Микропроцессорные устройства релейной защиты: обзор возможностей и спорных вопросов

Микропроцессорные устройства релейной защиты

Смородин Г. С., Лысенко В. С., Копейкин Д. А., Гафаров А. А. Микропроцессорные устройства релейной защиты // Молодой ученый. — 2016. — №29. — С. 136-138. — URL https://moluch.ru/archive/133/37131/ (дата обращения: 08.11.2018).



Современные электронные устройства не могут обойтись без защиты от недопустимо низкого или высокого напряжения питающей сети. Для реализации этих функций разработаны самые различные пороговые схемы.

Принцип их работы основан на устройстве, которое называется реле напряжения. Кроме защитных функций такие схемы применяются в автоматизации производственных процессов, их можно найти в бытовой технике, они с успехом используются в автомобилестроении и т. д. Использование реле напряжения уже давно стало признаком хорошего проектирования при разработке схем по электрике и электронике.

Объект исследования: релейная защита.

Предмет исследования: микропроцессорные устройства релейной защиты

Микропроцессорные устройства релейной защиты.

Около 15 лет назад в энергетике стало массово внедряться новое оборудование для защиты объектов энергоснабжения, использующее компьютерные технологии на базе процессоров. Его стали называть сокращенным термином МУРЗ — микропроцессорные устройства релейной защиты.

Они выполняют функции обыкновенных устройств РЗА на основе новой элементной базы — микроконтроллеров (микропроцессорных элементов).

Современные разработки в области микропроцессорной техники позволили создать полноценные устройства релейной защиты и автоматики, которые являются альтернативной заменой электромеханическим устройствам.

В данной статье кратко охарактеризуем современные микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики оборудования электроустановок, а также приведем их основные преимущества и недостатки [1, c. 101].

Преимущества:

Отказ от электромеханических и статических реле, обладающих значительными габаритами, позволил более компактно размещать оборудование на панелях РЗА. Такие конструкции стали занимать значительно меньше места. При этом управление посредством сенсорных кнопок и дисплея стало более наглядным и удобным.

Внешний вид панели, включающей блок микропроцессорной релейной защиты, показан на рисунке. Сейчас внедрение МУРЗ стало одним из основных направлений в развитии устройств релейных защит.

Этому способствует то, что кроме основной задачи РЗА — ликвидации аварийных режимов, новые технологии позволяют реализовать ряд дополнительных функций.

На рисунке 1 изображены панели РЗА, оборудованные микропроцессорными защитами.

Рис. 1. Панели РЗА, оборудованные микропроцессорными защитами: а) вид спереди; б) вид сзади

К ним относятся:

− регистрация процессов аварийного состояния;

− опережение отключения синхронных потребителей при нарушениях устойчивости системы;

− способность к дальнему резервированию.

Реализация таких возможностей на базе электромеханических защит ЭМЗ и аналоговых устройств не осуществляется ввиду технических сложностей.

Микропроцессорные системы релейной защиты точно работают по тем же принципам быстродействия, избирательности, чувствительности и надежности, что и обычные устройства РЗА.

В процессе эксплуатации выявлены не только преимущества, но и недостатки таких устройств, а по некоторым показателям до сих пор ведутся споры между производителями и эксплуатационниками.

Существенное преимущество микропроцессорных устройств защиты — это их многофункциональность. МП-устройства производят измерения основных электрических величин. То есть данные устройства являются достойной заменой не только защитных устройств, но и аналоговых измерительных приборов.

Например, терминал защит линий 110 кВ выполняет функции дистанционной защиты, токовой направленной защиты нулевой последовательности, а также осуществляет измерение основных электрических величин.

На ЖК-дисплее данного устройства персонал, обслуживающий данную электроустановку, может контролировать нагрузку данной линии по фазам, напряжение, потребляемую активную и реактивную мощность [2, c. 112].

Каждый электромонтер, который осуществляет оперативное обслуживание подстанции, знаком с так называемой схемой-макетом (оперативной схемой).

При производстве оперативных переключений, электромонтер отображает выполненные изменения на схеме-макете вручную.

Это необходимо для того, чтобы убедиться в правильности и достаточности выполненных операций, а также для удобства контроля положений коммутационных аппаратов.

МП-устройства имеют еще одну полезную функцию — отображение мнемосхемы присоединения. Эта функция позволяет контролировать положение коммутационных аппаратов, заземляющих устройств.

Микропроцессорные устройства всех присоединений подстанции подключаются к системе SCADA, на которой отображается вся схема подстанции. В данном случае система SCADA является альтернативной заменой схеме-макету.

Если в схеме-макете изменения положения коммутационных аппаратов фиксировались вручную, то в системе SCADA эти функции выполняются автоматически.

Недостатки:

Многие покупатели микропроцессорных устройств релейной защиты остались неудовлетворенными работой этих систем благодаря:

− высокой стоимости;

− низкой ремонтопригодности.

Если при поломке устройств, работающих на полупроводниковой или электромеханической базе достаточно заменить отдельную неисправную деталь, то для микропроцессорных защит часто нужно заменять полностью материнскую плату, стоимость которой может составлять треть цены за все оборудование.

К тому же для замены потребуется потратить много времени на поиск детали: взаимозаменяемость в таких устройствах полностью отсутствует даже у многих однотипных конструкций одного производителя.

На рубеже 2012/13 г устройства претерпели значительные конструктивные изменения.

Устройства выгодно отличаются от отечественных и зарубежных аналогов доступностью, малыми габаритами, низким потреблением, точностью контроля параметров и удобством эксплуатации, а по соотношению функциональность/стоимость превосходят большинство аналогов.

При конструировании устройств теперь применен известный хорошо зарекомендовавший себя принцип использования блок-каркаса с функционально завершенными «Типовыми элементами замены» (ТЕЗ).

Каждый ТЕЗ выполнен в виде одноплатной конструкции, с разъемом в передней части для подключения через кросс плату к внутренней схеме устройства и клеммником и/или разъемом в задней части для внешних подключений.

Разъемы и клеммники для внешних подключений закреплены на вертикальной металлической пластине, которая является завершением ТЕЗа и одновременно элементом задней стенки корпуса устройства. ТЕЗ при установке в блок-каркас скользит по направляющим и во вставленном положении фиксируется винтами. Имеется возможность установки — извлечения ТЕЗов как при снятой крышке корпуса.

Вывод.

В данной работе рассмотрены и решены задачи, поставленные в начале.

Рассмотрены микропроцессорные устройства релейной защиты. В настоящее время МП РЗА являются основным направлением развития релейной защиты. Помимо основной функции — аварийного отключения энергетических систем, МП РЗА имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами релейной защиты других типов (например, электромеханическими реле) по регистрации аварийных ситуаций.

В некоторых типах устройств введены дополнительные режимы защиты, например, функция опережающего отключения синхронных электродвигателей при потере устойчивости, функция дальнего резервирования отказов защит и выключателей. Данные функции не могут быть реализованы на устройствах релейной защиты на электромеханической или аналоговой базе

Наступивший новый век и третье тысячелетие ставят новые грандиозные задачи перед энергетиками и, в общем комплексе решения этих задач, роль релейной защиты и ее развитие будет возрастать.

