтың идеалдық қисығы 3.5 суреттің төменгі бөлігінде, ал дұрыстаны жоғарғы бөлігінде. 

 

        3.6 Цифрлік реле арқылы асқын жүктемеден қорғаныс

 

Тоқтың асқын жүктемесінің әсерінен электр құрылғылардың активті бөліктері (орама, контакты қосылулар, магнит сымдары және т.б.) қатты қызады. Бұның жай шешімі температураны басқару сияқты. Бірақ температура датчиктерінің электрқұрылғының ток өткізгіші бөліктерінен оқшаулаудың әсерінен жылулық басқару жүйелері инерциялы. Датчиктерді орналастыру қиын және датчиктен ажыратқышқа сигнал беру қиын. Электрлік машина аппараттың жылулық жағдайын тура емес басқару негізінде РҚ практикалық таратылды. Өткізгіштің температурасын тура емес басқаруының, оның бойымен ағып жатқан токтың өлшеуі негізінде жылулық қос металды пластина ағытқышы және индукциялық реле жатыр. Бірақ та механикалық жабдықтар тұрақты емес, қолдануда күрделі және үлкен қателікпен жұмыс істейді. Жылулық релелердің электрондық элементтік базаға ауысуында алға қадам жасады. Бірінші рет ЯРЭ 2201 құрылғысында жылулық қорғаныстың аналогтық нұсқауы пайда болды. Енді асқын жүктемеден МПРЗ-тің құрылуын микропроцессор сақтайды.

Ток жүретін өткізгіштің қызу процесі жақсы меңгерілген және әдебиетте жазылған. Дара өткізгіштен немесе бүкіл орамадан бөлінетін жылудың бір бөлігін салқын ортаға, ал келесі бөлігі өткізгіштің өзін қыздырады. ПҚ-ның бағытына жеткілікті дәл қыздыру процесі бірінші ретті сызықты дифференциалды теңдеумен жазылады.

 

 Мұндағы      P-қуат шығыны

       R-өткізгіштің кедергісі

       I- өтіп жатқан ток

       a-жылу беру коэффициенті

       F-өткізгіш бетінің салқындатуы

       С-өткізгіш материалының меншікті жылу сыйымдылығы

        m-ө ткізгіш салмағы

        v- қоршаған ортаның температурасынан өткізгіш температурасынан асып түсуі.

                                  t-уақыт

           

Температураның үлкен болған кездегі дифференциалдық теңдеудің кемшілігі

 

                                    (3.2)                                          

    Мұндағы  V(t)-өтіп жатқан уақыттағы температураның асуы.

Vуст (I)- Өткізгіш бойымен жүктеме тогының (I) шексіз өтіп жатқан кездегі температураның асуының тұрақталған мәні.

Vнач-өткізгіш температурасы асуының берілгені (t), бастапқы режиммен белгіленген.

    T=cm/aF- өткізгіш қызуының уақыт тұрақтылығы.

        Қызу уақытының түрақтылығы қүрылым және салқындату шарттарымен анықталады.

Байланысты ауа алмасуы нашарлаған тоқтап тұрған электр қозғалтқыш орамасының салқындату уақытының 1,5-2 есеге артады.

       Бастапқы температурадан Vнач, ең ақырғы рұқсат етілген температураға дейін өткізгіштің қыздыру уақытының анықтау формуласы.

 

                                  (12.3)

 

       Белгілі бір токтағы  (I) өткізгіштің шекті уақытын табуының шешімі.

                                                                 (3.4)

 

      Температураның токқа ауысуы, олардың сызықтық байланыс кезінде.

 

                                          

      Асқын жүктеменің шекті уақытының шешіміне тіреліп, РҚ құрылғысын істеуге болмайды, өйткені жалпы жағдайда асқын жүктеменің тоғы уақытқа байланысты өзгереді, ал бастапқы температура алдыңғы режимге байланысты. Мұның дұрыс шешімі келесі интегралдың үздіксіз шығарылғандағы орама температурасының болып жатқан мәнін аңдумен болады.

 

                                                              (3.5)

 

Базис үшін электр қондырғыларының ток ажыратуын Iотк, және температура ажыратуын 100% деп алып, жүйені салыстырмалы бірлікпен қолдану тиімді.

                            1         (3.6)

К-пропорционалдық коэффициент Iж=I / Iотк,   3.6 суретте асқын жүктемеден қорғаныстың функционалдық сұлбасы келтірілген.

3.6 Сурет - Асқын жүктемеден қорғанудың функционалды сұлбасы

 

Сұлбада келесі мәндер келтірілген: Iд-электр қондырғы толық жүктелгендегі ток.

Iотк-электр қондырғы ажыратылатын кездегі ток, Iотк=1,05Iд;

V- қоршаған орта температурасынан асуы;

Ажырату болған кездегі шекті температура 100%-ға тең деп алынады.

Селектор максимумы U1 максимум фазалық тоқты алғандағы, МПРЗ-тің дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етуі, әртүрлі ақаулар кезінде және аномальдық режимдер кезінде электр қондырғының жұмысы кезінде. Өткізгіштегі жылу шығынына пропорционалды сигналдың қалыптасуын U2 түйіні жүзеге асырады, яғни электр қондырғы тогының квадратына. U3 буыны интегралдау операциясын орындайды. Интегралдау операциясын шығару үшін мынадай өрнек болады

 

 

Бұл жағдайда интегратор ішіне кіреді: U31- интегратор кірісіндегі 1х/1t сигналдың өсімін құрылдырғыш және U32 қосқыштардың өзі.     

Сумматор шығысында V температураның қазіргі салыстырмалы мәні құрылады. Температура 100% жеткенде SF1 компораторы іске қосылып және өшіруге сигнал береді.

Өткізгіш қызуының қарастырылған модэлі тек мына жағдайда, егер электрқондырғының тоғы қалыпты эксплуатациялық режимде ешқашан да ұзақ рұқсат етілген мәнінен артпаса. Электрқозғалтқыштар үшін бұл модэль жарамсыз.

