216EA61B, ABB REG 216 sayısal jeneratör koruma sistemi içindeki kritik bir Analog Giriş Ünitesidir ve sistem ile birincil akım ve gerilim transformatörleri arasında köprü görevi görür. Koruma sisteminin 'duyu organı' olarak görev yapar; birincil güç sisteminden gelen sürekli analog sinyallerin (yüksek akım, yüksek voltaj) koşullandırılmasından, izole edilmesinden, sayısallaştırılmasından ve bunların dijital işlemci tarafından anlaşılıp işlenebilecek ayrık verilere dönüştürülmesinden sorumludur. Dönüştürme doğruluğu, kararlılığı ve gerçek zamanlı performansı, tüm koruma sisteminin ölçümlerinin ve kararlarının doğruluğunu doğrudan belirler ve koruma fonksiyonlarının güvenilir şekilde çalışmasını sağlamanın temel taşını oluşturur.
Bu ünite, yüksek performanslı analogdan dijitale dönüştürme teknolojisi ve hassas sinyal işleme devrelerini kullanarak, güç sistemlerinin karmaşık elektromanyetik ortamında bile yüksek kaliteli veri örnekleri sağlar. B448C paralel veri yolunda önemli bir veri kaynağı olan 216EA61B, sonraki koruma hesaplamaları, bozulma kaydı, ölçüm ekranı ve diğer işlevler için tek veri temelini sağlar. Performansı, diferansiyel koruma, aşırı akım koruması ve güç koruması gibi hemen hemen tüm önemli koruma fonksiyonlarının güvenilirliğini doğrudan etkiler.
2. Temel İşlevler
216EA61B'nin temel işlevleri, özellikle aşağıdaki yönlerde ortaya çıkan analog sinyallerin edinilmesi ve dijitalleştirilmesi etrafında döner:
1. Çok Kanallı Analog Sinyal Toplama
Kanal Kapasitesi: Her 216EA61B ünitesi 24 bağımsız analog giriş kanalı sağlar. Bu 24 kanal iki standart konektör aracılığıyla tahsis edilir:
Sinyal Uyumluluğu: 216GW61 Giriş Trafo Ünitesinden ikincil düşük seviyeli analog sinyalleri almak üzere tasarlanmıştır. Bu sinyaller, 216EA61B'nin giriş gereksinimlerine uygun genliklerle (örn. ±40V aralığında), üç fazlı akımlar, üç fazlı gerilimler, sıfır bileşenli akım, sıfır bileşenli gerilim, senkronizasyon gerilimleri vb. gibi güç sistemleri için gerekli tüm ölçümleri kapsayan 216GW61 tarafından zaten izole edilmiş ve dönüştürülmüştür.
2. Yüksek Hassasiyetli Analogdan Dijitale Dönüşüm
Dönüşüm Çekirdeği: Ünite, sürekli analog sinyalleri ayrı dijital değerlere dönüştürmekten sorumlu, yüksek performanslı 24 kanallı Analog-Dijital Dönüştürücüyü (ADC) entegre eder.
Dönüşüm Aralığı: Çeşitli normal işlemler ve arıza koşulları sırasında sinyal genliklerini karşılamaya yetecek -40V ile +40V arası geniş bir giriş voltajı aralığını destekler.
Dönüşüm Doğruluğu ve Çözünürlüğü: Yüksek çözünürlüklü bir ADC'den yararlanarak en küçük arıza akımlarının veya voltaj değişikliklerinin bile doğru bir şekilde tespit edilebilmesini sağlar ve yüksek hassasiyetli koruma fonksiyonları (örn. diferansiyel koruma) için veri desteği sağlar. Dönüşüm doğruluğu, ölçüm doğruluğunu ve koruma ayarlarının hassas çalışmasını doğrudan etkiler.
