O 216EA61B é uma unidade de entrada analógica crítica dentro do sistema numérico de proteção de gerador ABB REG 216, servindo como ponte entre o sistema e os transformadores primários de corrente e tensão. Atua como o “órgão sensorial” do sistema de proteção, responsável por condicionar, isolar, digitalizar os sinais analógicos contínuos (alta corrente, alta tensão) do sistema de potência primário, e convertê-los em dados discretos que possam ser compreendidos e processados pelo processador digital. Sua precisão de conversão, estabilidade e desempenho em tempo real determinam diretamente a precisão de medições e julgamentos de todo o sistema de proteção, formando a base para garantir a operação confiável das funções de proteção.
Esta unidade emprega tecnologia de conversão analógico-digital de alto desempenho e circuitos de processamento de sinal de precisão, garantindo amostras de dados de alta qualidade mesmo no complexo ambiente eletromagnético dos sistemas de energia. Como fonte de dados chave no barramento paralelo B448C, o 216EA61B fornece a única base de dados para cálculos de proteção subsequentes, registro de perturbações, exibição de medições e outras funções. Seu desempenho impacta diretamente a confiabilidade de quase todas as principais funções de proteção, como proteção diferencial, proteção contra sobrecorrente e proteção de potência.
2. Funções principais
As funções principais do 216EA61B giram em torno da aquisição e digitalização de sinais analógicos, manifestadas especificamente nos seguintes aspectos:
1. Aquisição de sinal analógico multicanal
Capacidade de canal: Cada unidade 216EA61B fornece 24 canais de entrada analógica independentes. Estes 24 canais são alocados através de dois conectores padrão:
Compatibilidade de sinal: Projetado para receber sinais analógicos secundários de baixo nível da unidade transformadora de entrada 216GW61. Estes sinais já foram isolados e transformados pelo 216GW61, com amplitudes adequadas aos requisitos de entrada do 216EA61B (por exemplo, na faixa de ±40V), cobrindo todas as medições necessárias para sistemas de potência como correntes trifásicas, tensões trifásicas, corrente de sequência zero, tensão de sequência zero, tensões de sincronização, etc.
2. Conversão analógico-digital de alta precisão
Núcleo de conversão: A unidade integra um conversor analógico-digital (ADC) de 24 canais de alto desempenho, responsável por converter sinais analógicos contínuos em valores digitais discretos.
Faixa de conversão: Suporta uma ampla faixa de tensão de entrada de -40V a +40V, suficiente para cobrir amplitudes de sinal durante diversas operações normais e condições de falha.
Precisão e resolução de conversão: Utiliza um ADC de alta resolução, garantindo que até mesmo correntes de falha ou alterações de tensão mínimas possam ser detectadas com precisão, fornecendo suporte de dados para funções de proteção de alta sensibilidade (por exemplo, proteção diferencial). A precisão da conversão afeta diretamente a veracidade da medição e a operação precisa das configurações de proteção.
3. Pré-processamento de dados e amostragem sincronizada
Unidade de pré-processamento: A unidade contém um pré-processador dedicado que realiza o processamento preliminar nos dados de amostra brutos digitalizados, como validação, filtragem (suprimindo ruído de alta frequência) e formatação de dados.
Amostragem Sincronizada: Garante que a amostragem de todos os canais ocorra no mesmo instante. Isto é crucial para funções de proteção que dependem de relações de fase (por exemplo, diferencial, direção de potência, medição de impedância), evitando erros de fase e erros de cálculo causados por amostragem não sincronizada.
4. Comunicação de barramento paralelo
Interface de barramento: Como uma unidade ativa no barramento paralelo B448C, o 216EA61B é responsável por enviar periódica e rapidamente os dados de medição digital convertidos e pré-processados para o barramento.
Fornecimento de dados: É a única fonte de dados brutos de medição para a unidade de processamento 216VC62a. Os algoritmos de proteção dentro da unidade de processamento dependem inteiramente do fluxo de dados em tempo real fornecido pelo 216EA61B para cálculos e decisões.