ЭҚ-ның РҚ құрылғысы асқын жүктемеден әртүрлі қосу шарттарын ескеру керек. Сонымен бірге, ЭҚ сөніп тұрған кездегі орама салқындатуының шарттарының нашарлауын білу үшін уақыт тұрақтылығы Т автоматты түрде Ко есе артуы керек. Егер 3,6 б-суреттегі қарастырылып отырған сұлбаны толықтырса, бұл мәселені шешуге болады.

ЭҚ-тың қосылу шартын ескеру үшін сұлбаға P% параметірі енгізілген. Кейбір артдиапазонда өзгеретін P% параметрі арқылы, 100-20%. Асқын жүктеме бола қалған кездегі бастапқы температура моделінің мәнін енгіземіз. Бастапқы мән алдыңғы асқын жүктеменің режиміндей режимге жеткен температурадан P% деңгейде беріледі. Мысалы ЭҚ салқын қалыптан екі қосқыш рұқсат етілсе, онда P%=50% тең деп аламыз.

Қосу шарты күрделірек кезінде P% параметрін кешірек қондыруға болады, мысалы 20%. Бұл есептік шығарылуын ток мәні артқандағы асқын жүтеменің пайда болғанын сақтап қалатын SF3 компораторға міндеттейміз.

                                      Iотк=1,05 Iд

Бұл компаратор сигналынан интегратор өзгереді. Моделдейтін сұлба қалпынан эквивалентті қоздырылған қозғалтқыш қалпына максималды жақындау, реле интеграторына ток беру мезетінде бастапқы температура мәнін беру керек, 70% деңгейді шекті мәнінде.

РҚ Асқын жүктемеден базалық ұстап тұрған максималдық ток, қондырылған режимдегі ЭҚ қоректеніп отырған Iд. Әртүрлі нақты ситуация РҚ бейімделуіне, Iд мәні кейбір шекте реттелуі керек, мысалы ( 0,5-1,5) Iном, мұнда Iном РҚ құрылғының кіріс тогын номиналдық деңгейі.

Салыстымалы токтың мәні және уақыттың тәуелділігіндегі қазіргі температураны анықтау үшін есептелген өрнек және берілген модель үшін асқын жүктеме режиміндегі керекті уақытты табу түрі

                                  (3.7)

Ток кіші болған кезде Iд, Р% параметрі 100%-ға тең болғандағы режимдер үшін.

Нақты шарттармен 3.7- тең алынған МПРЗ-тің уақыт-тоқтық сипаттамасы көрсетілген 3.7 сурет.

3.7 Сурет - Қорғаныстың статикалық уақыт- тоқтық сипаттамасы

 

ЭҚ орамасы қызу уақытының тұрақтылығы U3интегралдық буынға Т парамеірінен енгізіледі. Сырт елдерде ЭҚ жылулық сипаттама ретінде t6х парамеірі қолданылады. T6х параметр астарында 6-реттік токтың жай істеп тұрған қалыптағы ЭҚ t6х параметрі қосу уақытынан артық болады: t6х(1,5-2) tn.

      Т тұрақтысымен t6х параметрі арасында мәндес байланыс бар:

 

 

ЭҚ сөніп қалғанын анықтау үшін SF2 компораторы бар, ол қозғалтқыш максималдық токтың Iд 5-15% 09 құрайтын жасап кету тогы бекітеді.

Жылулық қорғаныстың жұмыс динамикасы сандық есептеуі көрсетілген. (3.8 сурет).

 

3.8 Сурет - Қорғаныс қондырғысындағы температура өзгерісінің эпюрлері

 

Реле ЭҚ-ты қорғау үшін келесі сипаттамамен көрсетілген. Орнатылған режимдегі ток In=6Iд, қосылу уақыты tn=100.

Қызу уақытының тұрақтылығы Т=600 сек. Қозғалтқыш тура қосылады және салқын күйден екі қосқыш және ыстық күйден бір қосқыш, яғни р%=50 параметрін аламыз, ЭҚ- тың тоқтап тұрған салқындату уақытының тұрақтылық коэффициенті К=4.

РҚ құрылғысына ток берген кезде, интегралдау буынында температураның бастапқы мәнін автоматты түрде қосылады, 70%-ға тең. Егер ЭҚ осы моментте сөніп тұрса, яғни қорғаныс құрылғысының кірісінде ток жоқ, онда сұлбада суу процесі модельдейді. Салқындату экспотациалдық заңымен салқындату уақыт тұрақтылығымен Т=4*600=2400=40 мин, жүреді. Суыту процесі t=3T=7200 сек=120 мин уақыттан кейін бітеді.Температураның аралық мәні (3.5) өрнегі бойынша шығарылады.

Егер ЭҚ салқын күйіне сәйкес келетін уақыт моментінде ЭҚ қосылса, онда температура мәні 0-ге тең болады. Қыздыру 3.5 өрнегі бойынша мұндағы Vнач=0, Т уақыт тұрақтылығымен экспонент бойынша болады.

Салқын күйден қосу кезінде Р% параметрі қыздыру процесінің ағуына әсер етпейді. Қосу соңында ЭҚ қызған температурасы

 

                                   

 

Егер ЭҚ қосылу процесінің біткеннен кейінгі қалыпты жұмыс режиміне өтсе, жүктеме тогы Iд тең. Онда температураның өзгеру процесі былай жазылады

Мысалы 5 мин. өткен соң ЭД-ң температурасы мынадай болады

Орнатылған нормалдык режимде температура мынандай мәнге ие болады (t=)

Қорғаныс корсетіп отырғандай ЭД-ң іске қосуы ыстық жағдайда ЭД температуралық эквиваленті 91%-ға тең (3.8 суретіндегі с нүктесіне қара)

 

 

Өздеріңіз көріп отырғандай температура іске қосудан кейін тұрақты шамадан аспайды 100%.

Бұл есептер жылулық қорғаныстың жұмысын көрсетеді. Есептеу кезінде тағайыншамалар мен қасиеттерді қорғанысты жылыту моделдегенде қиындықтар туындайды. Жылыту процесін моделдегенде дифференциалдық теңдеудің бірінші кезекте мынандай сурет көрсетеді, объекттің асқын жүктеме сипаттамасының қорғанысы мен тоқтық уақытқа сипаттамасының қорғанысы сәйкес келмейді. Сол үшін ұтымды қорғаныстың сипаттамасын объектің асқын жүктемесінің қисығына сәйкес келтіру керек, бірақ ол бізде белгісіз.