3. Veri Ön İşleme ve Senkronize Örnekleme
Ön İşleme Ünitesi: Ünite, sayısallaştırılmış ham numune verileri üzerinde doğrulama, filtreleme (yüksek frekanslı gürültüyü bastırarak) ve veri formatlama gibi ön işlemleri gerçekleştiren özel bir ön işlemci içerir.
Senkronize Örnekleme: Tüm kanallar için örneklemenin aynı anda gerçekleşmesini sağlar. Bu, faz ilişkilerine (örn. diferansiyel, güç yönü, empedans ölçümü) dayanan koruma fonksiyonları için, faz hatalarından ve senkronize olmayan örneklemenin neden olduğu hesaplama hatalarından kaçınmak için çok önemlidir.
4. Paralel Veri Yolu İletişimi
Veriyolu Arayüzü: B448C paralel veriyolu üzerinde aktif bir ünite olarak 216EA61B, dönüştürülmüş ve önceden işlenmiş dijital ölçüm verilerinin veriyoluna periyodik ve hızlı bir şekilde gönderilmesinden sorumludur.
Veri Sağlama: 216VC62a İşleme Ünitesi için ham ölçüm verilerinin tek kaynağıdır. İşleme ünitesindeki koruma algoritmaları, hesaplamalar ve kararlar için tamamen 216EA61B tarafından sağlanan gerçek zamanlı veri akışına dayanır.
5. Kendi Kendini Test Etme ve Durum İzleme
Dahili İzleme: Ünite, aşağıdakiler de dahil olmak üzere dahili durumunu sürekli olarak kontrol eden kapsamlı kendi kendini izleme yeteneklerine sahiptir:
Dahili Güç Kaynağı: +5V çalışma gücünün normal olup olmadığı.
Referans Gerilimi: A/D dönüşümü için gereken referans geriliminin izin verilen tolerans dahilinde olup olmadığı.
Dahili Saat: Örnekleme saatinin doğru çalışıp çalışmadığı.
Bellek Durumu: RAM ve ROM'un düzgün çalışıp çalışmadığı.
Arıza Raporlama: Dahili bir arıza tespit edildiğinde derhal bus üzerinden sisteme bildirir ve ön panel alarm göstergesini yakarak sistemin sorunu anında algılamasını ve engelleme gibi güvenlik önlemlerini almasını sağlar.
3. Çalışma Prensibi
216EA61B'nin çalışma prensibi, fiziksel sinyallerden dijital bilgilere hassas ve sürekli bir dönüşüm zinciridir. Detaylı iş akışı aşağıdaki gibidir:
1. Sinyal Alımı ve Ön Uç Koşullandırma
Giriş Kaynağı: Birincil Akım Transformatörleri (CT'ler) ve Gerilim Transformatörleri (VT'ler), sistemin yüksek akımlarını ve gerilimlerini standart, güvenli bir şekilde yönetilebilir ikincil değerlere (örn. 1A/5A, 100V/110V) ölçeklendirir.
Birincil İzolasyon ve Transformasyon: Bu ikincil sinyaller ilk olarak 216GW61 Giriş Trafo Ünitesine bağlanır. 216GW61, birincil taraf ile koruma elektroniği arasında elektriksel izolasyon ve elektromanyetik koruma sağlar; bu, ekipman güvenliği ve ortak mod gürültü reddi için kritik bir ilk adımdır. Ayrıca sinyal seviyelerini 216EA61B için daha uygun olanlara ayarlamak amacıyla daha fazla genlik ölçeklendirmesi de gerçekleştirebilir.
Kablo İletimi: 216GW61 tarafından işlenen düşük seviyeli analog sinyaller, korumalı standart kablolar aracılığıyla 216EA61B ünitesinin arka konnektörlerine iletilir.
2. Analogdan Dijitale Dönüşüm Süreci
Sinyal Yönlendirme: 216EA61B'ye girildiğinde 24 analog sinyal dahili bir analog anahtar dizisine yönlendirilir.
