Dispositivos de proteção de relé baseados em microprocessador: visão geral das possibilidades e questões controversas

Cerca de 15 anos atrás, novos equipamentos de proteção de equipamentos de energia usando tecnologia de computador baseada em processador começaram a ser amplamente introduzidos na indústria de energia. Ele passou a ser chamado de termo abreviado MPD - dispositivos de proteção de relé baseados em microprocessador.

Eles executam as funções de dispositivos comuns para proteção e automação de relés com base em uma nova base de elementos - microcontroladores (elementos microprocessadores).

Vantagens dos dispositivos de proteção do relé do microprocessador

A rejeição de relés eletromecânicos e estáticos, que possuem dimensões significativas, possibilitou uma colocação mais compacta dos equipamentos em painéis de proteção de relés e automáticos. Esses designs começaram a ocupar muito menos espaço. Ao mesmo tempo, o controle usando botões de toque e a tela tornaram-se mais visuais e convenientes.

A vista externa do painel, incluindo a proteção do relé do microprocessador, é mostrada na figura.Agora, a introdução do MPD se tornou uma das principais direções no desenvolvimento de dispositivos de proteção de relé. Isso é facilitado pelo fato de que, além da tarefa principal de proteção e automação do relé - a eliminação dos modos de emergência, as novas tecnologias permitem a implementação de várias funções adicionais.

Eles incluem:

• registro de condições de emergência;

• prever a desconexão de usuários síncronos em caso de violação da estabilidade do sistema;

• capacidade de encurtar longas distâncias.

A implementação de tais recursos com base na proteção eletromecânica de EMI e dispositivos analógicos não é realizada devido a dificuldades técnicas.

Os sistemas de proteção de relé baseados em microprocessador operam exatamente com os mesmos princípios de velocidade, seletividade, sensibilidade e confiabilidade que os dispositivos de proteção de relé convencionais.

Durante a operação, não apenas as vantagens, mas também as desvantagens de tais dispositivos foram reveladas e, segundo alguns indicadores, ainda existem disputas entre fabricantes e operadoras.

Painéis RZA equipados com proteção de microprocessador

desvantagens

Muitos compradores de dispositivos de proteção de relé baseados em microprocessador ficaram insatisfeitos com o desempenho desses sistemas devido a:

• Preço Alto;

• baixa manutenção.

Se, em caso de falha de dispositivos operando em semicondutores ou eletromecânicos, for suficiente substituir uma peça defeituosa individual, então, para proteção do microprocessador, muitas vezes é necessário substituir toda a placa-mãe, cujo custo pode ser um terço do custo de todo o equipamento.

Além disso, a substituição exigirá muito tempo procurando uma peça: a intercambialidade nesses dispositivos está completamente ausente, mesmo em muitos projetos do mesmo tipo do mesmo fabricante.

Os relés eletromecânicos operam com sucesso há mais de 35 anos

Questões polêmicas

1. Alta confiabilidade dos dispositivos de proteção do relé do microprocessador em comparação com a proteção eletromecânica

Fabricantes de dispositivos microprocessados ​​​​com publicidade enfatizam a ausência de partes móveis no sistema, o que está relacionado à exclusão de condições de desgaste mecânico. Também foram adicionados aqui os problemas de corrosão de metal e envelhecimento de isolamento em estruturas eletromecânicas e baseadas em semicondutores.

A experiência com a operação de proteção eletromecânica já é de cerca de um século e meio, e a maioria das empresas de energia na Rússia e nos parceiros da CEI trabalha com base nisso. Muitos relés têm sido alimentados por várias décadas, e o sistema desenvolvido de manutenção e operação permite que eles tenham garantia de uso por um longo período de tempo.

De fato, defeitos de isolamento e corrosão podem ocorrer em apenas dois casos:

• violação da tecnologia de produção;

• desvio das regras de operação e manutenção.

Se considerarmos a questão do desgaste mecânico das partes móveis, deve-se ter em mente que elas são acionadas apenas durante as verificações do pessoal realizadas após vários anos (consideradas desde o momento da operação) ou em acidentes que acontecem muito raramente.

Ao mesmo tempo em dispositivos de microprocessador para proteção de relé:

• a maioria dos componentes monitora constantemente o circuito elétrico e troca sinais entre si;

• os elementos das entradas elétricas são constantemente expostos a uma alta tensão de 220 volts, bem como a valores de impulso e pico de processos transitórios;

• as unidades de energia do circuito de pulso de alta velocidade operam sem desligamento com a liberação de calor e formam a principal parcela de falhas do MPD.

2. A confiabilidade do relé aumentou gradualmente de projetos eletromecânicos para projetos de semicondutores baseados em componentes discretos, depois para circuitos integrados e o mais alto entre os dispositivos de microprocessador

As estatísticas mostram maior confiabilidade dos relés eletromecânicos em comparação com análogos de semicondutores no uso diário. A imagem oposta é observada apenas quando os ciclos de comutação são aumentados para várias centenas de milhares ou milhões.

