CPZ-4Z

Sygnalizator zwarć typu CPZ^®-4Z to rozwinięta wersja urządzenia CPZ-4^® przeznaczona do sygnalizacji zwarć doziemnych i międzyfazowych. Przystosowany do pracy w złączach kablowych, w których brak jest dodatkowych napięć umożliwiających zasilanie centralki sygnalizatora.

Sygnalizatory zwarć bez zewnętrznych źródeł zasilania w obiektach sieci SN do transmisji danych wykorzystują moduły radiowe w technologii LoRaWAN.

OSD realizują plany modernizacji infrastruktury zapewniające poprawę wskaźników SAIDI i SAIFI. Jest to wynik obowiązujących regulacji nałożonych przez URE na działających w Polsce operatorów. Z prostych analiz wynika, że najczęstszą przyczyną złych wskaźników są awarie w sieci średniego napięcia. I co oczywiste, w obszarze sieci SN dzieje się najwięcej. Strategie na działanie zgodnie z modelem Regulacji Jakościowej są różne, ale w większości koncentrują się one wokół modernizacji stacji SN lub budowy nowych, wyposażonych w urządzenia telemechaniki w celu realizacji funkcji FDIR (ang. Fault Detection, Isolation and Restoration). Na rysunku poniżej przedstawiono uproszczony schemat sieci SN z sygnalizatorami do detekcji zwarć umieszczonymi w stacjach transformatorowych i złączach kablowych. Grafika obrazuje ideę wyznaczania miejsca wystąpienia np. doziemienia. Realizowana na podstawie wskazań przebudowa sieci polegająca na wyłączeniu odcinka dotkniętego awarią i załączenia pozostałej części sieci w czasie nie przekraczającym 3 minut możliwa jest dzięki zautomatyzowanym systemom. Do działania potrzebują one elementów wykonawczych i danych o stanie sieci. Nowe lub zmodernizowane obiekty wyposażane są w urządzenia telemechaniki zapewniające taką kontrolę sieci. Wszystkie urządzenia wymagają zasilania ze źródeł gwarantujących ciągłość pracy przez kilkadziesiąt godzin, niezależnie od stanu sieci SN. Wykonanie układów zasilania w obiektach, gdzie jest dostępne niskie napięcie, jest prostsze, ale wymaga rozwiązań typu UPS i akumulatorów. Jeszcze trudniej jest tam, gdzie nie ma źródła nn. W takim przypadku możliwym rozwiązaniem jest transformator potrzeb własnych. Jego montaż wymaga zaplanowania przestrzeni, w której będzie umieszczony. W złączach kablowych może to być trudne i powodować dodatkowe koszty. Innym wyzwaniem, z jakim trzeba się zmierzyć, są warunki eksploatacji akumulatorów. Bywają one skrajnie trudne, a wówczas niska i wysoka temperatura znacząco skraca ich żywotność. Dodatkowo obsługa serwisowa takich obiektów staje się obciążeniem dla brygad. Opisany obraz sieci SN i działań zmierzających do podniesienia jej niezawodności skłonił zespół konstruktorów firmy ZAE do opracowania wersji sygnalizatora CPZ^®, która umożliwi pracę w obiektach, gdzie nie ma do dyspozycji źródeł zasilania 230VAC lub 24VDC. Jednocześnie takie sygnalizatory nie wymagałby instalacji dodatkowej aparatury pierwotnej i układów z akumulatorami do zasilania.

Dostępne na rynku urządzenia CPZ^®, od wielu lat dostarczane jako wyposażenie stacji SN, kontrolują ciągi kablowe w sieciach kablowych lub kablowo-napowietrznych:

• skompensowanych z automatyką AWSC,
• ze stale uziemionym przez rezystor punktem neutralnym,
• ze stale izolowanym punktem neutralnym.

Sygnalizator CPZ^®-4Z dedykowany do złącz kablowych SN w swojej pracy korzysta ze źródła zasilania, jakim są przekładniki Ferrantiego. Są to te same trzy przekładniki, które w obwodach pomiarowych sygnalizatora służą do pomiaru prądów roboczych w trzech fazach ciągu SN. Uzysk energii z przekładników przy prądzie roboczym na poziomie 5 A jest wystarczający do zasilania elektroniki i gromadzenia zapasu na potrzeby transmisji danych przez moduł komunikacyjny.

Źródła zasilania sygnalizatora i modułu radiowego:

• z przekładników pomiarowych w stanie czuwania (pod warunkiem, że prąd roboczy w kontrolowanym kablu wynosi > 5 A),
• bateria litowa 3,6V/19Ah (R20).