Örnekleme ve Tutma: Ünitenin dahili hassas zamanlama saati tarafından kontrol edilen her örnekleme döngüsü sırasında analog anahtarlar, her kanal sinyalini sırayla Örnekleme ve Tut (S/H) devresine bağlar. Bu devre, anında değişen analog sinyal değerini 'dondurur', dönüştürülen voltajın A/D dönüşüm süresi boyunca sabit kalmasını sağlar ve sinyal değişiminden kaynaklanan dönüştürme hatalarını önler. Bu, çok kanallı senkronize örneklemeyi başarmak için önemli bir teknik husustur.
A/D Dönüşümü: S/H devresinden gelen sabit voltaj çıkışı, yüksek hassasiyetli, yüksek hızlı Analog-Dijital Dönüştürücüye (ADC) beslenir. ADC bu analog voltaj değerini karşılık gelen ikili dijital koda dönüştürür. Bu dönüştürme işlemi, çözünürlüğü ve doğrusallığı, dijital sonucun orijinal analog değeri doğru şekilde yansıtıp yansıtmadığını belirleyen niceleme ve kodlamayı içerir.
Veri Arabelleğe Alma: Dönüştürülen dijital değerler, ünite içindeki bir veri arabelleğinde geçici olarak saklanır.
3. Veri İşleme ve Veri Yolu İletimi
Ön İşleme: Ünitenin yerleşik 80C186 yardımcı işlemcisi etkinleşir. Ham ADC çıkış verileri üzerinde aşağıdaki gibi gerekli işlemleri gerçekleştirir:
Veri Doğrulama: Veri bütünlüğünün sağlanması.
Dijital Filtreleme: Verileri daha da yumuşatmak ve belirli frekans bantlarındaki parazitleri bastırmak için yazılım filtrelerinin uygulanması.
Veri Formatlama: Verilerin B448C veri yolu iletişim protokolüne uygun belirli bir formatta düzenlenmesi ve gerekirse zaman damgalarının eklenmesi.
Veri Yolu Tahkimi ve İletimi: Önceden işlenmiş veriler veri yolu arayüz devresine gönderilir. Bu arayüz, B448C veri yolu ile yüksek hızlı veri alışverişi için 64 kByte Çift Bağlantı Noktalı Bellek (DPM) içerir. 216EA61B veri yolu üzerinde yedek cihaz olarak görev yapar ancak veri yüklemesi gerektiğinde bir veri yolu isteği başlatır. Veri yolu kontrolünün kazanılması üzerine, tüm kanallar için en son ölçüm değerleri bloğunu DPM'ye yazar ve veri yolu yöneticisinin (örn. 216VC62a) okumasını sağlar. Bu süreç çok yüksek bir hızda dönerek koruma işlemcisinin her zaman en son sistem koşullarına erişebilmesini sağlar.
4. Sistem Koordinasyonu ve Veri Akışı
Kapalı Döngü Sistemi: 216VC62a işlem ünitesi, 216EA61B tarafından sağlanan dijital ölçüm değerlerini veri yolundan okur ve koruma algoritmalarını çalıştırır. Bir algoritma eylemin gerekli olduğuna karar verirse, veri yolu aracılığıyla 216AB61 veya 216DB61 gibi çıkış birimlerine komutlar gönderir.
Gerçek Zamanlı Performans Garantisi: 216EA61B tarafından örneklemeden 216VC62a tarafından işleme ve ardından çıktı yürütmeye kadar tüm veri zincirinin, güç sistemi arıza giderme hız gereksinimlerini karşılamak için son derece kısa bir sürede (tipik olarak milisaniye) tamamlanması gerekir. 216EA61'in örnekleme hızı ve veri yolu iletim verimliliği, bu gerçek zamanlı performansı sağlamanın anahtarıdır.
