Serie Relion 620. Protezione e controllo motori REM620 Guida al prodotto

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1 Serie Relion 620 Protezione e controllo motori Guida al prodotto

2 Contenuti 1. Descrizione Configurazioni standard Funzioni di protezione Applicazione Soluzioni ABB supportate Controllo Misure Oscilloperturbografo Registro eventi Dati registrati Supervisione del circuito di sgancio Autodiagnostica Supervisione dei guasti ai fusibili Supervisione del circuito di corrente Controllo di accesso Ingressi e uscite Comunicazione della stazione Dati tecnici Display (HMI) locale Metodi di montaggio Alloggiamento del relè ed unità estraibile Dati per la scelta e l'ordinazione Dati per l'ordinazione di accessori Strumenti Schemi di collegamento Riferimenti Funzioni, codici e simboli Cronologia delle revisioni del documento...61 Esclusione di responsabilità Le informazioni contenute nel presente documento possono essere soggette a modifiche senza preavviso e non sono da interpretarsi come garanzia vincolante da parte di ABB. ABB non si assume alcuna responsabilità per eventuali errori contenuti nel presente documento. Copyright 2013 ABB. Tutti i diritti riservati. Marchi ABB e Relion sono marchi registrati del Gruppo ABB. Tutti gli altri marchi o i nomi di prodotti menzionati nel presente documento possono essere marchi commerciali o marchi registrati delle rispettive società. 2 ABB

3 Emesso: Revisione: A 1. Descrizione è un relè (dispositivo elettronico intelligente) dedicato alla protezione e al controllo di motori, studiato per la protezione, il controllo, la misura e la supervisione di motori asincroni di medie e grandi dimensioni nell'industria manifatturiera e di processo. fa parte della famiglia di prodotti di protezione e controllo ABB Relion, precisamente della serie 620. I relè della serie 620 sono caratterizzati da un design compatto ed estraibile. La serie 620 è stata studiata per dispiegare l intero potenziale della norma IEC in quanto a comunicazione e interoperabilità dei dispositivi di automazione per sottostazioni. 2. Configurazioni standard I relè della serie 620 presentano configurazioni standard, che possono essere utilizzate come esempi per l'ingegnerizzazione della serie 620 con diversi blocchi funzioni. Le configurazioni standard non sono destinate all'utilizzo come reali applicazioni per utilizzatori finali. Gli utilizzatori finali devono sempre creare la loro personale configurazione di applicazione con l'apposito strumento di configurazione. Tuttavia, la configurazione standard può essere utilizzata come punto di partenza modificandola in base alle proprie esigenze. Il relè è disponibile con una configurazione standard adatta per la protezione differenziale. La configurazione standard dei segnali può essere modificata per mezzo della matrice per segnali grafici oppure attraverso la funzione di applicazione grafica del software PCM600 per il controllo e la protezione del relè. Inoltre, la funzione di configurazione dell'applicazione presente nel relè supporta la creazione di funzioni logiche multi-layer utilizzando vari elementi logici, fra cui timer e flip-flop. Associando le funzioni di protezione ai blocchi funzioni logici, la configurazione del relè può essere adattata ai requisiti di applicazione specifici dell'utente. ABB 3

4 U kv P 0.00 kw Q 0.00 kvar IL2 0 A ESC A Clear Protezione e controllo motori Uo U L1 U L2 U L3 Versione 2.0 RELÈ DI CONTROLLO E PROTEZIONE DI MOTORI ESEMPIO DI CONFIGURAZIONE N PROTEZIONE DISPLAY (HMI) LOCALE PURE DISPONIBILE 3I 2 Sgancio master Relè di blocco 94/86 2 3I< 37M 2 I2>M 46M I2>> 46R I O R L - 16 pulsanti programmabili sul display (LHMI) - Registratori guasti e disturbi - Registro eventi e dati registrati - Modulo di uscite ad alta velocità (opzionale) - Autodiagnostica del relè di protezione - Pulsante locale/remoto sul display (LHMI) - Sequenza registratore eventi - Gestione utente - Web HMI AND OR 3 U Is2t n< 49, 66, 48, 51LR 3I> 67-1 ARC 50L/50NL 3I>/Io>BF 51BF/51NBF 2 3I>> Ith>M 49M 3I>>> 50P/51P Ist> 51LR Io 3dl>M 87M 3I> 51P-1 SUPERVISIONE E MONITORAGGIO DELLO STATO Io 3I FUSEF 60 2 OPTS OPTM 2 CBCM CBCM 2 TCS TCM MCS 3I MCS 3I Io COMUNICAZIONE Protocolli: IEC Modbus IEC DNP3 Interfacce: Ethernet: TX (RJ-45), FX (LC) Seriale: Fibra di vetro seriale (ST), RS-485, RS-232/485 D-sub 9, IRIG-B Protocolli ridondanti: HSR PRP RSTP Io Uo Io>>> 50N/51N Io> 67N-1 Io> 51N-1 Io>> 67N-2 Io>> 51N-2 U L1 U L2 U L3 CONTROLLO E INDICAZIONE 1) Oggetto Ctrl 2) Ind 3) CB 2 - DC 4 4 MISURA - I, U, Io, Uo, P, Q, E, pf, f - Componenti simmetrici - Supervisione del valore limite - Profilo di carico 3 3U< 27 2 U2> 47O- 2 U1< 47U+ 3 3U> 59 ES 2 2 1) Verificare la disponibilità degli ingressi/delle uscite binari/e nella documentazione tecnica 2) Funzione di controllo e indicazione per l'oggetto primario 3) Funzione di indicazione di stato per l'oggetto primario Tipi di interfacce analogiche 1) Trasformatore di corrente 7 Trasformatore di tensione 5 1) Ingressi di trasformatore convenzionale U L1 U L2 U L3 3 Uo> 59G 6 f>/f<, df/dt 81 SYNC 25 ESTART ESTART U RTD 4 ma 3I 12 MAP MAP REMARKS Funzione opzionale 3 N di casi OR Funzione calcolato alternativa da definirsi in fase di Io/Uo ordinazione GUID-A641F A-447F-9112-E61DF258CA8C V1 IT Figura 1. Panoramica delle funzioni 4 ABB