Литература:

  1. Червоный А. Л. Реле и элементы промышленной автоматики. Практическое пособие для инженеров [Текст] / А. Л. Червоный. — М.: РадиоСофт. — 2012. — 208 с.
  2. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей [Текст] / М. А. Шабад. — СПб: ПЭИПК. — 2012. — 350 с.

Основные термины (генерируются автоматически): релейная защита, устройство, SCADA, функция, альтернативная замена, защита, система.

Ключевые слова: релейная защита и автоматика, электромеханическое реле, микропроцессорные устройства, надежность.

Замена аналоговых систем на дискретных электронных компонентах на микропроцессорные устройства приводит к существенному…

Это служит основой упреждающих функций релейной защиты.

Контролируемый устройством релейной защиты объект остается в работе до тех пор, пока

Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем [Текст] / Э. А. Киреева, С. А. Малеев, О. П. Цырук.

реле защиты Sepam 1000+ в системах управления и защит энергетического оборудования, и их основные функции и требования. Ключевые слова: микропроцессорные реле Sepam 1000+, релейная защита

Микропроцессорное устройство релейной защиты (МУРЗ)…

Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-3» предназначена для установки на внутренней стенке задней двери релейного шкафа, а в целом функции

Интернет-угрозы и способы защиты от них. Умные системы защиты устройств автоблокировки от грозовых и коммутационных перенапряжений.

релейная защита, электрическая система, устройство, поврежденный элемент, система, оперативный персонал, нормальная работа, непрерывный контроль, исправная часть, электрическая сеть.

В настоящее время в энергосистемах России в эксплуатации находится более 1,5 млн. устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА).

Также одним из преимуществ микропроцессорных терминалов является возможность их подключения к системе SCADA, что…

Отзывы и защиты наших авторов.

К основным задачам, решаемым SCADAсистемами относятся:  обмен данными с устройствами связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода в реальном времени через драйверы

Произведен анализ по основным видам защит трансформаторов. Выявлены особенности и недостатки. Ключевые слова: силовые трансформаторы, системы защиты, микропроцессорные устройства релейной защиты автоматики.

Микропроцессорные устройства релейной защиты. Разработка автоматизированной системы контроля инерциальной системы управления. Кибернетический подход к формированию транспортной городской системы и принципы её формирования для автоматизированной…

Ключевые слова: релейная защита и автоматика, электромеханическое реле, микропроцессорные устройства, надежность.

Замена аналоговых систем на дискретных электронных компонентах на микропроцессорные устройства приводит к существенному…

Это служит основой упреждающих функций релейной защиты.

Контролируемый устройством релейной защиты объект остается в работе до тех пор, пока

Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем [Текст] / Э. А. Киреева, С. А. Малеев, О. П. Цырук.

реле защиты Sepam 1000+ в системах управления и защит энергетического оборудования, и их основные функции и требования. Ключевые слова: микропроцессорные реле Sepam 1000+, релейная защита

Микропроцессорное устройство релейной защиты (МУРЗ)…

Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-3» предназначена для установки на внутренней стенке задней двери релейного шкафа, а в целом функции

Интернет-угрозы и способы защиты от них. Умные системы защиты устройств автоблокировки от грозовых и коммутационных перенапряжений.

релейная защита, электрическая система, устройство, поврежденный элемент, система, оперативный персонал, нормальная работа, непрерывный контроль, исправная часть, электрическая сеть.

В настоящее время в энергосистемах России в эксплуатации находится более 1,5 млн. устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА).

Также одним из преимуществ микропроцессорных терминалов является возможность их подключения к системе SCADA, что…

Отзывы и защиты наших авторов.

К основным задачам, решаемым SCADAсистемами относятся:  обмен данными с устройствами связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода в реальном времени через драйверы

Произведен анализ по основным видам защит трансформаторов. Выявлены особенности и недостатки. Ключевые слова: силовые трансформаторы, системы защиты, микропроцессорные устройства релейной защиты автоматики.

Микропроцессорные устройства релейной защиты. Разработка автоматизированной системы контроля инерциальной системы управления. Кибернетический подход к формированию транспортной городской системы и принципы её формирования для автоматизированной…

Источник: https://moluch.ru/archive/133/37131/

Сравнение релейных защит с использованием электромеханических и микропроцессорных устройств

В релейную защиту микропроцессорные устройства пришли довольно поздно, чем в другие области электротехники. Первые устройства защиты с микропроцессорами выпустили в начале 80-х гг Siemens и ABB. Именно к этому времени появились процессоры, способные принять необходимое количество сигналов о состоянии сети и преобразовать их.

Схема работы и тех, и других (МУРЗ и ЭМРЗ) аналогична. Совокупность измерительных преобразователей воспринимает незапланированные отклонения от нормальной работы сети (о состоянии угла сдвига фаз, о величине напряжения и тока, и др.

), стоящие за ними приборы анализируют состояние сети («мозги») и в зависимости от величины отклонений выдают команду на противоаварийное отключение.

Приборы, анализирующие состояние сети, выполняются на электромеханических реле (релейная логика) или на микропроцессорах (логика, реализованная на базе микропроцессоров) с соответствующими периферийными устройствами, которые преобразуют аналоговый сигнал.

Измерительные преобразователи воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети. Для электромеханической релейной защиты этих сведений вполне достаточно: при определенных отклонениях параметров на цепь управления поступит сигнал, и сеть будет отключена.

Микропроцессорные устройства на основании двух данных параметров выдают и запоминают еще целый ряд дополнительных: причина отключения, время и дата отключения, ток и длительность аварийной ситуации, векторная диаграмма напряжений и токов в линиях в момент отключения и другие.

Но конечная задача этих устройств – дать сигнал на отключение при перегрузке сети.

Электромеханические реле защиты (ЭМРЗ) последнего поколения полностью удовлетворяли всем требованиям, предъявляемым к ним как к средствам защиты электроэнергетических объектов от аварийных режимов в течение десятков лет.

В новейших микропроцессорных устройствах релейной защиты (МУРЗ) функции релейной защиты объединили с функциями устройств связи передачи данных, регистраторов аварийных режимов, узлов подстанционной логики и другие.

Такие многофункциональные комплексы стали сравнивать с единичными однофункциональными ЭМРЗ, отработавшими не один десяток лет и порядком изношенными, и говорить о неоспоримых преимуществах микропроцессорных «реле защиты».

При этом как бы упускается из виду, что речь идет о совершенно разных по выполняемым функциям устройствах, которые просто нельзя сравнивать друг с другом. В статьях мировых производителей и дистрибьюторов (МУРЗ) отмечаются только положительные качества МУРЗ, хотя существуют ряд проблем, связанных с переходом на микропроцессорные системы.

Читайте также:  Осветительные шинопроводы

Несмотря на проблемы, связанные с внедрением МУРЗ, их все более широкое распространение и полное вытеснение ими электромеханических реле является неизбежным уже только потому, что выпуск электромеханических реле полностью прекращен практически всеми ведущими мировыми производителями реле.