5. Arızaya Karşı Korumalı Mekanizmalar
İzleme Döngüsü: Dahili izleme devreleri ADC, referans kaynağı ve güç kaynağı gibi temel bileşenleri sürekli olarak kontrol eder. Referans voltajının tolerans dışı olması veya dahili saat arızası gibi bir anormallik tespit edilirse, izleme devresi derhal ünitenin durum kaydını ayarlar.
Sistem Alarmı: Ünite, veri yolu aracılığıyla sisteme bir 'Genel Cihaz Alarmı' bildirir ve ön paneldeki kırmızı 'ALARM' LED'ini yakar. Bu alarmın alınması üzerine, sistem teşhis programı, arızanın ciddiyetine bağlı olarak sistem durumunu düşürebilir ve bu üniteden gelen verilere bağlı olarak koruma fonksiyonlarını bloke ederek hatalı veriler nedeniyle hatalı çalışmayı önleyebilir. Eş zamanlı olarak veri yoluna geçersiz veya güvenilmez veri gönderilmesini durdurarak işlemcinin hatalı verilere dayanarak karar vermesini engeller.
4. Donanım Mimarisi
216EA61B'nin donanım tasarımı, yüksek hassasiyetli sinyal işleme ve veri iletimi üzerine kurulmuştur:
Fiziksel Yapı: Takılabilir ünite, 2 standart bölme (2T) genişliğinde, önden ekipman rafına takılabilir.
Çekirdek Bileşenler:
128 kByte EPROM: Ünite donanım yazılımını ve işletim programını saklar.
64 kByte RAM: Ana çalışma zamanı belleği olarak görev yapar.
8 kByte EEPROM: Yapılandırılabilir parametrelerin ve kalibrasyon verilerinin saklanması için kullanılır.
Analog Ön Uç: Sinyal yönlendirme ve stabilizasyondan sorumlu çoklayıcı analog anahtarları ve Örnekleme ve Tutma devrelerini içerir.
Analog-Dijital Dönüştürücü (ADC): Analogdan dijitale dönüşümü gerçekleştiren çekirdek 24 kanallı ADC.
Ön İşleme İşlemcisi: Veri ön işleme ve birim kontrolünden sorumlu 80C186 mikroişlemci.
Veri Yolu Arayüzü: 64 kByte DPM/RAM, B448C veri yolu ile kesintisiz, yüksek hızlı veri alışverişine olanak tanır.
Hafıza:
Güç Kaynağı: Dahili bir DC/DC dönüştürücü, ünitenin çalışma gücünü elde ederek gerekli +5V dijital beslemeyi (ve muhtemelen analog devreler için ±15V) B448C veriyolu aracılığıyla elde edilen 24V DC yardımcı beslemeden üretir.
5. Ön Panel Göstergesi ve Çalıştırılması
Göstergeler:
Kırmızı ALARM LED'i: Dahili ünite arızasını/alarmını gösterir. Bir donanım arızası (örn. güç, saat, bellek, analog bölüm arızası) tespit edildiğinde yanar. Ünite geçerli veri çıkışını durdurmuş olabilir.
Sarı MST LED'i: Ana gösterge. Ünite, veri aktarımı için ana cihaz olarak B448C veri yoluna eriştiğinde yanıp söner veya yanar.
Yeşil RUN LED'i: Çalıştırma göstergesi. Bu, ünitenin normal şekilde çalışıp çalışmadığını belirlemek için en kritik göstergedir. Normal çalışma sırasında, A/D dönüştürme programının çalıştığını ve verilerin işlendiğini ve iletim için hazırlandığını gösteren bu ışığın sürekli yanması gerekir. Bu ışık kapalıysa bu, dijitalleştirilmiş ölçülen değişkenlerin veri yoluna iletilmediği ve koruma fonksiyonlarının veri kaynaklarını kaybedeceği anlamına gelir.