Pobór prądu z baterii umieszczonej we wnętrzu centralki przy braku prądów roboczych w kontrolowanym kablu energetycznym to 400 μA. Uzyskany w ten sposób czas bezobsługowej pracy sygnalizatora wynosi 15 lat w stanie czuwania oraz do 600 godzin w stanie sygnalizacji.

Warunki pracy:

• temperatura otoczenia: −25°C ÷ +55°C
• dopuszczalna wilgotność względna: 90% (bez kondensacji).

Standardowo sygnalizator CPZ^®-4Z kontroluje dwa odcinki i w komplecie posiada sześć przekładników Ferrantiego z otwieranym torem (rdzeniem) magnetycznym, dzięki czemu montaż odbywa się bez rozłączania kabla w głowicy.

Praca sygnalizatorów współpracujących z systemem nadrzędnym do realizacji funkcji FDIR, w przypadku wykrycia zwarcia, wymaga zdalnego przesłania alarmu. Zapewnia to karta komunikacyjna, w którą został wyposażony sygnalizator. Drogą radiową dane o stanie urządzenia wraz z pomiarami przesyłane są do koncentratora. Podane wcześniej sposoby i parametry zasilania sygnalizatorów dotyczą również tej komunikacji. To nowatorskie rozwiązanie zaprojektowane i wykonane w oparciu o technologię LPWAN (ang. Low Power Wide- Area Network) sprawia, że sygnalizatory zainstalowane w obiektach (stacjach i złączach) w promieniu 15 km w terenie otwartym i 5 km w terenie zabudowanym od bramy systemu radiowego, mają łączność dwukierunkową z koncentratorem. Prezentowany sygnalizator CPZ^®-4Z jest wyposażony w kartę komunikacyjną z modułem radiowym firmy Semtech pracującym w standardzie LoRa^®.

Zaletą tego standardu jest jego dostępność. Gateway'e LoRa^® rozmieszczone na obszarze odpowiadającym rejonowi OSD zapewniają szyfrowaną transmisję do bazy danych koncentratora, skąd łączem VPN są dostarczane np. w protokole DNP-3 do systemu SCADA. Działanie urządzenia z transmisją o możliwe najmniejszym zapotrzebowaniu na energię do zasilania wynika z zastosowania energooszczędnych mikrokontrolerów oraz cyklu pracy modułu radiowego. Po wysłaniu ramki danych moduł w standardzie LoRa^® przechodzi w stan uśpienia na ustawiony programowo czas (czyli do następnej ich transmisji). W przypadku detekcji zwarcia urządzenie wybudza się z trybu czuwania i natychmiast wysyła alarm. Po każdej transmisji z urządzenia sygnalizacyjnego moduł radiowy przełącza się w tryb odbioru i wówczas możliwa jest transmisja do urządzenia. Dzięki temu można z systemu nadrzędnego wysyłać do sygnalizatora komendę sterowania np. test lub kasowanie pobudzenia.

Odstępy czasu pomiędzy kolejnymi transmisjami ustawione są w przedziale od 10 min do kilku godzin przy pracy na baterii. Jeśli zgromadzona w superkondensatorch energia uzyskana z przekładników jest jeszcze wystarczająca, to urządzenie nie obciąża baterii. Taki zgromadzony w stanie czuwania zapas energii pozwala na wysłanie ponad 300 ramek z danymi. W ten sposób konstruktorzy z ZAE uzyskali urządzenie autonomicznie pracujące przez co najmniej 200 godzin bez zewnętrznego zasilania i kolejne 600 godzin w trybie pracy bateryjnej. W trybie czuwania pomiary wykonywane przez sygnalizator są rejestrowane i przesyłane cyklicznie do koncentratora. Przyjęte założenia i realizacja projektu CPZ^®-4Z z modułem radiowym LoRa^® przyniosły w pełni funkcjonalny sygnalizator pracujący autonomicznie. Osiągnięto wielokrotne obniżenie kosztów instalacji i eksploatacji urządzeń zainstalowanych w głębi sieci SN, raportujących stan kontrolowanego odcinka sieci SN w czasie czuwania i przesłania alarmów w przypadku wykrycia zwarcia. Dzięki zastosowaniu sygnalizatorów ze zdalną transmisją radiową możliwe jest monitorowanie każdego odcinaka sieci SN.

LoRa^® i logo LoRa^® są znakiem towarowym Semtech Corporation.