Причиной этого являются не непреодолимые принципиальные недостатки электромеханических реле, а сверхприбыли, которые получают компании, при производстве МУРЗ по сравнению с производством электромеханических реле. Поскольку будущее релейной защиты неизбежно связано с микропроцессорными системами (во всяком случае, для сложных защит), прогноз путей развития этого вида техники представляет безусловный интерес.

Однако встает вопрос, насколько необходимы все эти дополнительные параметры, оснащаемые МУРЗ, и на сколько увеличившийся объем информации улучшает качество работы релейной защиты? Логика работы энергосистемы не изменилась, не увеличилось количество операций, выполняемых энергосистемой: производство электроэнергии, передача и перераспределение ее потребителям, — а следовательно, не увеличилось и количество основных функций, которая должна выполнить релейная защита. Таким образом, можно сказать, что достоинством микропроцессорной защиты являются не их функциональные качества, а удобство в эксплуатации. Они (МУРЗ) выполняют те же самые функции, что и ЭМРЗ.

Апологеты использования микропроцессорных устройств в релейной защите говорят также о таких их достоинствах, как уменьшение массогабаритов, сокращение числа обслуживающего персонала, уменьшение затрат на эксплуатацию, поскольку при наличии МУРЗ можно с пульта управления проводить работу, которая выполняется вручную в случае использования ЭМРЗ. Однако, МУРЗ имеет и ряд существенных недостатков.

Так, одно из достоинств защиты с микропроцессорами может обернуться крупным недостатком.

На пульте управления установки задаются одним нажатием кнопки, но никто не застрахован от системной ошибки, даже при наличии дополнительного компьютерного контроля, потому что существует такая вещь, как компьютерный вирус. Поэтому вероятность системной ошибки при микропроцессорных защитах достаточно велика, что наблюдается в США и Европе.

У микропроцессоров очень высокая чувствительность, может быть поэтому достаточно много ложных срабатываний, кроме того они не способны выдерживать сильные нагрузки.

Говоря о возможном переходе на защиту, основанную на микропроцессорах, возникает еще одна проблема – их подверженность электромагнитным излучениям, что в значительной степени снижает эффект защиты.

Есть еще одно «но» в вопросе переоснащения российской энергосистемы – электромагнитная совместимость.

Прежде чем ставить МУРЗ необходимо провести реконструкцию всех действующих подстанций с тем, чтобы заземляющие контуры довести до соответствующих требований.

Микропроцессорные реле не обеспечили более высокий уровень надежности электроснабжения и не облегчили работу обслуживающего персонала.

Еще один очень существенный недостаток МУРЗ – они требуют обновления программного продукта, который устаревает гораздо быстрее, чем техника. Он устаревает через три года, через пять лет его уже нужно менять, а в масштабах нашей энергосистемы это очень большие затраты.

Кроме того, внедрять повсеместно в российской энергетической системе микропроцессорную технику нецелесообразно не только по техническим причинам и по соображениям безопасности, но и в силу экономических факторов. Отечественной релейной защиты с использованием микропроцессорных устройств у нас практически нет, а импортные — очень дорогие. При этом старение микропроцессорных устройств сопоставимо со старением компьютерной техники (10 лет), в то время как традиционная релейная защита благополучно работает до 50 лет. Ограничивающим фактором использования релейной защиты на микропроцессорах также является отсутствие квалифицированного обслуживающего персонала. Например, на совещании в «Мосэнерго» было отмечено, что в их системе установлены 1000 микропроцессорных устройств 56 различных типов пяти различных фирм. Получается, что обслуживающий персонал должен освоить, и при этом основательно, все 56 типов защитных устройств, со всеми их особенностями и нюансами. А это нереально.

Таблица 6.1. — Сравнение релейных защит с использованием электромеханических и микропроцессорных устройств

Электромеханические УРЗ Микропроцессорные УРЗ
Преимущества Недостатки Преимущества Недостатки
Высокая надежность Сложность в эксплуатации Удобство в эксплуатации Возможность преднамеренных дистанционных воздействий с целью нарушения её работы
Низкая стоимость Настройка реле по месту его установки Не значительные массогабариты Требуют обновления программного продукта
Низкая подверженность электромагнитным возмущениям со стороны питающей системы Большое количество обслуживающего персонала Позволяет передавать информацию на удаленный пульт Высокая подверженность электромагнитных возмущений со стороны питающей системы
Отсутствие чужеродных элементов РЗ Высокие массогабариты Высокая чувствительность Ложные срабатывания
Высокий ресурс Селективность Высокая стоимость
Единые теоретические сведения Быстродействие Не являются взаимозаменяемыми
Взаимозаменяемость элементов РЗ Сокращение числа обслуживающего персонала Неремонтопригод-ность

Источник: https://cyberpedia.su/15x49c6.html

Устройство защиты релейной защиты

Релейная защита является важнейшей системой, от надежности и правильной работы которой во многом зависит надежность электроснабжения потребителей.

Однако, несмотря на свое название («защита») и вопреки распространенному мнению, релейная защита не может защитить от аварийных режимов, то есть не может предотвратить возникший аварийный режим в системе электроснабжения, а может лишь ограничить масштабы его воздействия во времени и в пространстве на эту систему, то есть снизить материальный ущерб от аварии, и не более того [1]. Все вышесказанное относится к исправному реле защиты и к его правильной работе. Но ведь реле защиты, как и любое другое сложное техническое устройство, может выйти из строя. При этом в случае возникновения аварийного режима такое неисправное реле уже не сможет ограничить масштабы его воздействия во времени и в пространстве на энергосистему. Однако такая ситуация вполне предсказуема, и вероятность ее возникновения принимают во внимание при проектировании систем электроснабжения. В частности, используют дублирование реле защиты; для ответственных объектов применяют различные типы реле защит так, что при отказе какого-то одного типа реле в действие вступает другой тип или реле, включенное в другой точке системы электроснабжения, и т. п.

Как известно, у реле защиты имеется два вида отказов: так называемые «несрабатывания» и «излишние срабатывания». Перечисленные выше меры позволяют в какой-то степени компенсировать ущерб от несрабатывания отдельного реле защиты, но никак не влияют на излишние срабатывания реле.

При этом, как показано в [1], возникает совершенно новая ситуация, при которой неисправное реле защиты в результате излишнего срабатывания может выдать ложную команду на отключение выключателя и тем самым искусственно вызвать прекращение нормального функционирования системы электроснабжения.

При этом происходит не только отключение тысяч потребителей, сопровождающееся большим ущербом, сопоставимым по своим последствиям с аварийным режимом в системе электроснабжения, но и возникает опасность крупной системной аварии, вызванной внезапными перетоками мощностей в сложной и разветвленной энергосистеме.

Как показано в [2], в 25–28% случаев причиной возникновения крупнейших системных аварий, имевших место в мире, были отказы релейной защиты.

А если добавить к этому, что в 50–70% случаев перехода обычного аварийного режима в тяжелую системную аварию повинна также релейная защита [2], то получается, что именно она ответственна практически за все системные аварии.

Современная тенденция повсеместной замены электромеханических реле защиты (ЭМРЗ) микропроцессорными устройствами релейной защиты (МУРЗ) сопровождается снижением надежности релейной защиты [3].