Кепілдемеде тағайыншамаларды таңдау кезінде АВВ фирмасындағы қорғаныстың (SPAM 150 релесі) базистік есептік нүктесі ретінде двигательдің 6 қысқа тоқтық уақытқа үйлесімді нүктесін табу болып есептелінеді. Мұндай тағайыншамаларды таңдау әдістемесі ГОСТ-қа негіздеу бойынша ТО310 құрылғының аналогтық қорғаныстың модулі ЯРЭ  2201 2 мин. ішінде асқын жүктемедегі 1,5 қысқа тоқта ЭД-і табу қажет. Әртүрлі кезекте қорғанысты сәйкестіргенде тоқтың уақытқа сипаттамасы асқын жүктеменің сипаттамасынан төменде өту қажет және кішкене қорымен.

 

3.7 Ток үзіндісінің іске қосу режимінің қалануы

 

Тез әрекет етуші ЭД-ң ток үзіндісін (немесе фидерлер двигателдік жүктеме) алып тастау қажет, себебі іске қосу тогын құрастыру үшін осындай іске қосу режимі жұмыстық режиммен салыстырғанда көп уақыт алмайды.

Қорғанысты іске қосу уақытында оны айырып тастаған ақылды шешім болады. Бірақ іске қосу режимінің сұлбасы өте қиын, әр реледен іске асыру үшін бұл әдістеме көп жерде таралмаған.

Ал сандық реледе іске асыру үшін қарапайым алгоритмдер қолданылады. 3.9 суретінде АВВ фирмасының сандық релесі көптеген өлшеуіштік модулге сәйкес келеді. Бұл сұлбада ток үзіндісі өлшеуіштік органдарда КА1 және КТ1 орындалған.

Бастапқы токтық органда КА1 релесінде тағы да 3 релесі (КА2 – КА4) бар және ток бойынша и жақын.

3.9 Сурет - Ток үзіндісінің іске қосу режимінен қалануы

 

- қорғаныстың жүктеме тогы орнатылған режимде фидерді қорғаушы. Іске қосу режимі нөлдік мәннен токтың факт бойынша өсуі іске қосу режиміне сәйкес келу керек. Бұл тұрақтандыру ток органдарының тағайыншамалары және  жүйелі орындалу қажет. Егер токтың өсуі белгіленген аралық шектермен 60 мс уақыт ішінде істелінсе, уақыт элементі КТ2 кірістік сигналды қалыптастырып жетісе, онда токтык орган KA3 сигналды шектеп тастайды. Уақыт элементінің кірістік сигналы КТ2 триггері DD1 сондай күйге келгенде бастапқы токтық органды КА1 2 рет тағайыншамаларын алып тастайды. Іске қосу режимі бітер кезде фидер тогы төмендейді, КА4 токтық органның шығысында үлкен сигнал пайда болады және тағайыншамасы тең. Егер тұрақты сигналды берілген уақытта қалыптастырса (мысалы,100 мс), R триггердің кірісінде DD1-де сигнал пайда болып триггер өз қалпына келеді.

Қорғаныс құрылғыларында осындай функцияны таңдау өздеріңізге беріледі, сұлбаға тек програмдық S кілтін енгізу қажет.            

 

4 Микропроцессорлы қорғаныс құрылғысының пайдаланудың ерекшелігі

 

4.1 Микропроцесорлық реленің сенімділік функциясы

 

Сандық құрылғылардың ерекшеліктерінің бірі басқару ақпараттық істеу бөлігінің салыстырмалы қарапайымдылығы және програмдық жобалауы. Оған микропроцессордың жұмысындағы циклондық режимнің реле програмасындағы орналасуына оңтайлы жағдай болуы. Осы программаның бөлек үзінділері қорғаныс құрылғысының өзін өзі тестілейді. Тестілеу кезінде толық типтік топтама нәтижелері болады. Сандық реледе өзін бсқару кезінде мынандай мысал көп қолданылады.

Санды-аналогтық түрлендіргіштің үлкен тереңдіктегі түйіншікті кірісінің бұзығын уақытқа байланысты өзгермейтін тұрақты кернеуді периодтық есептеу арқылы табамыз. Егер микропроцессорде (МП) соңғы және алдыңғы нәтижелер арасында айырмашылық тапса, бұзық деген сигнал хабарлайды.

ОЗУ-дың жұмысқа жарамды екенін тексеру үшін бұрынғы ұяшықтарда белгілі сандарды соңғы саналып алынған нәтижелермен салыстыра отыра алынады.

Жұмыстық программа ПЗУ-дағы сақталған МП-де периодты қарастырылатын сандық топтаманың кодтары болып есептелінеді. МП-дағы кодтарды формалды қосып, ұяшықтағы қорытынды қосындылармен салыстыра отырып нәтиже алады.

Шығыстық реледегі ораманың тұтастығын тексеру үшін қысқа уақытта кернеу бере отырып, тоқтың ағуын бақылау қажет.

МП периодты түрде өзін-өзі тестілеп отыра қорек блогының сипаттамаларын және басқа да маңызды құрылғының түйінділерін өлшейді.

Егерде МП істен шыққан жағдайда, сандық реледе арнайы қарастырылған қорғаныс уақыт санағышы “watch dog” қосылады. Бұл қиын да емес, яғни өте тұрақты түйін болып келеді. Қалыпты жағдайда МП осы түйінге белгілі периодта импульс беріп тұрады. Қорғаныс уақыт санағышына импульс қайта келген жағдайда ол уақыт санап бастайды. Егер МП-дан берілген уақытта келесі импульс келмесе, санағыш МП-ның кірісіне әсер етіп, оны қалыпты жағдайына әкеледі. Осы басқарып отырған программаны қайта қосуға әкеледі. МП-ның бұзығында жай жұмыс жасауы 0 немесе 1 деген сигналды шығарады. Мұны қорғаныс уақыт санағышы тауып қауіпті сигнал жібереді. Керек кезінде қорғаныс құрылғысының жауапты түйінділері тоқтатылады.