Çalıştırma Soketleri:
PASİF: Kısa devre piminin takılması A/D dönüştürücüyü bloke eder ve ünite veri yoluna herhangi bir veri (sayısallaştırılmış ölçüm değişkenleri) iletmeyi durdurur. Halihazırda saklanan veriler ve ölçüm değişkeni tabloları silinmez ancak artık güncellenmez. Bu mod, geçersiz verilerin sisteme müdahale etmesini önleyerek sistem hata ayıklaması veya arıza bulma için kullanılır.
RESET: Kısa devre piminin kısa süreliğine takılması ünitenin programını yeniden başlatır. Tüm birimler yeniden başlatılır ve saklanan ölçüm değişkeni tabloları silinir. Bu işlem dikkatli kullanılmalıdır.
6. Yapılandırma ve Ayarlar
Donanım Ayarları: 216EA61B ünitesinin kendisi herhangi bir donanım atlama teli veya DIP anahtarı ayarı gerektirmez. Kanal özellikleri dahili donanım yazılımı ve tasarım tarafından belirlenir.
Yazılım Konfigürasyonu: Tüm konfigürasyon, 216VC62a'ya bağlı taşınabilir kullanıcı arayüzü aracılığıyla gerçekleştirilir:
Kanal Ataması: 216VC62a yazılım konfigürasyonunda, 216EA61B'nin (CH01-CH24) çeşitli ölçüm kanallarını belirli koruma fonksiyonlarına atayın. Örneğin, diferansiyel koruma 87G ve aşırı akım koruması 51 için CH01-CH03'ü Jeneratör Stator A, B, C faz akımları olarak atayın.
Parametre Ayarları: Her kanal için nominal değerleri tanımlayın; örneğin, bir akım kanalı için nominal akımın 1A veya 5A olup olmadığı veya bir voltaj kanalı için nominal voltajın 100V veya 110V olup olmadığı. Bu ayar, birim başına hesaplamaların doğruluğunu ve koruma algoritmaları içindeki ayar karşılaştırmalarını sağladığı için çok önemlidir.
Ölçeklendirme Faktörleri: Gerekirse, CT/VT oranlarını veya hat kayıplarını telafi etmek için ayrı ölçeklendirme faktörlerini yapılandırın.
7. Kendi Kendine Teşhis ve Bakım
216EA61B, durumu cihaz durum kaydı aracılığıyla rapor edilen kapsamlı kendi kendine teşhis özelliğine sahiptir:
İzlenen Öğeler: Dahili +5V beslemeyi, A/D dönüştürücü durumunu, referans voltajını, RAM/ROM'u, veri yolu iletişimini, analog bölüm beslemesini vb. içerir.
Arıza Yanıtı: Bir arıza durumunda kırmızı ALARM LED'i yanar, durum kaydı ayarlanır (örn. SSG) ve SML veri yolu hattı üzerinden bir sistem alarmı gönderilir. Ciddi arızalar sistemin 'Sıcak Başlatma' işlemini tetikleyebilir.
Bakım İpucu: Rutin inceleme sırasında yeşil RUN LED'inin sürekli yandığına dikkat edin. Kırmızı ALARM LED'inin yanması veya RUN LED'inin kapalı olması ünitede bir arıza olduğunu gösterir. Belirli tanılama bilgilerini kontrol etmek için kullanıcı arayüzünü kullanın. Ünitenin fişini takmadan veya çıkarmadan önce daima raf yardımcı gücünü kapatın.
8. Uygulama Senaryoları
216EA61B, aşağıdaki uygulamalara yönelik temel veri toplama ünitesidir:
Jeneratör Koruması: Jeneratör terminallerinden ve nötrden gelen tüm akım ve gerilim sinyallerini alır.
Transformatör Koruması: Diferansiyel ve yedek koruma için her taraftan akım ve gerilimleri alır.
Motor Koruması: Besleme devresi akımlarını ve gerilimlerini alır.
Fider Koruması: Hat akımını ve bara gerilimini alır.
Yüksek hassasiyetli, çok kanallı AC elektriksel miktar edinimi gerektiren her türlü güç koruma ve izleme uygulaması.