5 Tabella 1. Funzioni supportate Funzionalità TA e TV Protezione Protezione di massima corrente trifase non direzionale, prima soglia, istanza 1 Protezione di massima corrente trifase non direzionale, soglia istantanea, istanza 1 Protezione di massima corrente trifase direzionale, prima soglia, istanza 1 Protezione di massima corrente trifase direzionale, seconda soglia, istanza 1 Protezione di massima corrente trifase direzionale, seconda soglia, istanza 2 Protezione da guasto a terra non direzionale, prima soglia, istanza 1 Protezione da guasto a terra non direzionale, seconda soglia, istanza 1 Protezione da guasto a terra non direzionale, soglia istantanea, istanza 1 Protezione da guasto a terra direzionale, prima soglia, istanza 1 Protezione da guasto a terra direzionale, seconda soglia Protezione di massima tensione residua, istanza 1 Protezione di massima tensione residua, istanza 2 Protezione di massima tensione residua, istanza 3 Protezione di minima tensione trifase, istanza 1 Protezione di minima tensione trifase, istanza 2 Protezione di minima tensione trifase, istanza 3 Protezione di massima tensione trifase, istanza 1 Protezione di massima tensione trifase, istanza 2 Protezione di massima tensione trifase, istanza 3 Protezione di minima tensione con sequenza di fase positiva, istanza 1 Protezione di minima tensione con sequenza di fase positiva, istanza 2 Protezione di massima tensione con sequenza di fase inversa, istanza 1 Protezione di massima tensione con sequenza di fase inversa, istanza 2 Protezione di frequenza, istanza 1 Protezione di frequenza, istanza 2 Protezione di frequenza, istanza 3 Protezione di frequenza, istanza 4 Protezione di frequenza, istanza 5 Protezione di frequenza, istanza 6 Protezione di massima corrente con sequenza di fase negativa per motori, istanza 1 Protezione di massima corrente con sequenza di fase negativa per motori, istanza 2 Supervisione della perdita di carico, istanza 1 Supervisione della perdita di carico, istanza 2 Protezione da sovraccarico del motore Supervisione di avviamento motore Protezione contro l'inversione di fase ABB 5

6 Tabella 1. Funzioni supportate, continua Funzionalità Protezione da sovraccarico termico per motori Protezione differenziale del motore Protezione da guasti dell'interruttore, istanza 1 Protezione da guasti dell'interruttore, istanza 2 Sgancio master, istanza 1 Sgancio master, istanza 2 Protezione contro gli archi elettrici, istanza 1 Protezione contro gli archi elettrici, istanza 2 Protezione contro gli archi elettrici, istanza 3 Protezione analogica multifunzione, istanza 1 Protezione analogica multifunzione, istanza 2 Protezione analogica multifunzione, istanza 3 Protezione analogica multifunzione, istanza 4 Protezione analogica multifunzione, istanza 5 Protezione analogica multifunzione, istanza 6 Protezione analogica multifunzione, istanza 7 Protezione analogica multifunzione, istanza 8 Protezione analogica multifunzione, istanza 9 Protezione analogica multifunzione, istanza 10 Protezione analogica multifunzione, istanza 11 Protezione analogica multifunzione, istanza 12 TA e TV Controllo Controllo dell'interruttore, istanza 1 Controllo dell'interruttore, istanza 2 Controllo del sezionatore, istanza 1 Controllo del sezionatore, istanza 2 Controllo del sezionatore di terra, istanza 1 Controllo del sezionatore, istanza 3 Controllo del sezionatore, istanza 4 Controllo del sezionatore di terra, istanza 2 Indicazione della posizione del sezionatore, istanza 1 Indicazione della posizione del sezionatore, istanza 2 Indicazione della posizione del sezionatore di terra, istanza 1 Indicazione della posizione del sezionatore, istanza 3 Indicazione della posizione del sezionatore, istanza 4 Indicazione della posizione del sezionatore di terra, istanza 2 Avviamento d'emergenza Controllo del sincronismo 6 ABB