Os circuitos integrados empregam um número muito maior de elementos eletrônicos que são menos resistentes à sobretensão do que os relés de estado sólido. Isso é especialmente verdadeiro quando exposto a eletricidade estática e ruído eletromagnético, que estão constantemente presentes em equipamentos de alta tensão.

As estatísticas de falhas dos dispositivos de proteção do relé do microprocessador das empresas japonesas refutam o mito da mais alta confiabilidade da proteção do microprocessador. Além disso, isso não inclui "falhas de software", que muitas vezes não podem ser detectadas durante as inspeções, mas podem ocorrer a qualquer momento.

3. A confiabilidade dos dispositivos de proteção do relé do microprocessador é aprimorada pelo autodiagnóstico integrado

As defesas baseadas em microprocessador incluem:

• conversores analógico-digitais;

• memória (ROM — ROM + RAM — RAM);

• PROCESSADOR;

• fonte de energia;

• relés eletromagnéticos de saída;

• nós de entradas analógicas e digitais.

Composição dos blocos de proteção do relé do microprocessador

Todos esses componentes são cobertos de maneiras diferentes por algoritmos de autodiagnóstico e nem sempre são totalmente controlados.

A checagem interna tem como função sinalizar e bloquear a atuação do relé de proteção em caso de falha em seu circuito, e não na rede elétrica da concessionária. Portanto, não aumenta a confiabilidade do sistema de energia.

4. A confiabilidade dos dispositivos de proteção de relé baseados em microprocessador é maior porque seus componentes são mais resistentes ao envelhecimento físico

Com operação adequada, os relés de proteção eletromagnética introduzidos na URSS na década de 1970 ainda funcionam perfeitamente e mantiveram suas características técnicas.

Capacitores eletrolíticos até mesmo das melhores empresas do Japão, que fazem parte da proteção do relé, após 7 anos de operação na comutação de fontes de alimentação perdem suas propriedades, estanqueidade e criam vazamentos de eletrólitos que podem corroer os trilhos de cobre das placas de circuito.

Estatísticas de danos MPD de empresas japonesas

Os fabricantes de dispositivos microprocessados ​​perceberam o desejo de reduzir o tamanho dos componentes eletrônicos, criando modos com maior dissipação de calor que devem ser removidos do sistema de resfriamento, o que nem sempre é feito.

Dificuldade no trabalho

1. Compatibilidade eletromagnética

A microeletrônica moderna é muito sensível à radiação eletromagnética, e conjuntos de dispositivos de proteção de relé microprocessado são instalados em subestações operando em condições de aumento da intensidade do campo elétrico, exigindo proteção blindada confiável com dreno de potencial acumulado para a terra.

Em muitas subestações, a resistência do loop de terra não atende aos requisitos para a operação dos dispositivos de proteção do relé do microprocessador, o que implica em uma grande quantidade de trabalho de construção. Caso contrário, tais proteções podem levar à operação não autorizada em caso de distúrbios eletromagnéticos no sistema, que podem ser facilmente criados intencionalmente, como ataques de hackers contra software.

2. Tarefas a serem concluídas

A falha da proteção de um microprocessador leva a consequências mais graves para a eletricidade do que a falha da proteção eletromagnética, porque funcionalmente o dispositivo de proteção do relé do microprocessador executa as tarefas de proteção eletromagnética 3 ÷ 5.

3. Treinamento de pessoal

Um grande número de empresas no mundo com faturamento de mais de bilhões de dólares está envolvida na produção de dispositivos de microprocessador para proteção de relé. Somente na Rússia e nos países da CEI, mais de 10 empresas operam no mercado mundial.

Cada dispositivo de segurança é feito usando uma tecnologia única que exclui a intercambialidade de elementos e software. Descrições técnicas com instruções de uso são livros de várias páginas com várias centenas de folhas A4. É preciso muito tempo e conhecimento especializado prévio para estudá-los.

Quando chega um novo tipo de dispositivo de proteção de relé baseado em microprocessador, mesmo do mesmo fabricante, o processo de treinamento de pessoal deve ser reiniciado.

conclusões

Dispositivos de proteção de relé baseados em microprocessador são uma direção verdadeiramente progressiva no desenvolvimento da eletricidade.

A alta confiabilidade dos dispositivos microprocessados ​​para proteção do relé, anunciada pelos fabricantes, nem sempre corresponde à realidade.

O pessoal que atende qualquer unidade de proteção de microprocessador deve estar ciente de todos os pontos fracos de tais dispositivos e corrigir habilmente sua operação.

Já é hora de as agências governamentais abordarem os problemas de padronização e trazerem sistemas de proteção de relé baseados em microprocessadores para eles.

Gurevich VI Vulnerabilidades de relés de proteção de microprocessadores: problemas e soluções. — M.: Infraengenharia, 2014 — 248 p.: Il.