5. Autoteste e monitoramento de status
Monitoramento Interno: A unidade possui capacidades abrangentes de automonitoramento, verificando continuamente seu status interno, incluindo:
Fonte de alimentação interna: Se a potência operacional de +5V está normal.
Tensão de Referência: Se a tensão de referência necessária para a conversão A/D está dentro da tolerância permitida.
Relógio Interno: Se o relógio de amostragem está funcionando corretamente.
Status da memória: se a RAM e a ROM estão funcionando corretamente.
Relatório de falhas: Ao detectar uma falha interna, ele reporta imediatamente ao sistema através do barramento e acende o indicador de alarme do painel frontal, garantindo que o sistema possa perceber prontamente o problema e tomar medidas de segurança como bloqueio.
3. Princípio de funcionamento
O princípio de funcionamento do 216EA61B é uma cadeia precisa e contínua de conversão de sinais físicos em informações digitais. Seu fluxo de trabalho detalhado é o seguinte:
1. Recepção de Sinal e Condicionamento Front-End
Fonte de entrada: Transformadores de corrente primários (TCs) e transformadores de tensão (TPs) reduzem as altas correntes e tensões do sistema para valores secundários padrão e gerenciáveis com segurança (por exemplo, 1A/5A, 100V/110V).
Isolamento primário e transformação: Esses sinais secundários são conectados primeiro à unidade transformadora de entrada 216GW61. O 216GW61 fornece isolamento elétrico e blindagem eletromagnética entre o lado primário e os componentes eletrônicos de proteção, um primeiro passo crítico para a segurança do equipamento e rejeição de ruído de modo comum. Também pode realizar escala de amplitude adicional para ajustar os níveis de sinal para aqueles mais adequados para o 216EA61B.
Transmissão por cabo: Os sinais analógicos de baixo nível processados pelo 216GW61 são transmitidos através de cabos padrão blindados para os conectores traseiros da unidade 216EA61B.
2. Processo de conversão analógico para digital
Roteamento de sinal: Ao entrar no 216EA61B, os 24 sinais analógicos são roteados para um conjunto de comutadores analógicos internos.
Sample-and-Hold: Durante cada ciclo de amostragem, controlado pelo relógio de precisão interno da unidade, os interruptores analógicos conectam sequencialmente cada sinal de canal ao circuito Sample-and-Hold (S/H). Este circuito 'congela' o valor do sinal analógico que muda instantaneamente, garantindo que a tensão sendo convertida permaneça constante durante o período de conversão A/D, evitando erros de conversão devido à variação do sinal. Este é um aspecto técnico fundamental para obter amostragem sincronizada multicanal.
Conversão A/D: A saída de tensão constante do circuito S/H é alimentada em um conversor analógico-digital (ADC) de alta precisão e alta velocidade. O ADC converte este valor de tensão analógica em um código digital binário correspondente. Este processo de conversão envolve quantização e codificação, cuja resolução e linearidade determinam se o resultado digital reflete com precisão o valor analógico original.
Buffer de dados: Os valores digitais convertidos são armazenados temporariamente em um buffer de dados dentro da unidade.
3. Processamento de dados e transmissão de ônibus
Pré-processamento: O coprocessador 80C186 integrado da unidade é ativado. Ele executa o processamento necessário nos dados brutos de saída do ADC, como:
Validação de dados: Garantindo a integridade dos dados.
Filtragem Digital: Aplicação de filtros de software para suavizar ainda mais os dados e suprimir interferências em bandas de frequência específicas.
Formatação de dados: Organizar os dados em um formato específico compatível com o protocolo de comunicação do barramento B448C e adicionar carimbos de data e hora, se necessário.