7 Tabella 1. Funzioni supportate, continua Funzionalità TA e TV Monitoraggio dello stato Monitoraggio dello stato dell'interruttore, istanza 1 Monitoraggio dello stato dell'interruttore, istanza 2 Supervisione del circuito di sgancio, istanza 1 Supervisione del circuito di sgancio, istanza 2 Supervisione del circuito di corrente Supervisione dei guasti ai fusibili Contatore del tempo d'esercizio per macchine e dispositivi, istanza 1 Contatore del tempo d'esercizio per macchine e dispositivi, istanza 2 Misure Misura della corrente trifase, istanza 1 Misura della corrente trifase, istanza 2 Misura della corrente di sequenza Misura della corrente residua Misura della tensione trifase Misura della tensione residua Misura della tensione di sequenza Misura della potenza e dell energia trifase Misura della frequenza Altro Timer impulso minimo (2 pz.), istanza 1 Timer impulso minimo (2 pz.), istanza 2 Timer impulso minimo (2 pz.), istanza 3 Timer impulso minimo (2 pz.), istanza 4 Timer impulso minimo (2 pz., precisione al secondo), istanza 1 Timer impulso minimo (2 pz., precisione al secondo), istanza 2 Timer impulso minimo (2 pz., precisione al minuto), istanza 1 Timer impulso minimo (2 pz., precisione al minuto), istanza 2 Timer impulso (8 pz.), istanza 1 Timer impulso (8 pz.), istanza 2 Ritardo off (8 pz.), istanza 1 Ritardo off (8 pz.), istanza 2 Ritardo off (8 pz.), istanza 3 Ritardo off (8 pz.), istanza 4 Ritardo on (8 pz.), istanza 1 Ritardo on (8 pz.), istanza 2 Ritardo on (8 pz.), istanza 3 Ritardo on (8 pz.), istanza 4 ABB 7

8 Tabella 1. Funzioni supportate, continua Funzionalità Ripristino impostazione (8 pz.), istanza 1 Ripristino impostazione (8 pz.), istanza 2 Ripristino impostazione (8 pz.), istanza 3 Ripristino impostazione (8 pz.), istanza 4 Spostamento (8 pz.), istanza 1 Spostamento (8 pz.), istanza 2 Spostamento (8 pz.), istanza 3 Spostamento (8 pz.), istanza 4 Punti di controllo generici, istanza 1 Punti di controllo generici, istanza 2 Punti di controllo generici, istanza 3 Punti di controllo generici remoti Punti di controllo generici locali Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 1 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 2 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 3 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 4 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 5 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 6 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 7 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 8 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 9 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 10 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 11 Contatori incrementali/decrementali generici, istanza 12 Pulsanti programmabili (16 pulsanti) TA e TV Funzioni di registrazione Oscilloperturbografo Registrazione guasti Sequenza registratore eventi Profilo di carico = Incluso, = Opzionale al momento dell'ordinazione 8 ABB