Это обусловлено целым рядом причин, среди которых немаловажной является резкое возрастание уязвимости МУРЗ (по сравнению с ЭМРЗ) к кибератакам [4] и к преднамеренным электромагнитным деструктивным воздействиям (ПЭДВ) [5, 6].

Решением проблемы могло бы стать объединение лучших параметров МУРЗ (широкие функциональные возможности, специальные характеристики срабатывания, недоступные ЭМРЗ, и т. д.) с лучшими параметрами ЭМРЗ (устойчивостью к помехам, кибератакам, ПЭДВ). Но возможно ли в принципе создание такого гибрида? Практика отвечает на этот вопрос утвердительно.

Известно, что во многих энергосистемах установка самых первых образцов МУРЗ сопровождалась их дублированием ЭМРЗ, включенных на параллельную работу [7]. По мнению, изложенному в [8], такая техническая политика, заключающаяся в дублировании МУРЗ с помощью включенного на параллельную работу ЭМРЗ с дополнительной выдержкой времени 0,1 с, является актуальной и оправданной и сегодня.

Автором [8] однозначно утверждается, что «десятилетний опыт совместного применения МП УРЗА и электромеханических УРЗА на модернизированных (новых) подстанциях Великоустюгских электрических сетей «Вологдаэнерго» показал, что только в этом случае получается современная подстанция с современной и сверхнадежной системой РЗА… ни в коем случае нельзя снимать с производства электромеханические реле, комплекты и панели».

Но насколько справедливы столь категоричные утверждения? Во-первых, совершенно очевидно, что при параллельном включении МУРЗ и ЭМРЗ речь может идти только об уменьшении количества «несрабатываний» защиты, но никак не о количестве «излишних срабатываний».

А ведь именно последний вид отказов, как это было показано выше, представляет наибольшую опасность, и именно от такого вида отказов в настоящее время не предусмотрено никаких мер.

Кроме того, с точки зрения теории надежности, при таком параллельном включении двух реле вероятность отказов типа «излишние срабатывания» только возрастет.

Во-вторых, современные ЭМРЗ вовсе не являются «современными» в том смысле, в котором этот термин использует автор [8], то есть новыми и самыми совершенными на сегодня. Скорее наоборот, так называемые «современные» ЭМРЗ были разработаны многие десятки лет тому назад и уже давно морально устарели.

Решение этой проблемы, по нашему мнению, лежит в иной плоскости. В [9] нами предложена идея не задержанного, как в [8], а наоборот, ускоренного срабатывания ЭМРЗ. Причем оба реле (МУРЗ и ЭМРЗ) включены функционально не параллельно, а последовательно (рис. 1).

Рис. 1. Применение ЭМРЗ на основе герконов для шунтирования чувствительных входов МУРЗ и блокирования цепи его выходного контакта

При этом в нормальном режиме работы МУРЗ заблокировано, а при возникновении аварийного режима ЭМРЗ срабатывает первым (как пусковой орган МУРЗ) и деблокирует МУРЗ, разрешая его нормальную работу.

В качестве такого пускового органа может служить быстродействующее (единицы миллисекунд) реле тока (напряжения, мощности). Такой пусковой орган невозможно активизировать кибернетической атакой, он на порядки более устойчив к помехам и к ПЭДВ, чем МУРЗ.

Если использовать принцип шунтирования чувствительных входов МУРЗ нормально замкнутыми герконами пускового органа, то это может предотвратить проникновение высоковольтных импульсов на чувствительные входы МУРЗ и его повреждение ПЭДВ.

Включение герконов такого пускового органа последовательно с контактами выходных реле МУРЗ предотвратит несанкционированные действия релейной защиты под воздействием кибернетического вмешательства извне.

Таким образом, без активации такого пускового органа МУРЗ не сможет воздействовать на режим работы энергосистемы, даже будучи активированным посредством кибернетической атаки или будучи подвергнутым воздействию ПЭДВ. Если же пусковой орган был активирован, то ничего не мешает использованию особых характеристик и широких функциональных возможностей МУРЗ.

Совершенно очевидно, что так называемые «современные» ЭМРЗ не пригодны на роль быстродействующих пусковых органов МУРЗ. В таком качестве наиболее подходит быстродействующее гибридное реле тока (FOR), подробно исследованное в [10] (рис. 2).

Рис. 2. Пусковой орган на основе быстродействующего гибридного реле тока

В этом устройстве при достижении порогового значения тока контакт-детали геркона одного из реле RR1–RR3 начинают вибрировать с частотой 100 Гц.

Первое же их замыкание вызывает отпирание тиристора SCR, включенного последовательно с нагрузкой постоянного тока, который остается включенным и в те моменты времени, когда вибрирующий геркон разомкнут.

Геркон продолжает вибрировать до тех пор, пока релейная защита не отключит поврежденный участок с аварийным током (как правило, это период от десятков миллисекунд до единиц секунд). Такой принцип построения пускового органа имеет ряд существенных преимуществ:

  • четкий и стабильный порог срабатывания с возможностью его регулирования путем изменения положения геркона в катушке или замены резистора R1 – R3;
  • высокое быстродействие (доли–единицы миллисекунд);
  • высокий коэффициент возврата вибрирующего геркона (близок к единице);
  • полная гальваническая развязка с высоким уровнем изоляции (киловольты) от внешней входной цепи тока;
  • герметичность контактов и отсутствие необходимости в их зачистке и регулировке.

В качестве чувствительного порогового элемента в пусковом органе могут быть использованы миниатюрные вакуумные герконы, выдерживающие испытательное напряжение не менее 1 кВ и имеющие собственное время срабатывания около 1 мс (таблица 1).

Узел, содержащий геркон и токовую катушку с несколькими витками толстого провода, помещен в ферромагнитный экран.

В таблице 2 приведены параметры некоторых типов наиболее подходящих для использования в пусковом органе тиристоров. Для повышения помехоустойчивости пускового органа в нем применены дополнительные RC-элементы.

Пусковой орган управляет работой исполнительных герконовых реле, включенных по схеме рис. 3.

Рис. 3. Схема включения исполнительных герконовых реле (L1–L4 – обмотки управления этих реле, контакты которых показаны на рис. 1

Все элементы этой схемы питаются от стабилизированного делителя напряжения на стабилитронах VD2–VD4, обеспечивающего напряжение 45 В и защищающего от проникновения на схему импульсных перенапряжений из питающей сети. Под этим напряжением (45 В) находятся и элементы пускового органа.

Читайте также:  Ультразвуковая сварка

При его срабатывании напряжение подается на обмотки управления всех исполнительных герконовых реле, которые, срабатывая в течение нескольких миллисекунд, дешунтируют (деблокируют) МУРЗ, разрешая его нормальную работу. Одновременно начинается заряд конденсатора С1 через резистор R2.

Через время порядка 10 с напряжение на конденсаторе достигнет напряжения отпирания динистораVD1, через который конденсатор С1 быстро разряжается на обмотку электромагнитного реле Rel. В результате этого реле кратковременно срабатывает, размыкая свои нормально замкнутые контакты и разрывая на время 100–300 мс цепь питания обмоток исполнительных реле.