Сөзсіз, тестілеу 100% ішкі бұзықтарды таба алмайды. Тереңдік тестілеу құрастырушының толық компетенциясында  және белгілі бір құрылғыға байланысты тест жүргізілсе, ол қолданушыға белгісіз болады.

Шынында тестілеу тек 70-80% барлық элементті қамтиды. Құрастырушы өзінің өнімінің максималды дәрежелі болу үшін толық бәрін істеуге ат салысады.

Белгілі бір құрылғының сенімді қызмет етуі 2 аспектте қаралады: құрылғының сенімділігі және жүйенің толық жұмыс істелуі.

Аппарат бөлшегінің сенімділігін біріншіден байқайды: қанша ақша оған белгілі комплект кеткені және сапалығымен. Мысалы үшін екі бірдей құрылғы аналогты және санды принципте қызмет істейді және комплекте (резистор, конденсатор, диод және т.б.) сенімді көрсеткіште қамтылған.

Белгілі осы құрылғылардың сенімді болуы элементтердің аз қолданылуы болып келеді. Аналогтық құрылғыда аппараттың бөлігінің көлемі V сандық функцияның пропорционалды өсуі және қиындығы С, ал сандық құрылғылда аппараттың бөлігінің көлемі әртүрлі қиын вариациалы алгоритмдерді практикалық өзгеріссіз және кең көлемде болады.

Мысалы, SPAC 800 РҚ сандық кұрылғысындағы элементтер мөлшері,  ЯРЭ 2201 РҚ құрылысындағы  комплекті дайындауға кететін шығыннан аспайды. Бірақ бұл кұрылғылар қызмет көлемінің ерекшелігіне байланысты, релелік қорғанысы тек қана 6-10 кВ желідегі тарату құрылғыларына арналған.

Мысалы, SPAC 800 жоғары деңгейге ағымдағы және апаттық ток өлшемдерін беріп қана қоймай6 қосымша АСУ ТП жүйе астындағы қызметтерді де орындайды немесе 110 кВ желідегі релелік қорғанысқа арналған REL 511R сандық терминал ішіндегі құрылғылар саны ШДЭ 2801 типтегі р.қ . бір бетіндегі (панель) құрылғылар санынан аз. Сөйте тұра REL 511R функционалдық мүмкіндігі бойынша бірнеше беттік  (панель)  қызмет атқарады. Олар: МПРЗ ЛЭП, УРОВ, АПВ, ОМП және апаттық жағдайларды тіркеу қызметтері.

Екінші жағынан қарасақ, сандық құрылғыларға үздіксіз автоматты басқару және бағдарламалық басқарулар тән. Аппарат істемей қалған жағдайда уақытында персоналға белгі беру арқасында, өзін-өзі басқару МПРЗ-і жүйе ретінде сенімділігін айтарлықтай көтереді. Бұл МПРЗ-ң жүйесінің жұмыс жасау қабілетінің қалпына келтіру шараларын дер кезінде орындауға мүмкіндік береді.

Аналогтық релелік қорғаныс жүйесінде, адам қатысы арқылы тек қана аппараттың жұмыс істеуінің периодттық тестік бақылауы жүргізіледі. Преиодтық бақылау кезінде РҚ жүйесінде дұрыс емес эксплуатациалануы мүмкін, бұл кезектік жоспарлы тексеру кезіне дейін ұзақ уақыт алады. Осылайша сандық құрылғының қызмет етуінің жоғарғы сенімділігі туралы айтуға болады. 

 

4.2 Микропроцессорлық релелердің бөгет қорғанысы

 

Бөгет қорғанысы бұл – электромагниттік бөгет шарттарында аппаратураның дұрыс жұмыс жасалынуы. Қажетті бөгет қорғанысы  қатардағы сұрақтардың жүйелі шешімімен қамтамасыз етіледі. Олар:

-        информациялық сигналдың таралу деңгейі бөгет деңгейінен жоғары болады. Бұл үшін энергетикада номиналды деңгейі 1A және одан жоғары, 100В және одан жоғары сигналдар қолданылады.

-        МПРЗ информациалды датчиктерінің байланыс желілерін дұрыс жіберу, қажет жағдайда бөгеттен қорғау және помеханы өшіру.

-        МПРЗ құрылғысының аппараттық бөліктерін дұрыс құрастыру.

Егер соңғы сұрақтың шешімі тек қана аппаратура құрастырушыларына байланысты болса, ал байланыс каналдарын қорғанысы жоспарлау кезіне және жүйе қорғанысын пайдалану барысына байланысты. МПРЗ осы жақтарын қарастырамыз.

 

4.3           Бөгеттің байланыс желілеріне кіруі

 

Қалыпты жағдайда, қорғаныс құрылғысының кіріс бөлімі 4.1 суретте көрсетілгендей орындалады. Сонымен қатар Ес жұмыс сигналы потенциалдар айырымы немесе ток түрінде екі сымдық желі арқылы беріледі. Әдетте, Т аралық трансформаторы кіріс қабылдауыш элемент құрылғысы болып саналады. Жоғарыда қарастырылғандай трансформатор бір уақытта әкелінген сигналды түрлендіруде ішкі және сыртқы тұйықталудағы   гальваникалық бөліністі қамтамасыз етеді.

4.1 Сурет - Релелік қорғанысының шығыстық тракті

 

Бөгеттер байланыс желі сымдарын араларында да (дифференциалдық немесе ендік түрдегі Епд бөгеттер) немесе басқа кез келген сымдар араларымен жерде де болады. (синфаздық  немесе көлденең Епс бөгеттер).

Бір қарағанда, синфазды помехтер дифференциалдық қабылдағыштарға зияны жоқ сияқты. Бірақ бұл олай емес. Құрылғының ішіндегі паразиті Сп сыйымдылық байланыстар арқылы ішке ене келе бұл помехтер артынан жұмыс сигналына қосылып кетеді. Ал олар синфазды болып және нөлдік потенциалдағы жалпы шина арқылы беріледі. Сондықтан аппарат құрастырушылар Т аралық трансформаторының бірінші орамасымен ішкі сұлба құрылысының элементтері паразитті байланыс сыйымдылықты максималды төмендету үшін шаралар қолданылады.