9 3. Funzioni di protezione Il relè offre tutte le funzioni necessarie per gestire l'avviamento e il normale funzionamento di motori, inclusa la protezione e l'eliminazione di eventuali guasti in situazioni anomale. Le funzioni principali del relè comprendono la protezione differenziale di motori, la protezione da sovraccarico termico, la supervisione del tempo di avviamento motore, la protezione da rotore bloccato e la protezione da avviamenti motore troppo frequenti. Il relè integra inoltre la protezione da guasto a terra non direzionale, la protezione da squilibrio di corrente con sequenza di fase inversa e la protezione di massima corrente di backup. Offre inoltre la protezione da stallo del motore mentre questo è in funzione, la supervisione della perdita di carico e la protezione contro l'inversione di fase. La configurazione standard include anche la protezione da guasto a terra direzionale, la protezione di minima tensione trifase, la protezione di massima tensione con sequenza di fase inversa e la protezione di minima tensione con sequenza di fase positiva. Inoltre, la configurazione presenta la protezione di frequenza, inclusa la protezione di massima frequenza, di minima frequenza e della velocità di variazione della frequenza. Il modulo RTD/mA opzionale per la configurazione standard consente l'utilizzo della protezione multifunzione opzionale, che può essere utilizzata per funzioni di sgancio e allarme sulla base dei valori di misura RTD/mA o dei valori analogici tramite messaggi GOOSE. In alcuni motori di particolare importanza deve essere prevista la possibilità di eludere la protezione da sovraccarico termico per effettuare un avviamento d'emergenza di un motore caldo. A tale scopo, il relè offre una funzione di esecuzione forzata dell'avviamento. Potenziato con hardware e software opzionale, il relè dispone inoltre di tre canali di rilevamento luce per la protezione contro gli archi elettrici dell'interruttore, dello scomparto sbarre e cavi di quadri blindati per interno. Nel modulo di comunicazione opzionale è disponibile l'interfaccia sensori per la protezione da guasto per arco interno. Lo sgancio rapido aumenta la sicurezza del personale e limita i danni materiali nel caso in cui dovesse verificarsi un guasto per arco interno. Le uscite ad alta velocità opzionali contribuiscono a ridurre al minimo i danni per arco interno. 4. Applicazione Il relè è stato sviluppato come protezione principale di motori asincroni di medie e grandi dimensioni, che necessitano anche di protezione differenziale, nell'industria manufatturiera e di processo. Il relè per la protezione di motori viene normalmente impiegato con motori MT controllati da interruttori o contattori e con motori BT di medie e grandi dimensioni controllati da contattori in un'ampia gamma di applicazioni di trasmissione, fra cui trasmissioni motorizzate a funzionamento continuo e intermittente con carico variabile. Il relè può essere utilizzato con configurazioni a singolo o doppio sistema di sbarre con uno o due interruttori e anche con configurazioni provviste di numerosi apparecchi di manovra. Supporta numerosi sezionatori e sezionatori di terra con comando manuale e motorizzato ed è in grado di gestire estese configurazioni. Il numero di apparecchi controllabili dipende dal numero di ingressi e uscite rimasti liberi da altre esigenze di applicazione. Il numero di I/O disponibili può essere aumentato con il dispositivo I/O remoto RIO600. Il relè offre ampie possibilità di personalizzare le configurazioni in base alle esigenze di applicazione finali. Il sistema per la configurazione di tutti i relè Relion è il software per il controllo e la protezione del relè PCM600, che contiene tutti gli strumenti per configurare il dispositivo, incluse funzionalità, parametrizzazione, display e comunicazione. Il è perfettamente adattato per la protezione da guasto a terra. Utilizzando trasformatori di corrente per cavo si ottiene una protezione da guasto a terra sensibile e affidabile. Anche i trasformatori di corrente di fase con collegamento Holmgreen (sommatorio) possono essere utilizzati per la protezione da guasto a terra. Per migliorare ulteriormente la protezione da guasto per arco interno e ridurre al minimo gli effetti di un guasto per arco, i relè della serie 620 ordinati con l'opzione di protezione da guasto per arco interno possono essere equipaggiati con una scheda I/O che presenta uscite ad alta velocità in grado di intervenire in un millisecondo. ABB 9

10 Io 3I 3U Uo REF620 Esempio di conf. N ANSI IEC 25 SYNC 47O-/59 U2>/3U> 47U+/27 U1</3U< 49F 3Ith>F 50L/50NL ARC 50P/51P 3I>>> 51BF/51NBF 3I>/Io>BF 67/67N 3I /Io 81 f>/f<,df/dt 81LSH UFLS/R 3I 3U Uo 3I 3I Io Io Io RTD RTD 3I 3I RTD REF620 Esempio di conf. N Esempio di conf. N Esempio di conf. N Esempio di conf. N ANSI IEC ANSI IEC ANSI IEC ANSI IEC 47O-/59 U2>/3U> 47O-/59 U2>/3U> 47O-/59 U2>/3U> 47O-/59 U2>/3U> 47U+/27 U1</3U< 47U+/27 U1</3U< 47U+/27 U1</3U< 47U+/27 U1</3U< 49,66,48,51LR Is2t n< 50L/50NL ARC 49,66,48,51LR Is2t n< 49,66,48,51LR Is2t n< 49M 3Ith>M 59G Uo> 49M 3Ith>M 49M 3Ith>M 50L/50NL ARC 60 FUSEF 50L/50NL ARC 50L/50NL ARC 50P/51P 3I>>> 81 f>/f<,df/dt 50P/51P 3I>>> 50P/51P 3I>>> 51LR Ist> 51LR Ist> 51LR Ist> 51P/51N 3I/Io 51P/51N 3I/Io 51P/51N 3I/Io 81 f>/f<,df/dt 81 f>/f<,df/dt 81 f>/f<,df/dt 87M 3dI>M 87M 3dI>M ESTART ESTART ESTART ESTART ESTART ESTART MAP MAP MAP MAP MAP MAP OPTM OPTS OPTM OPTS OPTM OPTS GUID-6F C4D6-4BBB-B046-18FDDED4346A V1 IT Figura 2. Sottostazione con motore dedicato con vari metodi di avviamento del motore combinati in un quadro 10 ABB