При этом тиристор SCR пускового органа FOR запирается, и все устройство возвращается в исходное состояние (ждущий режим). Поскольку для работы МУРЗ в аварийном режиме защищаемого объекта необходимо время, не превышающее обычно нескольких секунд, то времени возврата схемы в ждущий режим около 10 с вполне достаточно для полного завершения цикла нормальной работы МУРЗ.

Поскольку суммарный ток, потребляемый обмотками L1– L4 исполнительных реле, может оказаться меньше тока защелкивания (IL) и тока удержания (IH) тиристора SCR, схема рис. 3 дополнена мощным резистором R3, увеличивающим суммарный ток, протекающий через тиристор, до 250–300 мА.

Хотя на рынке имеются специальные тиристоры с повышенной чувствительностью и с токами защелкивания и удержания, не превышающими 10 мА (TS820-600, TIC106, BT258-600R, X0402MF, MCR708A1 и др.), их применение в данном устройстве не рекомендуется, так как может снизить его помехоустойчивость.

В качестве контактов исполнительных реле, блокирующих выходной контакт МУРЗ, могут быть с успехом использованы газонаполненные герконы Bestact R15U фирмы Yaskawa (рис. 4), предназначенные для включения токов до 30 А при напряжении 240 В за время, не превышающее 5 мс.

Рис. 4. Мощный газонаполненный геркон типа Bestact R15U фирмы Yaskawa с двустадийной коммутацией

Высоковольтные миниатюрные вакуумные переключающие герконы различных типов, содержащие нормально замкнутый контакт (таблица 3), могут быть использованы для шунтирования чувствительных (не токовых) входов МУРЗ.

Совершенно очевидно, что, в соответствии с теорией надежности, включение дополнительных контактов, пусть даже и высоконадежных, последовательно с контактами выходных реле МУРЗ или параллельно его входам, приведет к определенному снижению надежности релейной защиты.

Насколько? Для ответа на этот вопрос сегодня нет никакой реальной информации ввиду полного отсутствия опыта эксплуатации таких устройств.

Однако, в случае если это окажется необходимым, такое снижение надежности может быть очень просто скомпенсировано использованием двух параллельно или последовательно соединенных герконов в качестве каждого дополнительного контакта, как это показано на рис. 1.

У электромеханических реле вероятность отказов типа «излишние срабатывания» несравненно меньше вероятности «несрабатывания», поэтому их параллельное соединение (в отличие от простого параллельного соединения МУРЗ) однозначно увеличит надежность релейной защиты. Для нормально замкнутых дополнительных контактов, шунтирующих входы МУРЗ, повышение надежности может быть достигнуто последовательным соединением этих контактов между собой (рис. 1).

Конденсатор времязадающей цепочки, как и все остальные элементы устройства, выбран улучшенного качества и с большим запасом (пятикратным) по рабочему напряжению (таблица 4).

В качестве делителя напряжения выбраны три последовательно включенных стабилитрона с напряжением стабилизации 15 В, мощностью 10 Вт каждый.

При очень небольшом собственном потреблении схемы большой запас по мощности обеспечивает отсутствие нагрева стабилитронов и повышение надежности их работы, а также способности поглощать импульсы перенапряжения большой энергии.

Параметры наиболее подходящих для этой цели стабилитронов приведены в таблице 5.

В качестве динистора VD1 (рис. 3) с напряжением отпирания 24–36 В и пропускаемым током 1–2 А могут быть рекомендованы приборы следующих типов: NTE6407, DB3, BR100/03, CT-32, HT-32 и др. А в качестве электромагнитного реле Rel (рис.

3) — герметичные нейтральные электромагнитные реле (в англоязычной технической литературе они называются Full Size Cristal Can Relays) с двумя переключающими контактами (два нормально замкнутых контакта используются для повышения надежности), коммутирующими ток 2–5 А, с обмоткой на 24 В постоянного тока.

В качестве примера можно привести реле серий: РЭН33, РЭН34, РЭК134, РЭС48, 782XDXH, H782, B07, FW, SF, G2A-434ADC24, HGPRM-B4C05ZC, 2B-7506 и др.

Никакой особо точной настройки порога срабатывания этого устройства не требуется. Важно лишь, чтобы оно срабатывало всегда раньше МУРЗ, при любом подозрительном режиме в контролируемой цепи, поскольку излишние срабатывания устройства в результате неточной настройки не влияют на поведение защищаемого этим устройством МУРЗ.

* * *

Использование в предлагаемом устройстве высоконадежных компонентов, выбранных с многократными запасами по току, напряжению и мощности, допускающих работу в широком интервале температур, очень ограниченное количество этих компонентов, высокий уровень гальванической развязки, а также дублирование наиболее ответственных элементов позволяют обеспечить высокую надежность МУРЗ при воздействии мощных электромагнитных помех, кибер­атак и ПЭДВ, соответствующих надежности и устойчивости электромеханических реле.

Защищенные с помощью описанного устройства МУРЗ могут быть включены на параллельную работу для защиты особо ответственных объектов электроэнергетики. При использовании описанного устройства возможно также и включение параллельно МУРЗ дополнительных ЭМРЗ с задержкой на 0,1 с [8].

Очевидно, что конкретные схемотехнические решения могут и отличаться от описанных в данной статье, однако предложенный подход к решению проблемы безусловно будет способствовать повышению надежности релейной защиты на основе МУРЗ.

Простота описанного устройства делает возможным быстрое освоение его выпуска на любом предприятии, имеющем опыт производства электронной аппаратуры.

Литература

  • Гуревич В. И. Вопросы философии в релейной защите // Мир техники и технологии. 2013. № 1.
  • Саратова Н. Е. Анализ подходов к исследованиюпроцессов протекания системных аварий //Системные исследования в энергетике. Материалыконф. молодых ученых. Иркутск: ИСЭМ. 2007.
  • Гуревич В. И. Микропроцессорные реле защиты.Устройство, проблемы, перспективы. М.: Инфра-Инженерия. 2011.
  • Гуревич В. И. Кибероружие против энергетики //PRO Электричество. 2011. № 1.
  • Гуревич В. И. Проблема электромагнитныхвоздействий на микропроцессорные устройстварелейной защиты. Ч. 1 // Компонентыи технологии. 2010. № 2.
  • Гуревич В. И. Проблема электромагнитныхвоздействий на микропроцессорные устройстварелейной защиты. Ч. 2 // Компонентыи технологии. 2010. № 3, 4.
  • Ответ В. И. Гуревича оппонентам–релейщикам //Вести в электроэнергетике. 2009. № 1.
  • Щедриков Б. Д. Электромеханические устройстварелейной защиты и автоматики в энергетике:настоящее и будущее // Релейная защитаи автоматизация. 2010. Ноябрь.
  • Гуревич В. И. Нужна ли защита релейной защите?// Электроэнергия. Передача и распределение.2013. № 2.
  • Гуревич В. И. Высокостабильное герконо-полупроводниковое реле тока с повышеннымбыстродействием // Энерго-Инфо. 2007. № 2.