 Егер бөгет көзін алып тастау мүмкін болмаса, байланыс желісін сол помеха көзінен  максималды шектеу ең тиімді тәсіл болып табылады. Ол үшін байланыс желісіне бөгет қалай түсетінін білу қажет.

Бір электрлік тізбектен екінші электрлік тізбекке бөгеттің өтуін гальваникалық, электростатикалық және индуктивтілік жолдары бар деп қабылдаған.

Гальваникалық байланыс – бұл бөгет көзі орналасқан жердегі тізбекпен пайдалы сигнал қабылдағыш тізбек арасындағы тікелей байланыс. Көп жағдайда қарастырылған тізбектегі жалпы өткізгіш бар болған кезде осы жолды қолданады. Көбінесе кез келген нүктеде «жерлеу» потенциалы нөлге тең деп алады, бірақ олай емес. 4.2 а суретіндегі қарқынды және жай ағатын тізбектің бірлескен жұмысын қарастырайық.

4.2 Сурет - тізбектердің тікелей байланысындағы бөгеттердің өтуі

Бұл жағдайда жерлеу жүйесі Ес сигнал көзінің У1 және У2 құрылғысына ақпаратты беретін тізбек өткізгіші болып табылады. Сонымен қатар жерлеу жүйесі қарқынды ағатын кері сым тізбегі ретінде қолданылады.

Егер нөлдік потенциалды шина бір мезгілде қуаты бойынша айырмашылығы бар электрлік тізбектерде қолданылса, онда бұл жағдай көбінесе ішкі сұлбадағы аппаратураларға  тән. Бірақ  кез келген басқа жай ағатын жүйеде жалпы сым арқылы сигнал таратқанда осындай жағдайлар туындайды.

Қуатты сигнал көздері жерден ағатын үлкен ток тудырады. Мысалы, бұл жағдай электро пісіру жұмыстарын өткізгенде немесе эффективті жерленген нейтралды жүйеде жерге тұйықталғанда байқалады. Жай ағатын тізбектегі бөгеттердің кернеуі мынаған тең , мұндағы Zз - жер арқылы тізбек кедергісі.

Осы тектес бөгеттердің деңгейін төмендетуге тек қана шинаның жерге қосқыштарының қимасын өсіру пайда алып келеді. Шина кедергісінің индуктивті сипаты шыға бастағанда, жалпы шинаның қимасын өсіру тиімсіз болып қалуы мүмкін. Мәселенің ең үлкен шешімі жай ағатын тізбектерді жерлеу бір нүктеде жүргізу болып табылады (4.2 б сурет).

Электрлік тізбектің электростатикалық (сыйымдылықтық) байланысы. Осындай тізбектегі өткізгіштердің элетрлік өрісін өндіруі және қабылдауы, сұлба контурындағы үлкен кедергідегі паразиттік байланысы болып табылады. Осындай тізбектегі бөгеттерді қиылысу бөгеттері деп атайды. Әртүрлі тізбектегі өткізгіштердің жақын орналасуы келеңсіз оқиғаларға алып келеді.

4.3 Сурет - Сыйымдылық байланыстарына кіретін кедергілер сұлбасы

 

Қабылдағыштың кірісіндегі кернеу кедергісі Uн тоқтар айырмасымен анықталады Ен көзінің кедергісін  осы екі тізбектің сымдарының қиылысатын сыйымдылық байланысы тудырады. Қабылдағыштың кірісіндегі кедергісі (Rвх) Rвх

UII   = (IIII  -III2) Rвх = EIIRвх / [Rвх + k (1/1C)],

k (1/1C) – қосынды, сиымдылық сымдар айырмасына тәуелді.

Тоқтар айырмасы қарастырып отырған тізбектің өткізгіштер арасындағы ассиметриялы паразиттік сыйымдылығымен шарттандырылады.

Осы тектес кедергілермен тиімді күресу жолдары – сымдарды бұрау (ширату) және электростатикалық экрандарды қолдану. Бұрау сымдар арасындағы сыйымдылықты теңестіруге әсер етеді, 1С нөлге ұмтылуына, ал экрандау осындай сиымдылық байланысты азайтады. Осыдан шығатыны, каналдардың құрылуына байланыстыратын тал сымның әртүрлі кабельдерін пайдалануға аса қажет емес.

Индуктивті байланыс. Осы типті байланыс кіші кедергілі тізбектермен сипатталады. Жиі кездесетін индуктивті байланыс, үш фазалы тораптар  жерге тұйықталғанда көрініс береді. Фаза аралық  ҚТ  үш фазалық желінің сыртқы өрісі қатысты аз, себебі сымдардың жақын орналасуына және фазалық тоқтар қосындысы нөлге теңестірілуінің салдарынан. Жерге тұйықтау кезінде тоқтар ағынының үлкен геометриялық мөлшерінің контуры пайда болады.

Нейтралы тиімді жерленген тораптардың контурында үлкен тоқтар ағу салдарынан жақын жерде орналасқан электр тізбектерінде кедергілерді дәлдейді. Сыйымдылық байланыс тізбегіндей, кедергінің дәлдеу шамасы өзара индукцияланған сымдардың айырмасының аз тоқталған тізбектің көп тоқталған контурдың қатынасымен анықталады.

Өте үлкен дәлденген кедергінің шамасы кіші кедергілі контурларда байқалады. Барлық электростатикалық байланыста қарастырылған шаралар, дәлденілуі индуктивті байланыс арқасындағы кедергілермен куресуде қолданылады.

4.4 Сурет - Жерге тұйықталу кезіндегі кедергілердің тууы

 

Көрініп отырғандай, кедергілер байланыс желілеріне әртүрлі жолдармен тиеді. Іс жүзінде бір уақытта паразиттік байланыстың барлық түрі көрінеді.

Кабельдік байланыста тиімді экрандау келесідей көрінеді. Металдық кабельдің қабыршығының экрандалу әрекеті, дәлденуші тоқтармен, өріс тудыруымен, ол тудыратын сыртқы өрістің теңгерілуімен түсіндіріледі.