11 3U Uo Esempio di conf. ANSI IEC N 3I Io 47O-/59 47U+/27 49,66,48,51LR 49M 50L/50NL 50P/51P 51LR 51P/51N 81 87M ESTART MAP OPTM U2>/3U> U1</3U< Is2t n< 3Ith>M ARC 3I>>> Ist> 3I/Io f>/f<,df/dt 3dI>M ESTART MAP OPTS RTD 3I GUID-012EABD8-57B0-496C-B5C3-B726B0DAF97D V1 IT Figura 3. Metodo di avviamento a piena tensione (DOL), con il motore collegato direttamente al quadro di media tensione 3U Uo 3I Io Esempio di conf. N ANSI IEC 47O-/59 U2>/3U> 47U+/27 U1</3U< 49,66,48,51LR Is2t n< 49M 3Ith>M 50L/50NL ARC 50P/51P 3I>>> 51LR Ist> 51P/51N 3I/Io 81 f>/f<,df/dt 87M 3dI>M ESTART ESTART MAP MAP OPTM OPTS RTD 3I GUID-96593CE9-3E6D-46F5-AE9E-619C73CFBB39 V1 IT Figura 4. Motore avviato tramite choke, che riduce la corrente di avviamento del motore tramite il reattore e contribuisce a gestire il flusso di carico nella rete di media tensione ABB 11

12 3U Uo 3I Io Esempio di conf. N ANSI IEC 47O-/59 U2>/3U> 47U+/27 U1</3U< 49,66,48,51LR Is2t n< 49M 3Ith>M 50L/50NL ARC 50P/51P 3I>>> 51LR Ist> 51P/51N 3I/Io 81 f>/f<,df/dt 87M 3dI>M ESTART ESTART MAP MAP OPTM OPTS RTD 3I GUID-D4876FE7-FC25-4F7E-BCF2-C6C3508BBF96 V1 IT Figura 5. Metodo di avviamento del motore con trasmissioni a frequenza variabile VFD che semplificano il controllo e ottimizzano il consumo energetico 5. Soluzioni ABB supportate I relè di protezione e controllo della serie 620 di ABB unitamente al sistema di automazione di stazioni COM600 formano a pieno diritto una soluzione IEC per la distribuzione affidabile dell'energia elettrica nei sistemi elettrici delle utility e dell'industria. Per facilitare e velocizzare l'ingegnerizzazione del sistema, i relè di ABB utilizzano Connectivity Packages, ossia pacchetti di connettività, contenenti una serie di informazioni software e specifiche del relè, fra cui modelli di schemi unifilari, e un modello di dati completo comprendente elenchi di parametri ed eventi. Attraverso l utilizzo di tali pacchetti, i relè possono essere facilmente configurati tramite il software dedicato PCM600 e integrati con il sistema di automazione di stazioni COM600 o il sistema di controllo e gestione di reti MicroSCADA Pro. I relè della serie 620 offrono supporto nativo alla norma IEC 61850, includendo anche il sistema di messaggi GOOSE orizzontale binario e analogico. Rispetto alla tradizionale comunicazione cablata fra dispositivi, la comunicazione peerto-peer tramite una rete switched Ethernet LAN offre una piattaforma avanzata e versatile per la protezione del sistema elettrico. La rapida comunicazione basata sul software, la supervisione continua dell'integrità del sistema di comunicazione e protezione e l'intrinseca flessibilità per la riconfigurazione e gli ammodernamenti, sono alcune delle caratteristiche distintive dell'approccio al sistema di protezione ammesso dalla completa implementazione della norma sull'automazione delle sottostazioni IEC A livello di sottostazione, il COM600 utilizza i dati contenuti nei relè per offrire una potenziata funzionalità per la sottostazione. Il COM600 presenta un'interfaccia basata sul browser web con un display grafico personalizzabile per la visualizzazione degli schemi unifilari di varie soluzioni di quadri. Inoltre, l'utilizzo come interfaccia della pagina web del COM600 offre una panoramica dell'intera sottostazione, inclusi schemi unifilari specifici dei singoli relè, consentendo quindi una pratica accessibilità alle informazioni. Per migliorare la sicurezza del personale, l'interfaccia del display consente anche l'accesso in remoto ai dispositivi e ai processi di sottostazione. Inoltre, COM600 può essere utilizzato come "stoccaggio" dei dati locali per la documentazione tecnica della sottostazione e per i dati di rete raccolti dai relè. I dati raccolti dalla rete facilitano i report lunghi e l'analisi di situazioni di guasto della rete mediante lo storico dei dati e la funzione di gestione degli eventi del COM600. La cronologia dei dati può essere utilizzata per un preciso monitoraggio della performance dei processi attuando calcoli di performance delle apparecchiature e dei processi sia con valori storici che in tempo reale. La migliore comprensione dei processi, unendo misure dei processi basate sul tempo ed eventi di manutenzione, aiuta l'utente a comprendere la dinamica dei processi. Il COM600 presenta inoltre funzioni gateway, offrendo una connettività senza soluzione di continuità fra i relè di sottostazione e i sistemi di controllo e gestione a livello di rete, quali MicroSCADA Pro e System 800xA. 12 ABB