Источник: http://controlengrussia.com/apparatnye-sredstva/ustrojstvo-zashhity-relejnoj-zashhity/

Кибербезопасность при организации терминального доступа к МП устройствам ИТС подстанций

Под терминальным доступом, здесь и далее, понимается чтение и запись информации в IED, осуществляющиеся единовременно, по инициативе человека, с применением программных средств и технологий, отличных от используемых для оперативного обмена информацией между IED.

Применение терминального доступа обуславливается двумя основными причинами:

  • Необходимость получения журналов событий и конфигураций устройств, во время расследование происшествий;
  • Необходимость изменения конфигураций устройств (уставок).

Иные задачи для использования терминального доступа к устройствам, например описанные в ‎[1] и ‎[2], являются либо подмножеством выше перечисленных задач, либо решаются штатными средствами систем сбора и передачи технологической информации.

Наиболее распространенными являются следующие технологии терминального доступа:

  • Использование интерфейса командной строки (CLI). Данный способ наиболее распространен среди сетевого оборудования.
  •  Использование встроенного Web-сервера. На сегодня является наиболее типовым и поддерживается большинством современных IED.

Использование специализированного инструментального программного обеспечения. Данный способ реализован в большинстве технологических IED и обеспечивает максимальный уровень доступа к устройству.

Рис. 1. Интерфейс встроенного Web сервера коммутатора Power Mice.

Способов реализации терминального доступа на сегодняшний день также несколько:

  • 1й способ. Локальное подключение по последовательным интерфейсам, с помощью инженерного ноутбука;
  • 2й способ. Удаленное подключение по последовательным интерфейсам, с помощью инкапсуляции их в IP;
  • 3й способ. Удаленное подключение, с помощью сетевых интерфейсов устройства.

Первый и второй способ реализации терминального доступа функционально идентичны, а третий зачастую имеет некоторые функциональные ограничения, вызванные, в том числе, необходимостью соблюдать хоть какой-то уровень информационной безопасности. Так при третьем способе терминального доступа, некоторыми производителями, официально разрешается только чтение информации из устройства или замена не критических параметров конфигурации

Рис. 2. Способы реализации терминального доступа.

Кибербезопасность терминального доступа

В качестве сценариев угроз терминального доступа рассмотрим наиболее очевидный вариант: получение злоумышленником терминального доступа к устройству РЗА.

На первый взгляд, степень угрозы в данном случае является максимальной, так как злоумышленник получает полный доступ к управлению уставками устройства.

Именно на защиту от такого типа угроз и направлены основные меры безопасности, изложенные в рекомендациях NERC и других организаций.

Основным способом защиты от этого и подобных сценариев является сегментация сети и защита удаленных каналов связи с помощью создания зашифрованных туннелей. Пример такого подхода изображен на рисунке 3.

Рис. 3. Защита сетей передачи данных способом сегментирования‎.

Приведенный способ защиты не подразумевает угроз внутри защищаемых сегментов сети.

Если рассматривать это в контексте терминального доступа, то получается, что устройство всегда считает подключающегося к нему клиента терминального доступа – доверенным и заслуживающим уважение партнером. Для исключения этой ситуации, производители предусматривают меры парольной защиты к терминальному доступу к устройству.

Однако, реализация этой парольной защиты, сколько-нибудь надежна только у производителей сетевого оборудования, но и у них регулярно находят уязвимости. Реализация же паролей на доступ к устройствам РЗА разбивается об необязательность из изменения в процессе наладки и эксплуатации устройств.

Если провести аудит установленных на объектах ОАО «ФСК ЕЭС» современных комплексов РЗА и АСУ ТП, то по нашему мнению, в большинстве случаев пароль совпадет с указанным в заводской инструкции по эксплуатации.

Вопросы организации доверенной среды на технологических АРМ, особенно на инженерных ноутбуках, достойны отдельного обсуждения.

В рамках данного доклада стоит отметить, что применение обычного антивируса не гарантирует чистоты инженерной станции, так как многие инструментальные средства для конфигурирования микропроцессорных устройств настолько сложные и одновременно хрупкие, что попытка антивируса обратить внимание на уязвимость или подозрительную активность не будет воспринята всерьез.

Таким образом, перед злоумышленником или перед вредоносной программой стоит только одна задача – проникнуть в защищаемую сеть, а так как сеть это довольна большая и строится по стандартным технологиям, то и задача эта становится вполне выполнимой. Следовательно, то что мы не слышали о «Stuxnet» для систем РЗА говорит либо об отсутствии заказчика на эту разработку, либо о его хорошей маскировке.

Конечно, сообщество производителей и специалистов в области информационной безопасности, также озабоченно решением этих проблемам.

Одним из средств решения выступают меры, изложенные в стандартах серии МЭК 62351 ‎[4].

Но если посмотреть на эти стандарты с практической точки зрения, то для проблем терминального доступа там предлагается уменьшение защищаемого сегмента сети до размера одного устройства.

При всем при этом с нашей точки зрения, главная уязвимость терминального доступа к устройствам это его вседозволенность или широта возможностей.

Таким образом, мы втягиваемся в бесконечную борьбу между производителями средств устройств и противостоящими им потенциальными злоумышленниками с постоянным преимуществом вторых.

В то же время напрашивается, возможно, не очень элегантное, но довольно простое решение – ограничить функциональную необходимость терминального доступа.

Как уже говорилось в начале доклада подавляющее большинство случаев использования терминального доступа к устройствам в процессе эксплуатации, составляют операции чтения из устройств конфигурационных данных и внутренних журналов событий.

Конечно, существуют сценарии, когда требуется изменение конфигурации уставок внутри устройств, но операции, выполняемые в этих сценариях, не должны быть удаленными.

В докладе ‎[1], несмотря на некоторые спорные суждения, сделан один из основных выводов, позволяющих, радикально уменьшить частоту использования терминального доступа – необходимость обязательной реализации в устройствах всех параметров модели данных МЭК 61850 ‎[5], в том числе и опциональных (см. пример на Рисунке 4).

Не реализуя в своих устройствах возможности считывания уставок стандартными средствами, производитель пытается навязать нам использование своего проприетарного инструментального ПО, одновременно с этим повышая уязвимость своих устройств.

Рис. 4. Фрагмент описания типа дистанционной защиты в стандарте IEC61850-7-4.

Для тех случаев, когда без терминального доступа не обойтись, механизм авторизации для изменения уставок или микропрограммы (firmware) устройства должен быть дополнен аппаратной блокировкой, выполненной на устройстве.

Выводы

Необходимость терминального доступа к микропроцессорным устройствам – это данность нынешнего уровня развития систем автоматизации подстанций.

Потенциальная уязвимость данного вида информационного обмена, до сих пор адекватно не оценена пользователями этих устройств – специалистами релейной защиты, хотя наиболее известный инцидент в промышленной информационной безопасности – StuxNet – использовал именно этот вид доступа к ПЛК.

Читайте также:  Rgb контроллеры для светодиодной ленты

Существующие способы защиты терминального доступа не представляют серьезной угрозы для злоумышленников или специально разработанного вредоносного программного обеспечения.