Тиімді экрандау үшін экранның қабырғаларының қалыңдығы толқын ұзындығының электромагниттік өрісіндегі экранның затына шамалас болуы керек. Мысал, өндірістік жиіліктегі f = 50 Гц мыстық экранның тиімді тек қана егер қабырғаның қалындығы 6 см, ал темір қалындығы 4,5 мм; ал жиілігі 500 Гц-те мыстық экран үшін оның мөлшері 0,6 мм, ал темірге – 0,05 мм.

Ферромагниттің артықшылығына қарамастан, іс жүзінде жақсы өткізгіш материалдан жасалған экрандар қолданылады, өиткені ферромагниттік заттың магнит өтімділігі сыртқы өрістің кернеуіне тәуелді.

Магнит емес материалдан жасалған кабельді экрандар аса тиімді электростатикалық және жоғары жиілікті электромагниттік өрістерден қорғағанда. Төменгі жиілікті электромагниттік өрістерден қорғағанда қалың қабырғалы ферромагниттік экран қажет, бірақ іс жүзінде ұзақ берілу трактарда қолдану мүмкін емес.

Айтылған осы өрістерден кабельдердің тал сымдарын бұрау арқылы қорғанамыз, ол өз кезегінде контурдың ауданын азайтады, қалыптасатын тал сымдарды, қиылысатын сыйымдылықты және өзара индуктивті сымдарды теңестіреді. Бірақ өте жиі кездесетін кедергілер найзағайлық және коммутациялық асқын кернеулер болып табылады, өз кезегінде қысқа уақытты импульсті және ВЧ – тербелістер тудырады, негізгі энергиясы жоғарғы жиілікте жинақталғандықтан, магнитті экрандардың қолдануымен анықталады.

Экрандардың тиімді әрекеті тек жиілікті спекрлі кедергісіне ғана тәуелді емес, жерлендіру сұлбасына ,тал сымды кабельдің экранның ішіне орналасуына да тәуелді. 4.5 суретте әртүрлі сигнал көздерінің Ес қабылдағышымен (жүктелуі Rн) қосылуы және кедергі азайту коэфициенттері көрсетілген. Бастапқы шарт ретінде қарапайым кабельде бар бір сигналды сым таңдалған. Төмендеу дәрежесін көздеуі басқа сұдбаларда, жұмыс сигналдық контурдың ауданын тиімді азайтуымен шарттандырылған.Сол себептен өлшенетін тізбектерде өткізгіш ретінде тал сымдарды қолданамыз, бір контрольді кабелдерге жататын, міндетті түрде әртүрлі тал сымды кабельді қолданбаймыз. Жерлендірілмеген көздерінде немесе жүктемеде қажетті сигнал кері сыммен немесе экранның кабельімен таралады, ол өз кезегінде тиімді контурдың ауданын азайтады, сол себептен тағы да кедергінің шамасын азайтады.

Егер экран тоғы жұмыстық сигналды бұзса, онда экранды бір нүктеге жерлендіру керек: көзіндегі сәулелену кедергісін және жүктемедегі қабылдау кедергісін шамаларының азайтылуы. Жоғарғы жиіліктегі экранды кабельдері сигналдарды аяғында жерлендіреді, тағы да 2l сайын (l - әр өрістің толқын ұзындығы) ұзындығы бойынша.

4.5 Сурет - Әртүрлі экрандардың эффективтілігі

 

Атап өткен жөн, байланыс желілерін орнатқанда жақсы жерленген өткізгіштердің жанында экрандалған емес контрольді кабель, өз кезегін дәлдеу кедергісінің шамасының азаюына алып келеді.

Энергетикадағы қауіпсіздік талаптары мен нормаларын экран кабельдерін жерлегенде талап етеді. Іс жүзіндегі қорғаудан ұсынылуы электр станцияларындағы екіншілік тізбектеріндегі және қосалқы станцияларын импульстік кедергі әрекетінен қорғау әдістемелік нұсқауларда келтірілген.

Қроғаныстық жүйедегі электромеханикалық реле базасында экрандалған кабельдер қолданылмайды. Кедергі қорғаныстыққа жетуі жоғарғы деңгейлі сигналдар арқасында іс жүзіндегі эксплуатацияда анықталған.

Сандық релелер ерекше сезімтал болмаса немесе дәстүрлі емес қорғау принциптеріне негізделмеген болмаса, онда сыртқы электромагниттік өрістерден байланыс желілерін қорғауға ерекше талап қойылмауы тиіс.

Бұл ұсыныстар сәйкес фирмалардың электромагниттік әсерден қорғау құрылғыларында көрсетілген.

Бірақ жоғарғы дәрежелі электромагниттік кедергілер бар жағдайда және жерлендіру нашар контурларда экрандалған кабельді қолдануы тиімді болуы мүмкін.

4.4 Аппаратураны бақылау

 

Барлық әртүрлі тізбектің арасындағы паразиттік байланысты іс жүзінде қадағалау мүмкін емес, жалғыз критерийі бойынша аппаратуралардың кедергіқорғаныстығы тек қана оның ішкі сынағы болуы керек. Сондай – ақ барлық сынақтар. Барлық жасап шығарушының құрылғыларын салыстыру үшін,бір норма боынша өтуі керек.

Өлшегіш релелер және қорғаныстық құрылғыларды сынақтағанда бүкіл дүниежүзінде Халықаралық электротехникалық комиссиясының (ХЭК) ұсынысын ұстанады. ХЭК үсыныстары бойынша кедергіге төтеп беруі ХЭК 255-22-1, ХЭК 255-22-2, ХЭК 255-25-4 нормаларында келтірілген. Кедергіге төтеп беруі ХЭК 255-22-5 нормасы бойынша «Изоляцияның  диэлектрлік беріктігіне сынақ» бойынша тексеріледі. ХЭК ұсыныстары мен нормалары ұлттық стандарттар негізінде жатыр.

Айта кеткен жөн, жасап шығарушының шығаратын аппарутурасын әртүрлі мінездемесін растау тек қана құрамында сынақ құрылғылары бар тәуелсіз сертификацияланған орталық бере алады. Сонымен қатар көптеген орталықтар белгілі түрдегі сынақтарға мамандандырылған. Европа елдерінде KEMA – IEV сертификациялаушы орган кең таралған.