13 Protezione e controllo motori Tabella 2. Soluzioni ABB supportate Prodotto Versione Sistema di automazione di stazioni COM o superiore MicroSCADA Pro SYS FP2 o superiore System 800xA 5.1 o superiore ABB MicroSCADA Pro / System 800xA Utility: IEC Industria: OPC COM600 Web HMI COM600 Web HMI COM600 COM600 Switch Ethernet Comunicazione GOOSE orizzontale binaria e analogica REF620 REF620 Comunicazione GOOSE orizzontale binaria e analogica IEC RET620 Switch Ethernet PCM600 REF620 REF620 PCM600 IEC RET620 REF620 REF620 GUID-8E5ABC5B-5A9B-4248-B2B1-DB5AFA42D801 V1 IT Figura 6. Esempio di rete di distribuzione dell'energia a livello industriale, basata sull'utilizzo di relè della serie 620, del sistema di automazione di stazioni COM600 e del System 800xA 6. Controllo Il relè offre la funzione di controllo di interruttori, sezionatori e sezionatori di terra tramite l'interfaccia del display o comandi remoti. Il relè include due blocchi di controllo degli interruttori. Oltre al controllo degli interruttori, il relè presenta quattro blocchi di controllo dei sezionatori per il comando motorizzato dei sezionatori o del carrello dell'interruttore. Inoltre, il relè offre due blocchi di controllo per il comando motorizzato del sezionatore di terra. Per finire, il relè include altri quattro blocchi di indicazione della posizione dei sezionatori e due blocchi di indicazione della posizione dei sezionatori di terra, utilizzabili con sezionatori e sezionatori di terra esclusivamente a comando manuale. Il relè necessita di due ingressi binari fisici e di due uscite binarie fisiche per ogni apparecchio primario controllabile utilizzato. Il numero di ingressi binari e uscite binarie varia in base alla configurazione hardware selezionata per il relè. Se il ABB numero di ingressi binari o uscite binarie della configurazione hardware non è sufficiente, il collegamento di un modulo esterno di ingressi o uscite, es. RIO600, al relè può estendere il numero di ingressi e uscite utilizzabili nella configurazione del relè. Gli ingressi binari e le uscite binarie del modulo I/O esterno possono essere utilizzati per i segnali binari dell'applicazione meno critici dal punto di vista temporale. Tale integrazione consente di liberare alcuni ingressi binari e uscite binarie del relè inizialmente assegnati. Occorre verificare accuratamente l'idoneità delle uscite binarie del relè selezionate per controllare gli apparecchi primari, ad esempio il potere di chiusura e la portata, nonché il potere di interruzione. Qualora non vengano soddisfatti i requisiti per il circuito di controllo dell'apparecchio primario, occorre valutare l'uso di relè ausiliari esterni. Inoltre, l'ampio LCD grafico del display del relè include uno schema unifilare (SLD) con indicazione della posizione dei 13