Применяя стандартные протоколы и способы доступа к информации, получаемой обычно с помощью терминального доступа, мы существенно упрощаем защиту этой информации и уменьшаем возможный ущерб. Вынужденное использование терминального доступа должно выполняться локально на подстанции, с выполнением необходимых административных и технические мероприятий, аналогичных выполняемым при других работах в электроустановках.

За пределами данного доклада намеренно оставлен вопрос обеспечения доверенной среды, особенно на ноутбуках инженерного персонала.

Источник: http://digitalsubstation.com/blog/2013/07/23/obespechenie-kiberbezopasnosti-pri-organizacii-terminalnogo-dostupa-k-mikroprocessornym-ustrojjstvam-informacionno-tekhnologicheskikh-sistem-podstancijj-2/

Производство и ресурсы

Как было показано нами ранее в [1], микропроцессорные устройства релейной защиты (МУРЗ) объектов электроэнергетических систем являются, вследствие выполняемых ими функций, весьма опасными каналами проникновения преднамеренных дистанционных деструктивных воздействий (ПДДВ) в энергосистему.

Такие ПДДВ могут быть классифицированы как:

 — кибернетические (кибератаки);

— электромагнитные (электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва, мощное ультраширокополосное направленное электромагнитное излучение специальных генераторов, импульсное излучение взрывных генераторов одноразового действия);

— функционально-технологические (использование нормальных технологических функций реле защиты, заранее запрограммированных таким образом, что при их активации без использования кибернетических атак (например, подачей напряжения на дискретный вход) МУРЗ выдаст соответствующие команды на высоковольтные коммутационные аппараты, приводящие к нарушению нормальной работоспособности электрической сети или даже целой энергосистемы).

ПДДВ могут воздействовать на МУРЗ следующим образом:

— вызвать внутренние повреждения микроэлектронных компонентов, сопровождающиеся мгновенными неправильными действиями релейной защиты;

— привести к латентным повреждениям микроэлектронных компонентов, не проявляющимся при стандартных проверках исправности МУРЗ, но проявляющимся в процессе работы МУРЗ виде неправильного выполнения ими определенной совокупности логических и вычислительных операций.

— вызвать нарушения функционирования МУРЗ путем вмешательства в алгоритм его действия (кибератаки);

— вызвать неправильные действия релейной защиты при сохранении полной физической и программной исправности МУРЗ (функционально-технологические ПДДВ).

В соответствии с [1] различают пассивные и активные методы защиты МУРЗ от ПДДВ. К пассивным методам защиты относятся специальные широкополосные фильтры, специальные монтажные шкафы, кабели, специальные покрытия и краски, отражающие электромагнитные волны, шторы и ковры из металлических нитей, специальные строительные материалы, ослабляющие электромагнитное излучение.

Активные методы защиты основаны на совместном использовании МУРЗ и электромеханических реле защиты (ЭМРЗ), значительно более устойчивых к ПДДВ. При этом различают два способа включения МУРЗ и ЭМРЗ: параллельное и последовательное [2].

Параллельное включение МУРЗ и ЭМРЗ требует наличия полного комплекта электромеханических реле защиты, рассчитанного на выполнение всего комплекса защитных функций. Кроме того, такое включение никак не гарантирует отсутствие ложных и непредусмотренных срабатываний МУРЗ, подвергнутого воздействию ПДДВ.

Как показано в [1], ложные, излишние и непредусмотренные срабатывания МУРЗ (термины, предложенные в [3]) могут привести к ущербу большему, чем несрабатывания. Последовательное включение МУРЗ и ЭМРЗ не требует использования полноценного комплекта ЭМРЗ, а нуждается лишь в наличии упрощенного пускового органа.

Кроме того, такое включение предотвращает ложные и непредусмотренные срабатывания МУРЗ, подвергнутого воздействию ПДДВ. Поэтому именно такое включение является предпочтительным. Конкретный пример такой защиты на основе специально разработанного устройства с быстродействующими электромеханическими элементами – герконами – описан в [4, 5] (рис.1).

Разработанное устройство предназначено для защиты МУРЗ от функционально-технологических ПДДВ – наиболее сложного вида ПДДВ, от которого не существует никаких других средств защиты.

Очевидно, что описанное в [4, 5] устройство – это всего лишь один из примеров предложенной концепции, призванный подтвердить принципиальную возможность ее практической реализации, и это устройство нуждается в дальнейшем развитии, уточнении и совершенствовании.

Тем не менее, на этом примере можно с уверенностью утверждать, что проблема защиты МУРЗ от функционально-технологических ПДДВ может быть успешно решена.

Следует отметить, что описанное устройство, блокирующее дискретные входы, связь и выход МУРЗ в периоды между аварийными режимами, на которые должно реагировать МУРЗ, эффективно защищает его не только от функционально-технологических ПДДВ, но также и от внутренних повреждений, вызванных проникновением на чувствительные входы мощных электромагнитных воздействий, также и от кибератак.

Для защиты МУРЗ от внутренних повреждений, связанных с воздействием высоковольтных импульсов, которые могут проникнуть на его аналоговые входы через цепи тока, напряжения, а также для защиты цепей питания могут использоваться известные методы повышения устойчивости электронной аппаратуры к электромагнитным воздействиям. Следует отметить, что современные МУРЗ уже имеют встроенную защиту от таких воздействий, соответствующую требованиям стандартов по электромагнитной совместимости. Однако ПДДВ существенно отличаются по своей интенсивности и частотному диапазону от естественных электромагнитных помех, предусмотренных этими стандартами, поэтому встроенная в МУРЗ защита должна быть существенно усилена. Это одно из направлений повышения устойчивости МУРЗ к ПДДВ. Второе направление связано с применением дополнительных внешних средств защиты, известных как пассивные методы защиты (см. выше).

Элементами, связывающими аналоговые входы МУРЗ с внешними цепями тока и напряжения, являются входные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), поэтому именно эти элементы будут подвергнуты воздействию мощных перенапряжений ПДДВ в первую очередь.

Входные ТТ в МУРЗ имеют наиболее простую конструкцию.

Как правило, это многовитковая вторичная обмотка, намотанная на ферромагнитном сердечнике, и первичная обмотка, состоящая из нескольких витков толстого изолированного провода, намотанных поверх изолированной вторичной обмотки.

На рис.2 показан фрагмент модуля аналоговых входов МУРЗ с установленными ТТ. Хорошо видна первичная обмотка, состоящая из 4 витков гибкого изолированного провода черного цвета.

Методы повышения устойчивости такой конструкции к воздействию мощных импульсных напряжений достаточно просты и заключаются в следующем:

— использование заземленного экрана (в виде фольги или дополнительной однослойной обмотки), расположенного между первичной и вторичной обмотками;

— капсулирование вторичной обмотки путем заливки ее эпоксидным компаундом с отверждением под вакуумом;

— использование провода в высоковольтной изоляции для изготовления первичной обмотки;

— использование дополнительных экранов и полупроводящих покрытий, выравнивающих электрическое поле в конструкции ТТ;

— применением магнитопровода с изолированной поверхностью.

На рис.3 показаны трансформаторы тока капсулированной конструкции с вторичной обмоткой, заложенной в пластмассовый корпус и залитой эпоксидным компаундом, отвержденным под вакуумом. Видна первичная обмотка, состоящая из одного витка гибкого изолированного провода.