4.6 Сурет - Тест берілуінің аппаратураға әсері

 

ХЭК нормаларына сәйкес сынақ кезінде тесттік әсерлер  құрылғының кез келген тәуелсіз кірістерінің арасына және әр кіріс және жер арасында жүктеледі. Бір кіріске жататын барлық қысқыштар қысқартылады. Сынақ әдістемесі және сигнал көзінің параметлері  ХЭК нормаларында жете айтылған. Кейінірек біз реленің кедерг іқорғаныстық тексеріс бөлімінің тек маңызды қарастырамыз.

Жоғарғы жиілікті кедергілерге сынақ (ХЭК 255-22-1). Ұсынылатын тесттік әсер коммутациялық пайда болған кедергілерге еліктейді. Жоғарғы жиілікті өшетін толқындар қорабы электр жүйелерінде желіні қосып сөндіру және бір фазалы тұйықталу кезінде пайда болады. Жүйеде тудырылатын толқындар жиілігі бір герцтен ондаған және жүздеген герцке дейін өзгереді. Барлығы таратылған индуктивтіліктер мен желінің сыйымдылығының қатынасына тәуелді. Нақты толқындар сынақ әсерінен алынған олардың параметрлері 47. суретте келтірілген.

 

 

4.7 Сурет - Жоғары жиілікті тесттік әсер

 

Электростатикалық разрядқа сынау (МЭК 255-22-2). Сонымен сынақ ішкі электростатикалық заряд құрылғысына не ауа аралығы, не түйіспе арқылы тасымалданады. Заряд мөлщері (ХЭК) регламенттелген.

Қысқа мерзімді импульстермен сынау  (МЭК 255-22-4). Тесттілік әсердің осы түрі сондай-ақ тәжірибеден таңдалынған. Импульстар 4.8 суретінде келтірілгендей, тал сым бақылау кабельдері туралы найзағай разряды дүмпуі арқылы іске асады. Найзағай импульсі үшін шұғыл фронт және баяу құлау сипатына байланысты. Бірақ, тестілік импульстер құлауында кесік бар, найзағай асқын кернеуінен қорғайтын разрядник жұмысына еліктейді. Әдетте үш импульсті әртүрлі полярлықта 5 с интервалы арқылы беріледі.

 4.8 Сурет - Атмосфералық асқын кернеуліктің имитациясы

 

Оқшауламаның электр беріктігіне сынау. Сынақ кезінде 2 кВ өндірістік жиіліктегі кернеу қолданылады, ол құрылғыға 1 мин. көлемінде беріледі. Бұл сынақ құрылғыны қолданудағы қауіпсіздікке нақты кепілдік береді, кедергіге төтеп беру қабілетін тексермейді. Тәжірибе жүзінде құрылғыларды бұл сынақ арқылы дұрыс жалғанбаған жағдайда тексереді, потенциалдардың аралас тізбектерден тасымалдануы және т.б. Солайша бұл сынақ құрылғының кедергіге төтеп беру қабілетін сипаттайды.

 

5 Микропроцессорлық релелерді ТП АБЖ терминалы ретінде қолдану

 

Бүгінгі күні РҚ-ның сандық құрылғылары технологиялық процестердің автоматтық басқару жүйесінің айнымас бөлігі болып табылады  (ТП АБЖ).

 

5.1 Сурет Ақпаратты дисплейге шығару

 

ТП АБЖ негізгі функциясы технологиялық процестерді бейнелеу болып табылады (мнемосұлбаларды, апатты жағдай хабарлау шараларында және т.б.), есеп беруді жүргізу оператор және ол басқаратын процесс арасында байланыс орнату. ТП АБЖ нақты уақыт жүйесі болып табылады және қазіргі уақытта жеке және мамандандырылған құрылғылар негізіне құралады. Олар арқылы ақпарат датчигімен байланыс құрылады, алынатын ақпаратты өңдеу және оны ыңғайлы түрде диспечерлік басқаруға тапсыру.

ТП АБЖ көзқарасы бойынша РҚ сандық құрылғылары толық құрылғы, яғни терминал болып табылады. Сондықтан РҚ сандық құрылғыларын релелік терминал деп атайды.

ТП АБЖ бағдарламалық қамтамасыз ету үздіксіз дамуда. ТП АБЖ-ның іскерлік бағдарламалары қарапайым бағдарламалау тілін қолдана отырып, дайын кітапханалық функциялардан құралады. Мысалы, ЖЭЕМ-нің жұмыс терезесін құру бірнеше бөліктерден тұрады:

-    жұмыс терезесінің статикалық бейнесін құру;

-    жұмыс терезесінің динамикалық объекттерін қалыптастыру;

-    ақпарат өңдеу: есептеуді қалыптастыру, трендтерді қалыптастыру және т.б.

Тренд – бұл процесс параметрлеріне уақыт бойынша өзгеруін графикалық түрде бейнелеу. Бұл процесті жете қарастырамыз.

Жұмыс терезесінің статикалық бейнесі фон (объектінің мнемосұлбасы), өзгермейтін жазулар және т.б. Статикалық бейнені құру сыртқы графикалық редакторлар қолданады, мысалы  Paint Brush сосын дайын бейне жалпы бағдарламалық пакетке жіберіледі.

Динамикалық объектілер мамандандырылған графикалық редакторлар көмегімен құрылады және кітапханалық принцип негізінде құрылған редакторлар құрылады. Динамикалық объектінің сыртқы түрі бейнеленетін объектінің нақты жағдайына тәуелді өзгереді. Мысалы, ажыратқыш өрісінде ажыратылған немесе ажыратылмаған түйіспелердің бейнелері тұрғызылады. Динамикалық объектілерге логикалық аттар беріледі, олар сол аттар бойынша басқару алгаритмде белгіленеді. Типтік бағдарлама пакеттерін қолдану арқылы АБЖ жобалаушысы ЖЭЕМ-нің сұрақтарына жауап беру арқылы динамикалық объектілердің логикалық аттарын нақты бірінші реттік ақпаратты енгізу-шығару құрылғыларымен байлайды (реле, терминал және т.б.).