14 rispettivi apparecchi primari. Gli schemi di interblocco richiesti dall'applicazione sono configurati utilizzando la matrice di segnali o la funzione di configurazione dell'applicazione presente nel software PCM600. Il relè integra inoltre una funzione di controllo del sincronismo in grado di garantire che la tensione, l'angolo di fase e la frequenza su entrambi i lati di un interruttore aperto soddisfino le condizioni di una sicura interconnessione delle due reti. 7. Misure Il relè misura in continuo le correnti di fase e la corrente neutra. Inoltre, il relè misura le tensioni di fase e la tensione residua. Il relè calcola anche le componenti simmetriche delle correnti e delle tensioni, la frequenza del sistema, la potenza attiva e reattiva, il fattore di potenza, i valori dell'energia attiva e reattiva, nonché il valore su richiesta della corrente e della potenza in un intervallo di tempo prestabilito selezionabile dall'utente. I valori calcolati sono ottenuti anche dalle protezioni e funzioni di monitoraggio dello stato del relè. Il relè è disponibile anche con ingressi RTD/mA e, in tal caso, può misurare fino a 16 segnali analogici, quali la temperatura dei cuscinetti e degli avvolgimenti dello statore, tramite i 12 ingressi RTD o i quattro ingressi ma utilizzando trasduttori. I valori misurati sono accessibili in locale tramite l'interfaccia utente sul frontalino del relè o in remoto tramite l'interfaccia di comunicazione presente nel relè stesso. Si può accedere ai valori, in locale o in remoto, anche utilizzando l'interfaccia utente basata sul browser web (WHMI). 8. Oscilloperturbografo Il relè è provvisto di un oscilloperturbografo caratterizzato da un massimo di 12 canali per segnali analogici e 64 canali per segnali binari. I canali analogici possono essere impostati in modo da registrare la forma dell'onda oppure le perturbazioni delle correnti e tensioni misurate. I canali analogici possono essere impostati in modo da attivare la funzione di registrazione quando il valore misurato scende sotto oppure sale oltre i valori impostati. I canali binari possono essere impostati in modo da avviare una registrazione sul fronte di salita o su quello di discesa del segnale oppure su entrambi. Per default, i canali binari sono impostati in modo da registrare i segnali esterni o interni al relè, ad esempio i segnali di avvio o di sgancio delle soglie di protezione, oppure i segnali di blocco o controllo esterni. I segnali binari del relè, quali i segnali di avvio o di sgancio di una protezione, oppure un segnale di controllo esterno del relè tramite un ingresso binario, possono essere impostati in modo da attivare la registrazione. Le informazioni registrate vengono salvate in una memoria non volatile e possono essere caricate per una successiva analisi dei guasti. 9. Registro eventi Per raccogliere dati sulla sequenza di eventi (SoE), il relè è provvisto di una memoria non volatile in grado di memorizzare 1024 eventi con associate le relative marche temporali (timestamp). La memoria non volatile conserva i dati anche in caso di interruzione temporanea dell'alimentazione ausiliaria del relè. Il registro eventi facilita un'accurata analisi pre- e post-guasto dell'evento di guasto e dei disturbi di linea. L'aumentata capacità di elaborare e salvare dati ed eventi all'interno del relè offre i prerequisiti per supportare la crescente domanda di immagazzinamento di informazioni nelle future configurazioni di rete. Le informazioni SoE sono accessibili in locale tramite l'interfaccia utente sul frontalino del relè o in remoto tramite l'interfaccia di comunicazione del relè stesso. Si può accedere alle informazioni, in locale o in remoto, anche utilizzando l'interfaccia utente basata sul browser web (WHMI). 10. Dati registrati Il relè ha la capacità di salvare le registrazioni degli ultimi 128 eventi di guasto. Questi dati consentono all'utente di analizzare gli eventi del sistema elettrico. Le modalità di misura disponibili includono DFT, RMS e cresta-cresta. Le registrazioni di guasto conservano i valori di misura del relè nel momento di intervento della funzione di protezione. Sia i valori min. che max. della corrente richiesta vengono registrati con timestamp. Inoltre, sia i valori min. che max. dell'energia richiesta (P, Q, S) vengono registrati con timestamp. Per default, le registrazioni vengono salvate in una memoria non volatile. Il relè include inoltre un registratore del profilo di carico in grado di salvare i valori di misura nella memoria del relè. Le medie dei valori misurati selezionati in un determinato periodo, variabile da un minuto a tre ore, vengono salvate in una memoria non volatile. In base alle misure selezionate e al periodo medio, la durata complessiva della registrazione del profilo di carico varia da alcuni giorni a diversi mesi, perfino un anno, pertanto questa funzione risulta idonea per monitorare il comportamento di carico a lungo termine dei carichi interessati. 11. Supervisione del circuito di sgancio La supervisione del circuito di sgancio registra in continuo la disponibilità e la funzionalità del circuito di sgancio. Essa garantisce il monitoraggio del circuito aperto sia quando l'interruttore è chiuso sia quando è aperto. Essa rileva inoltre la perdita di tensione di controllo dell'interruttore. 12. Autodiagnostica Il sistema di autodiagnostica integrato nel relè registra in continuo lo stato dell'hardware e il funzionamento del software del relè stesso. Qualsiasi guasto o malfunzionamento rilevato verrà utilizzato per avvisare l'operatore. 14 ABB