Arbitragem e transmissão do barramento: Os dados pré-processados são enviados ao circuito de interface do barramento. Esta interface inclui uma memória de porta dupla (DPM) de 64 kByte para troca de dados em alta velocidade com o barramento B448C. O 216EA61B atua como um dispositivo escravo no barramento, mas inicia uma solicitação de barramento quando precisa fazer upload de dados. Ao obter o controle do barramento, ele grava o último bloco de valores de medição para todos os canais no DPM, disponibilizando-o para leitura pelo mestre do barramento (por exemplo, 216VC62a). Esse processo ocorre em uma taxa muito alta, garantindo que o processador de proteção sempre tenha acesso às condições mais recentes do sistema.
4. Coordenação do Sistema e Fluxo de Dados
Sistema de malha fechada: A unidade de processamento 216VC62a lê os valores de medição digital fornecidos pelo 216EA61B do barramento e executa os algoritmos de proteção. Se um algoritmo decidir que uma ação é necessária, ele envia comandos através do barramento para unidades de saída como 216AB61 ou 216DB61.
Garantia de desempenho em tempo real: Toda a cadeia de dados, desde a amostragem pelo 216EA61B até o processamento pelo 216VC62a e depois a execução da saída, deve ser concluída em um tempo extremamente curto (normalmente milissegundos) para atender aos requisitos de velocidade para eliminação de falhas no sistema de energia. A taxa de amostragem e a eficiência de transmissão do barramento do 216EA61 são fundamentais para garantir esse desempenho em tempo real.
5. Mecanismos à prova de falhas
Loop de monitoramento: Os circuitos de monitoramento internos verificam continuamente os principais componentes, como ADC, fonte de referência e fonte de alimentação. Se for detectada uma anomalia, tal como uma tensão de referência fora da tolerância ou uma falha do relógio interno, o circuito de monitorização define imediatamente o registo de estado da unidade.
Alarme do sistema: A unidade reporta um “Alarme geral do dispositivo” ao sistema através do barramento e acende o LED vermelho “ALARME” no painel frontal. Ao receber este alarme, o programa de diagnóstico do sistema pode fazer o downgrade do status do sistema com base na gravidade da falha e bloquear funções de proteção dependentes de dados desta unidade, evitando mau funcionamento devido a dados errados. Ao mesmo tempo, ele para de enviar dados inválidos ou não confiáveis ao barramento, evitando que o processador faça julgamentos com base em dados defeituosos.
4. Arquitetura de Hardware
O design de hardware do 216EA61B é construído em torno do processamento de sinais e transmissão de dados de alta precisão:
Estrutura Física: Unidade plug-in, 2 divisões padrão (2T) de largura, inserível pela frente no rack do equipamento.
Componentes principais:
EPROM de 128 kByte: Armazena o firmware da unidade e o programa operacional.
64 kByte RAM: Serve como memória principal de tempo de execução.
EEPROM de 8 kByte: Usado para armazenar parâmetros configuráveis e dados de calibração.
Front End Analógico: Inclui switches analógicos multiplexadores e circuitos Sample-and-Hold, responsáveis pelo roteamento e estabilização do sinal.
Conversor Analógico para Digital (ADC): O ADC principal de 24 canais que realiza a conversão analógico para digital.
Processador de Pré-processamento: Microprocessador 80C186, responsável pelo pré-processamento dos dados e controle da unidade.
Interface de barramento: 64 kByte DPM/RAM, permitindo troca de dados contínua e de alta velocidade com o barramento B448C.
Memória:
Fonte de alimentação: Um conversor CC/CC interno deriva a potência operacional da unidade, gerando a alimentação digital necessária de +5V (e possivelmente ±15V para circuitos analógicos) a partir da alimentação auxiliar de 24V CC obtida através do barramento B448C.
5. Indicação e operação do painel frontal
Indicadores:
LED ALARME vermelho: Indica falha/alarme da unidade interna. Acende quando uma falha de hardware é detectada (por exemplo, falha de energia, relógio, memória, seção analógica). A unidade pode ter parado de emitir dados válidos.
