L'interfaccia di misurazione del valore effettivo CA UNS 0862 è un dispositivo di acquisizione del segnale front-end fondamentale nei sistemi di eccitazione della serie ABB UNITROL® F. La sua missione principale è acquisire in modo accurato e sicuro i parametri di stato operativo delle macchine sincrone, ovvero la tensione della macchina trifase e la corrente monofase, e convertirli in segnali standardizzati a bassa tensione che possono essere elaborati dal successivo sistema di controllo elettronico.
In un sistema di eccitazione, il regolatore automatico di tensione (AVR) richiede un accesso preciso e in tempo reale alla tensione del terminale del generatore e alla corrente di carico per prendere decisioni di controllo corrette, mantenere la stabilità della tensione di rete e distribuire ragionevolmente la potenza reattiva. L'UNS 0862 è il collegamento chiave che abilita questa funzione di 'rilevamento'. Essendo il punto di partenza della catena del segnale, la sua precisione e affidabilità di misurazione influiscono direttamente sul funzionamento stabile dell'intero sistema di eccitazione e persino del generatore e della rete elettrica.
Questo modulo è progettato come scheda scheda autonoma ed è strettamente collegato all'interfaccia I/O UNS 0863 tramite cavi piatti prefabbricati, che insieme formano un'interfaccia standardizzata ad alta impedenza tra il sistema di eccitazione e i trasformatori di tensione e corrente esterni.
2. Caratteristiche principali
La funzionalità dell'UNS 0862 è altamente specializzata, incarnata principalmente nei seguenti due aspetti:
2.1. Misura della tensione della macchina trifase
Numero di canali: 3 fasi (UR, US, UT).
Isolamento galvanico: ottenuto tramite due trasformatori di misurazione interni dedicati (collegati con connessione a V), che forniscono un isolamento galvanico completo tra il lato ad alta tensione (secondario del trasformatore) e il lato a bassa tensione (elettronica del sistema di controllo). Si tratta di una misura di sicurezza fondamentale, che impedisce alle alte tensioni provenienti dal sistema di alimentazione di entrare nei circuiti di controllo a bassa tensione, che potrebbero danneggiare costose apparecchiature di controllo e mettere in pericolo il personale.
Trasformazione del segnale: riduce con precisione le tensioni secondarie standard dei trasformatori di tensione (TV) (tipicamente 100 V, 110 V o 120 V) a un livello sicuro adatto per i circuiti elettronici: 5 V CA RMS.
Elevata linearità: mantiene eccellenti caratteristiche lineari fino al 130% del valore nominale, con una capacità di sovraccarico istantanea del 150%, garantendo segnali non distorti anche durante i transitori del sistema.
2.2. Misurazione della corrente di macchine monofase
Numero di canali: 1 fase (tipicamente misurazione della corrente IR di fase R).
Isolamento galvanico: ottenuto analogamente tramite un trasformatore di misurazione della corrente dedicato.
Trasformazione e conversione del segnale: converte la corrente secondaria standard dai trasformatori di corrente (CT) (1 A o 5 A) in un segnale di tensione proporzionale. Nella configurazione standard, la corrente nominale di ingresso corrisponde ad una tensione di uscita di 3 V AC RMS. Ciò si ottiene collegando un resistore di carico di precisione sul secondario del trasformatore.
2.3. Distribuzione e interfaccia del segnale
3. Principio di funzionamento e meccanismo di elaborazione del segnale
Il principio di funzionamento dell'UNS 0862 si basa sull'induzione elettromagnetica classica e sulla legge di Ohm. Il flusso interno di elaborazione del segnale è chiaro e preciso. Le sezioni seguenti approfondiscono il suo meccanismo operativo.
3.1. Principio di misurazione della tensione della macchina
UN. Ingresso e isolamento:
le tensioni secondarie trifase provenienti dai trasformatori di tensione dei terminali della macchina (ad esempio, 110 V CA) sono collegate ai terminali di ingresso dell'UNS 0862. Queste tensioni trifase vengono immediatamente immesse in due trasformatori di misurazione ad alta precisione appositamente progettati. Questo metodo di connessione a V (o connessione 'open-delta') misura efficacemente le tensioni trifase utilizzando il numero minimo di componenti.
B. Trasformazione del rapporto:
il rapporto di trasformazione di questi trasformatori è attentamente progettato. Ad esempio, con un ingresso primario di 110 V, il secondario emetterà esattamente 5 V. Questo processo raggiunge due obiettivi fondamentali:
Conversione del livello di tensione: riduce il segnale ad alta tensione in un segnale sicuro a bassa tensione.
Isolamento galvanico: stabilisce una barriera di sicurezza, isolando la terra del sistema di controllo dalla terra del sistema di alimentazione, sopprimendo efficacemente le interferenze del circuito di terra e il rumore di modo comune.
C. Comando di uscita:
i segnali trasformati a bassa tensione (UR, US, UT, ciascuno 5 V RMS) vengono inviati direttamente ai connettori di uscita X11 e X12. Questi segnali sono segnali CA non rettificati, che preservano le informazioni sulla fase e sulla frequenza della tensione, fondamentali per i successivi calcoli di frequenza, potenza attiva e potenza reattiva nel dispositivo di elaborazione del segnale UNS 1860.
3.2. Principio di misurazione della corrente della macchina
UN. Ingresso e isolamento:
la corrente secondaria proveniente dal trasformatore di corrente (1 A o 5 A) fluisce nel canale di misurazione della corrente dell'UNS 0862. Questa corrente passa attraverso il lato primario di un trasformatore di misurazione della corrente ad alta precisione.