Басқару алгоритмдерін сипаттау үшін логикалық функциялар кітапханасын қолдана отырып, мамандырылған тілдерді қолдану (ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ типтері және т.б.) немесе жоғары дәрежелі қарапайым тілдер, мысалы, BASIC.

ТП АБЖ-ның бағдарламалық қамтамасыз ету кітапханасы типтік функциялар жинағын асырады:

-    атқару органдары (ажыратқыш, айырғыш және т.б.);

-    процесс параметрлерін бейнелейтін экран элементтері (сандық немесе аналогты индикаторлар және таблолар түрінде);

-    оқиғалар және апаттар архивін құру және жүргізу мүмкіндігі және де процесс параметрлерін уақыт бөліктері арқылы іздестіру;

-    операторға ақпаратты ыңғайлы түрде беру, мысалы гистограмма және уақыт графигі түрінде;

-    жүйеге пароль қолдану арқылы рұқсатсыз енуден қорғау шаралары және т.б.

Көптеген фирмалар ТП АБЖ-ға арналған бағдармаларды шығаруға маманданған. Ресейде электроэнергетика саласында «АББ Реле – Чебоксары» біріккен мекеменің өнімі белгілі. Бұл мекеме «ABB», фирмасының зерттеулеріне сүйене отырып, электр жүйелерінің автоматтандыру мәселелерін шешетін кешенді шешімдер тапқан. «АББ Реле – Чебоксары» РҚ сандық құрылғыларын ұсынады, олар терминал ретінде, мамандандырылған ақпарат жинау және тасымалдау құрылғылары және ТП АБЖ үшін бағдарламалық қамтамасыз етуді ұсынады.

Өндірісті автоматтандыру және электрэнергиясын таратуда ең үздік шешімдерді MicroSCADA береді. MicroSCADA нақты уақыт жүйесі болып табылады. Бұл жүйе IBM мен үйлесімді ЭЕМ негізінде құрылады. Бағдарламалық қамтамасыз етудің соңғы нұсқасы Windows NT операциондық жүйесімен басқарылу үшін шығарылған. Бағдарламалау процесі максималды түрде қолданушыға жақындатылған.

MicroSCADA типті әмбебап бағдарламалық пакетімен қатар «АББ Реле – Чебоксары» технологиялық процестерді автоматтандыру үшін минималды шығынды қамтамасыз ететін дайын типтік шешімдерді ұсынады.

SCS (Substation Control System) – бұл тарататын және тасымалдайтын желілерді басқару жүйесі. Бұл негізі бойынша электрлік қосалқы станцияларды автоматтандыруға арналған MicroSCADA – ның типтік шешімі;

SMS (Station Monitoring System) – SPACOM, REL, RET, REF сериялы релелерімен сандық терминалдарды ақпаратты өңдеп және жаза алатын бақылау жүйесі. 

 

Мазмұны 

Алғысөз…………………………………………………………………………....3

1  Электр қондырғысының телемеханизациясы ……………..............................4

1.1 Телемеханикалық құрылғылардың тағайындалуы және түрлері…......…...4

1.2 Сигналдарды кодтау…………………………………………………….........5

1.3 ТУ-ТС жүйесі ….........………………………………………….......................8

1.4 ТИ жүйесі.....……………………………………………………………….....10

2. Релелік қорғаныстың сандық жабдықтары..…………….................................13

2.1 Сандық қорғаныс қондырғысының құрылымдық сұлбасы.....……….........13

2.2 Микро ЭВМ құрылғысы ….............……………………………………….....15

2.3 Аналогтық сигналдардың кіріс түрлендіргіштері...........................................17

2.4 Аналогты-сандық түрлендіргіштің арнасы ……………….………...……...19

2.5 Дискретті сигналдың кіріс түрлендіргіштері ………………........….............21

2.6 Шығыс релелік түрлендіргіштер..……………………………........................22

2.7 Сандық релелердегі мағлұматтың бейнелену шаралары...............................23

2.8 Жергілікті басқару релесінің органдары……………......................................24

2.9 Сандық қондырғыларда ақпаратты сақтау .........................…….....….….......25

2.10 Қоректендіру блогы …...................………………………..............................27

2.11 Сандық құрылғылардың интерфейсі ……………..…....…….......................28

2.12 Байланыстың өткізгіш каналдары …..……………………….....………….30

2.13 Оптикалы-талшықты каналдар …......……………………............................33

3 Негізгі мінездемелер және микропроцессорлық реледе мәліметті өңдеу…………………..............................................................................................36

3.1 Микропоцессорлық релелердің негізгі мінездемелері....…….....…….........36

3.2 Микропроцессорлық релелердің меншікті істеу уақыты …....………..…...36

3.3 Сандық релелерде сигналдардың фильтрациясы ..…….................................37

3.4 Симметриялы құраушылардың фильтрлері.………....…………….....…......39

3.5 Ток трансформаторының қанығу кезіндегі реле жұмысы..............................41

3.6 Цифрлік реле арқылы асқын жүктемеден қорғаныс ……….....….......…….42

3.7 Ток үзіндісінің іске қосу режимінің қалануы …………….............….....…...47

4 Микропроцессорлы қорғаныс құрылғысының пайдаланудың ерекшелігі.......…………............................................................................................50

4.1 Микропроцесорлық реленің сенімділік функциясы ………...…….....…......50

4.2 Микропроцессорлы реленің бөгеттен қорғаныштылығы……….....….........50

4.3 Микропроцессорлық релелердің бөгет қорғанысы ……………...........…....52

4.4 Аппаратураны бақылау ......………………………….......................................58

5 Микропроцессорлық релелерді ТП АБЖ терминалы ретінде қолдану...................60

  

Әдебиеттер тізімі

 

1.    Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения: Учебник. – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк., 1985. – 391 с.

2.    Кривенков В.В., Новелла В.Н., Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебн.пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 328с.

3.    Шмурьев В.Я. Цифровые реле защиты. – М.: НТФ «Энергопрогресс». Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 1(4) 1999., - 54 с.