LED MST amarelo: Indicador mestre. Pisca ou acende quando a unidade acessa o barramento B448C como mestre para transmissão de dados.
LED verde RUN: Indicador de execução. Este é o indicador mais crítico para determinar se a unidade está operando normalmente. Durante a operação normal, esta luz deve estar continuamente acesa, indicando que o programa de conversão A/D está em execução e os dados estão sendo processados e preparados para transmissão. Se esta luz estiver apagada, significa que as variáveis medidas digitalizadas não estão sendo transmitidas ao barramento e as funções de proteção perderão sua fonte de dados.
Soquetes de operação:
PASSIVO: A inserção do pino de curto bloqueia o conversor A/D e a unidade para de transmitir quaisquer dados (variáveis medidas digitalizadas) para o barramento. Os dados já armazenados e as tabelas de variáveis de medição não são excluídos, mas não são mais atualizados. Este modo é usado para depuração do sistema ou localização de falhas, evitando que dados inválidos interfiram no sistema.
RESET: A inserção breve do pino de curto reinicia o programa da unidade. Todas as unidades são reinicializadas e as tabelas de variáveis de medição armazenadas são excluídas. Esta operação deve ser usada com cautela.
6. Configuração e definições
Configurações de hardware: A própria unidade 216EA61B não requer jumpers de hardware ou configurações de chave DIP. As características do canal são determinadas pelo firmware e design interno.
Configuração de software: Toda configuração é realizada através da interface de usuário portátil conectada ao 216VC62a:
Atribuição de canal: Na configuração do software 216VC62a, atribua os vários canais de medição do 216EA61B (CH01-CH24) a funções de proteção específicas. Por exemplo, designe CH01-CH03 como correntes de fase A, B, C do estator do gerador para proteção diferencial 87G e proteção de sobrecorrente 51.
Configurações de Parâmetros: Defina os valores nominais para cada canal, por exemplo, se a corrente nominal para um canal de corrente é 1A ou 5A, ou a tensão nominal para um canal de tensão é 100V ou 110V. Essa configuração é crucial, pois garante a precisão dos cálculos por unidade e das comparações de configuração dentro dos algoritmos de proteção.
Fatores de escala: Se necessário, configure fatores de escala individuais para compensar relações de TC/TP ou perdas de linha.
7. Autodiagnóstico e Manutenção
O 216EA61B apresenta autodiagnóstico abrangente, com seu status relatado através do registro de status do dispositivo:
Itens monitorados: Inclui alimentação interna de +5 V, status do conversor A/D, tensão de referência, RAM/ROM, comunicação de barramento, alimentação de seção analógica, etc.
Resposta a falhas: Após uma falha, o LED vermelho ALARM acende, o registro de status é definido (por exemplo, SSG) e um alarme do sistema é enviado através da linha de barramento SML. Falhas graves podem desencadear uma 'partida a quente' do sistema.
Dica de manutenção: Durante a inspeção de rotina, preste atenção se o LED verde RUN está constantemente aceso. Se o LED vermelho ALARM estiver aceso ou o LED RUN estiver apagado, isso indica uma falha na unidade. Use a interface do usuário para verificar informações de diagnóstico específicas. Sempre desligue a alimentação auxiliar do rack antes de conectar ou desconectar a unidade.
8. Cenários de aplicação
O 216EA61B é a principal unidade de aquisição de dados para as seguintes aplicações:
Proteção do Gerador: Adquire todos os sinais de corrente e tensão dos terminais e neutro do gerador.
Proteção do Transformador: Adquire correntes e tensões de todos os lados para proteção diferencial e de backup.
Proteção do Motor: Adquire correntes e tensões do circuito de alimentação.
Proteção do Alimentador: Adquire a corrente da linha e a tensão do barramento.
Qualquer aplicação de proteção e monitoramento de energia que exija aquisição de grandeza elétrica CA multicanal e de alta precisão.