B. Conversione corrente-tensione:
questo è il passaggio chiave nella misurazione della corrente. Una rete di carico di precisione, costituita da un resistore fisso R1001 (impostato in fabbrica su 330 Ω) e un resistore parallelo da 3,3 kΩ saldato in modo permanente, è collegata al secondario del trasformatore. Secondo la legge di Ohm (V = I × R), la corrente che scorre attraverso questo resistore di carico produce una caduta di tensione proporzionale.
Calcolo del carico totale: nella configurazione standard, la resistenza del carico totale R_carico = 1 / (1/3300 + 1/330) ≈ 300Ω.
Uscita nominale: l'obiettivo di progettazione è che la corrente di ingresso nominale (1 A o 5 A) produca una tensione di 3 V CA RMS attraverso il resistore di carico. Ciò significa che il rapporto spire del trasformatore e la resistenza di carico sono co-progettati. Ad esempio, per un ingresso da 5 A, il trasformatore potrebbe avere un rapporto più elevato, risultando in una corrente secondaria più piccola che produce comunque 3 V attraverso il carico di 300 Ω.
C. Flessibilità di uscita e configurazione:
il segnale di tensione 3V RMS risultante viene inviato ai connettori di uscita. Questo design consente l'adattamento a diversi scenari applicativi o requisiti di ampiezza del segnale personalizzati sostituendo o regolando il resistore di carico R1001, offrendo una buona flessibilità ingegneristica.
3.3. Progettazione di precisione e affidabilità
Linearità: tutti i trasformatori utilizzano nuclei e tecniche di avvolgimento di alta qualità per garantire una buona linearità in un ampio intervallo dallo zero al 150% del valore nominale, prevenendo la distorsione del segnale.
Basso consumo energetico: ciascun canale di tensione consuma meno di 0,5 VA e anche il canale di corrente consuma meno di 0,5 VA. Ciò riduce il carico sui trasformatori di tensione e corrente, contribuendo a mantenere un'elevata precisione per l'intero sistema di misurazione.
Affidabilità della connessione: il lato di ingresso utilizza terminali a doppio morsetto a molla da 4 mm², consentendo il collegamento di due conduttori (filo o trefolo), garantendo connessioni sicure e affidabili, il che è particolarmente importante per prevenire circuiti aperti nei circuiti di corrente.
4. Integrazione e configurazione del sistema
4.1. Installazione meccanica ed elettrica
Il modulo è fissato in posizione tramite bulloni di montaggio.
I segnali di ingresso di tensione e corrente sono collegati tramite terminali a doppio morsetto a molla da 4 mm², fornendo connessioni robuste adatte per ambienti di applicazioni di alimentazione.
4.2. Collegamento ad altre parti del sistema
A UNS 0863: collegato utilizzando un cavo piatto a 10 pin (fornito con UNS 0862, ad esempio, tipo HIEE 405181 P1) alle porte X11 e/o X12 dell'interfaccia I/O UNS 0863.
Percorso del segnale: i segnali di tensione e corrente acquisiti vengono inoltrati tramite UNS 0863 al dispositivo di elaborazione del segnale UNS 1860, dove vengono sottoposti a ulteriore elaborazione come rettifica, filtraggio e calcolo (ad esempio potenza, frequenza), infine per essere utilizzati dal microprocessore sulla scheda di controllo SDCS-CON-2.
4.3. Configurazione e regolazione
Regolazione della resistenza di carico: sebbene R1001 sia impostato su 330Ω in fabbrica, può essere sostituito se necessario per modificare la sensibilità di misurazione della corrente o adattarsi a TA speciali, in base alla formula V_out = I_primario * (Resistenza totale della rete di carico). La resistenza sostitutiva deve essere conforme allo standard ABB XN 400323 e non deve superare una dissipazione di potenza massima di 0,33 W.
Configurazione del sistema a doppio canale: nei sistemi AFT a doppio canale che richiedono la massima affidabilità, se sono equipaggiati due set indipendenti di trasformatori di tensione e corrente della macchina, sono necessari due dispositivi UNS 0862. L'X11 di un dispositivo si collega all'X11 (canale I) di UNS 0863 e l'X11 (o X12) dell'altro dispositivo si collega all'X12 (canale II) di UNS 0863. In questo caso il ponticello TWIN dell'UNS 0863 deve essere impostato su 'Y' per informare il sistema della presenza di due sorgenti di misura indipendenti.
5. Scenari applicativi
L'UNS 0862 è un componente standard del sistema di eccitazione UNITROL® F, ampiamente utilizzato in tutte le applicazioni che impiegano questa serie:
Grandi centrali termiche: per monitorare la tensione e la corrente dei terminali dei turbogeneratori, fornendo segnali di feedback principali per l'AVR.
Centrali idroelettriche: per il controllo dell'eccitazione degli idrogeneratori, adattandosi a cambiamenti potenzialmente più frequenti delle condizioni operative.
Azionamenti industriali e motori sincroni di grandi dimensioni: in applicazioni di azionamento come compressori e pompe, garantendo un funzionamento stabile del motore e la correzione del fattore di potenza.
Sistemi di alimentazione marini: fornitura di misurazioni affidabili per il controllo dell'eccitazione dei generatori marini.
Qualsiasi sistema di generazione di energia connesso alla rete o in isola con requisiti elevati di stabilità della rete.