Десятки типов гибких проводов в высоковольтной изоляции из силикона, полиэтилена, фторопласта на напряжения 10…25 кВ выпускаются многими компаниями: Teledyne Reynolds, Multi-contact; Allied Wire & Cable; Wiremax; Dielectric Sciences Inc., Axon’ Cable, Daburn Electronics & Cable, Sumitomo Electric, Belden, ОКБ Кабельной промышленности, ООО «Редкий Кабель» и многими другими.

Рекомендации по усилению устойчивости ТН аналогичны, за исключением того, что вместо гибкого провода с высоковольтной изоляцией в качестве первичной обмотки, применяется обмоточный провод с улучшенной изоляцией третьего класса в соответствии с IEC 60317-0-1 Specification for particular types of winding wires – Part 0-1: General requirements – Enamelled round copper wire из полиимида (Polyimide), а также пропитка под вакуумом обеих обмоток. Поскольку увеличение сечения обмоточного провода сопровождается автоматическим увеличением толщины изоляции и ее электрической прочности, то следует стремиться к использованию большего по сечению провода, несмотря на естественное увеличение размеров ТН. Некоторые производители выпускают обмоточные провода с изоляцией из полиимида, выдерживающие полуторное и даже двойное напряжение, по сравнению с нормируемым по стандарту IEC 60317-0-1, например, английская компания P.A.R. Insulations & Wires Ltd, турецкая Bemka A. S. и др. Для дополнительной защиты ТН может быть рекомендована установка внутри МУРЗ специальной защитной цепочки со стороны его первичной обмотки. Такое устройство показано на рис.4, где обозначены:

1 – полупроводниковый супрессор;

2 – токоограничивающие резисторы;

3 – мощный варистор.

Такая цепочка, содержащая комбинацию защитных элементов с различными характеристиками, наиболее эффективна для защиты от электромагнитных ПДДВ.

На вторичной стороне ТН и ТТ должны быть установлены дополнительно два низковольтных встречно включенных стабилитрона, ограничивающих уровень напряжения электромагнитной помехи, поступающей на вход электронной схемы, если таковая все же проникнет на вторичную обмотку через все слои изоляции и экран.

Высококачественные внутренние источники питания МУРЗ имеют встроенные фильтры на входе, включающие варисторы, дроссели, конденсаторы, достаточно эффективно подавляющие электромагнитные помехи, включающие ПДДВ. Но очень важно, чтобы все без исключения источники питания МУРЗ были снабжены такими высококачественными фильтрами.

Рассмотренные выше меры касаются конструкции самого МУРЗ и находятся в сфере ответственности производителей. Но помимо этих мер, необходимо предусмотреть еще и меры групповой защиты МУРЗ, включающие специальные релейные шкафы [2] и другие известные меры пассивной защиты.

Среди этих мер следует особо выделить специальные фильтры, включенные в месте ввода в релейный зал цепей напряжения и тока от измерительных трансформаторов, расположенных снаружи, а также в цепи питания переменного тока зарядно-подзарядных устройств (УЗП).

При этом следует иметь в виду, что речь идет не о простых фильтрах, ослабляющих естественные электромагнитные помехи, а о фильтрах, специально предназначенных для подавления электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва и мощных электромагнитных излучений ПДДВ.

Технические требования к таким фильтрам оговариваются военными стандартами и справочниками, в частности, MIL-STD-188-125 и MIL-HDBK-423.

Такие фильтры содержат наборы элементов, служащих для подавления импульсных перенапряжений (как правило, это мощные варисторы) и ослабления высокочастотных сигналов (последовательно включенные катушки индуктивности и параллельно включенные конденсаторы).

На рис.5 показан внешний вид фильтра и упрощенная схема одного звена фильтра, предназначенного для защиты от ПДДВ. Реальная схема содержит несколько последовательно включенных звеньев на каждую фазу. На входе устройства включены мощные варисторы RU.

Самые лучшие образцы таких фильтров обеспечивают затухание помехи не менее чем на 80…100 дБ в широком спектре частот от десятков килогерц до десятков гигагерц при полной нагрузке с токами от десятков до сотен ампер.

На рис.6 показана типовая частотная характеристика фильтров, предназначенных для защиты от ПДДВ.

Такие фильтры производятся многими специализированными компаниями: ETS-Lindgren, Captor Corp., LCR Electronics, MPE, Transtector, Eurofarad, Holland Shielding System, European EMC Products Ltd., EMS Development Corp.

, Meteolabor, Fil-Coil, RFI Corp., Genisco Filter Corp. и др.

На рынке широко представлены фильтры, предназначенные для установки в цепях питания переменного и постоянного тока в однофазном и трехфазном исполнении на токи от нескольких десятков ампер до нескольких тысяч ампер.

На рис.7 показаны мощные фильтры для цепей питания: вверху на токи в несколько десятков ампер, внизу на токи свыше 1000 А.

Имеются также маломощные фильтры для цепей управления на токи 1…3 А, которые могут быть использованы для защиты вторичных цепей напряжения внешнего ТН (рис.8), а также для систем связи и передачи данных (рис.9).

Для дополнительной защиты системы оперативного электропитания постоянного тока (СОПТ) могут быть использованы специальные устройства, содержащие мощные варисторы с термоэлементами, отключающими варистор и выдающими сигнал в случае повреждения варистора (рис.10).

Такие устройства специально предназначены для защиты СОПТ от импульсных перенапряжений.

Таким образом, можно констатировать, что сегодня существуют надежные методы защиты МУРЗ от всех видов ПДДВ. Выбор того или иного метода защиты зависит от конкретного случая.

Наиболее полную и эффективную защиту от всех видов ПДДВ обеспечивает комбинированная защита, включающая и активные, и пассивные средства.

Понятно, что применение дополнительных технических средств приведет к некоторому удорожанию релейной защиты, однако с учетом того, что особая защита от ПДДВ требуется далеко не для каждого установленного МУРЗ, общее удорожание электроэнергетического объекта окажется не столь уж существенным.

Кроме того, следует учитывать, что применение средств защиты от ПДДВ резко повышает устойчивость микропроцессорной релейной защиты и к обычным электромагнитным помехам, то есть повышает надежность ее работы не только в возможных экстремальных условиях, но и в обычном режиме работы.

Литература

1. Гуревич В.И. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения. – М.: Инфра-инженерия, 2014.

2. Гуревич В.И. Электромеханические и микропроцессорные реле защиты. Возможен ли симбиоз? // Релейная защита и автоматизация. – 2013. – №2. – С.75–77.

3. Гуревич В.И. Про терминологию в релейной защите // PRO Электричество. – 2013. – №3-4. – С.51–52.

4. Гуревич В.И. Аппаратные средства защиты современной релейной защиты от дистанционных деструктивных воздействий // Электрик. – 2013. – №12. – С.32–35.

5. Гуревич В.И. Технико-экономические аспекты аппаратного метода защиты микропроцессорных реле в вопросах и ответах // Электрик. – 2014. – №1-2. – С.28–33.

Источник: http://electrician.com.ua/posts/1420

Ссылка на основную публикацию