Original title:
Aplikace senzorů a digitalizace podle IEC 61850 v sítích a rozvodnách vysokého napětí
Translated title:
Application of Sensors and Digitalization Based on IEC 61850 in Medium Voltage Networks and Switchgears
Authors:
Štefanka, Martin ; Braciník, Peter (referee) ; Müller,, Zdeněk (referee) ; Toman, Petr (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2016
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[eng][cze]
Vzduchem izolované vysokonapěťové rozváděče jsou nedílnou součástí energetického distribučního řetězce a to jak v průmyslovém, tak ve veřejném sektoru. Hlavní funkcí rozváděče je ochrana pracovního personálu, rozpojování/odpojování a spínání, izolování, měření proudů a napětí, chránění a ovládání zatížení a komunikace dat do řídících systémů. V každé z výše zmíněných funkcí probíhal technologický vývoj v průběhu posledních 40 let. Dnešní rozváděče jsou spolehlivé a elektrickému oblouku odolné zařízení, zoptimalizované téměř k fyzikálním limitům dielektrických, elektromagnetických a termodynamických polí. Vakuové vypínače zajišťují stálou a spolehlivou vypínací funkci. Taktéž v oblasti chránění, řízení a komunikace došlo k mnoha technologickým proměnám. Od elektromechanických relé přes zařízení založená na tranzistorech, později na jednoúčelových mikroprocesorech, až po dnešní multifunkční vysoce výkonná mikroprocesorová inteligentní elektronická zařízení. Pouze oblast měření proudů a napětí setrvala z technologického hlediska posledních 40 let beze změny. K dominujícím měřícím technologiím dneška stále ještě patří indukčně založené transformátory proudu a napětí. Byly sice provedeny některé pokusy k obměně technologie měření jako takové, nicméně bez dosažení úspěchu. Tato dizertační práce je zaměřena na poskytnutí nového náhledu na alternativní technologii měření v elektrických sítích a ve vzduchem izolovaných vysokonapěťových rozváděčích, kterou lze využít jak pro měření proudu, tak i napětí. Tato práce vysvětluje, proč Rogowského cívky, odporové a kapacitní děliče jsou tou správnou volbou a měly by být použity ve vysokonapěťových rozváděčích a podrobně analyzuje přesnost měření a jejich příslušné meze. Dále tato práce popisuje, že pro nasazování nových měřících technologií musí být postupováno systematicky. Senzory připojené k inteligentním elektronickým přístrojům a schopností komunikace založené na IEC 61850 spolu s vysokorychlostní komunikační sběrnicí Ethernetu vytvoří systém, který zjednoduší a sjednotí konstrukci rozváděčů a umožní oddělit aspekty projektování měření od studie zkratových selektivit. V práci je také uveden příklad, jak tento nový systém může přinést změny a zjednodušení do oblastí projektování a řízení. V této práci jsou popsány výsledky několikaletého úsilí při stanovení nových měřících a digitalizovaných přístupů ve vysokonapěťových rozváděčích pod autorovým vedením. Toto úsilí také vedlo k uvedení nového produktu – UniGear Digital - konceptu od ABB. Závěrečná část práce demonstruje praktické nasazení všech výsledků v této práci při skutečných aplikacích.
Medium voltage air insulated switchgear is an important element in energy distribution chain both in industry and utility segments. Switchgear main functions are protection of operational personnel, disconnecting, insulating, switching of energy, measuring of currents and voltages, protection and control of loads and communication of data to control systems. There have been technology evolution in every above mentioned functions during last 40 years. Switchgears today are reliable arc proof constructions with the footprint optimized close to physics limits of dielectric, electromagnetic and thermodynamic fields. Vacuum based technology circuit breakers provides durable and reliable switching functionality and we have seen several technology changes in protection, control and communication. From electromechanical to transistor based relays thru single purpose microprocessor based relays up to today’s multifunctional high performing microprocessor based intelligent electronic devices. Only the area of measurements of currents and voltages have remained in last 40 years unchanged from the basic technology stand point. Still, inductive principal based current and voltage transformers are dominating measuring technology today. Some attempts were made to change measuring technology as such, but no success has been achieved. This thesis is focused to offer a new view on alternative measuring technologies to be used in medium voltage air insulated switchgears and networks both for currents and voltage measurements. Thesis explains why Rogowski coil, resistive and voltage divider are the right choice to be used in medium voltage switchgears. It analyzes in details measurement accuracy constrains of them. Further, thesis explains that deployment of the new measuring technology must be done from the system approach stand point. Sensors connected to intelligent electronic device with communication capability based on IEC 61850 and high speed communication Ethernet bus create a system that simplifies and uniforms switchgear design and allows decoupling of measuring devices engineering aspects from short circuit selectivity study. Thesis also shows example, how this new system can bring changes and simplification to protection and control domain. The result of several years of efforts to define new measuring and digitalization approach in medium voltage switchgear under my leadership are documented in this thesis. This effort lead also to a release of the new product - UniGear Digital concepts from ABB. Final parts of my thesis demonstrates practical deployment of all results documented in this thesis in real application.
Keywords:
IEC 61850; kapacitní dělič; komunikace; odporový dělič; procesní sběrnice; přesnost měření; reziduální proud; Rogowského cívka; rozváděč; vysoké napětí; capacitive divider; communication; IEC 61850; measurement accuracy; medium voltage; process bus; residual current; resistive divider; Rogowski coil; switchgear
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/58129
guest ::