15 13. Supervisione dei guasti ai fusibili Tale funzione rileva eventuali guasti fra il circuito di misura della tensione e il relè stesso. I guasti vengono rilevati dall'algoritmo basato sulla sequenza di fase negativa oppure dall'algoritmo del delta di corrente e del delta di tensione. Al rilevamento di un guasto, la funzione di supervisione dei guasti ai fusibili attiva un allarme e blocca le funzioni di protezione basate sulla tensione per impedire un funzionamento accidentale. 14. Supervisione del circuito di corrente Tale funzione viene utilizzata per rilevare guasti nei circuiti secondari del trasformatore di corrente. Al rilevamento di un guasto, la funzione di supervisione del circuito di corrente attiva un LED di allarme e blocca determinate funzioni di protezione per impedire un funzionamento accidentale. La funzione di supervisione del circuito di corrente calcola la sommatoria delle correnti di fase dai nuclei di protezione e la confronta con la corrente di riferimento unitaria misurata da un trasformatore di corrente a nucleo bilanciato o da nuclei separati nei trasformatori di corrente di fase. 15. Controllo di accesso Per proteggere il relè dall accesso di persone non autorizzate e per mantenere l'integrità delle informazioni, lo stesso relè è provvisto di un sistema di autenticazione basata su quattro livelli, con password individuali programmabili dall amministratore per il livello di: ispettore, operatore, tecnico e amministratore. Il controllo di accesso si effettua dall'interfaccia utente sul frontalino, dall'interfaccia utente disponibile da browser web e dal software PCM Ingressi e uscite Il relè è provvisto di sei ingressi di corrente di fase, un ingresso di corrente residua, tre ingressi di tensione di fase, un ingresso di tensione residua e un ingresso di tensione fasefase per il controllo del sincronismo. Oltre alle misure di corrente e tensione, la configurazione base del relè include 12 ingressi binari e 10 uscite binarie. Inoltre, la configurazione base offre sei ingressi RTD e due ingressi ma. Gli ingressi di corrente di fase e gli ingressi di corrente residua hanno una portata di 1/5 A, ovvero consentono il collegamento di trasformatori di corrente secondaria 1 A o 5 A. L'ingresso di corrente residua sensibile opzionale 0,2/1 A viene normalmente utilizzato in applicazioni che richiedono una protezione da guasto a terra sensibile e che presentano trasformatori di corrente a nucleo bilanciato. I tre ingressi di tensione di fase e l'ingresso di tensione residua coprono tensioni nominali da 60 a 210 V. Possono essere collegate sia tensioni fase-fase che tensioni fase-terra. La configurazione base del relè può presentare in via opzionale uno slot vuoto in grado di ospitare uno dei seguenti moduli opzionali. La prima opzione, un modulo di ingressi binari e uscite binarie supplementari, aggiunge al relè otto ingressi binari e quattro uscite binarie. Questa opzione è necessaria soprattutto quando si collega il relè a numerosi oggetti controllabili. La seconda opzione, un modulo di ingressi RTD/mA supplementari, aggiunge al relè sei ingressi RTD e due ingressi ma quando si è interessati ad ulteriori misure di sensori, ad es. per temperature, pressioni, livelli, ecc., per il motore protetto. La terza opzione è una scheda di uscite ad alta velocità che include otto ingressi binari e tre uscite binarie ad alta velocità. Le uscite ad alta velocità presentano un tempo di attivazione più breve rispetto alle uscite relè convenzionali, riducendo il tempo totale di funzionamento del relè in applicazioni molto critiche dal punto di vista temporale, come la protezione contro gli archi elettrici. Le uscite ad alta velocità sono liberamente configurabili nell'applicazione del relè e non solo limitate alla protezione contro gli archi elettrici. I valori nominali degli ingressi di corrente e tensione sono parametri impostabili del relè. Inoltre, le soglie degli ingressi binari sono selezionabili nell'intervallo V DC adattando le impostazioni dei parametri del relè. Tutti i contatti degli ingressi e delle uscite binari sono liberalmente configurabili con la matrice di segnali o la funzione di configurazione dell'applicazione presente nel PCM600. Per maggiori informazioni sugli ingressi e sulle uscite consultare la tabella con la panoramica degli ingressi/uscite e gli schemi dei terminali. Se il numero di ingressi e di uscite propri del relè non copre tutte le funzioni previste, il collegamento ad un modulo esterno di ingressi o uscite, es. RIO600, aumenta il numero di ingressi e uscite binari utilizzabili nella configurazione del relè. In questo caso, gli ingressi e le uscite esterni sono collegati al relè tramite IEC GOOSE per ottenere rapidi tempi di reazione fra il relè e l'unità RIO600. I collegamenti degli ingressi e delle uscite binari necessari fra il relè e le unità RIO600 possono essere configurati in un software PCM600 e poi utilizzati nella configurazione del relè. ABB 15

16 Tabella 3. Tabella della panoramica degli ingressi/uscite Conf. Canali analogici Canali binari TA TV RTD/mA BI BO A 7 5 6/2 12(20) 1) 10(14) 1) 6/2 12(20) 2) 10(13) 2) 6/2(12/4) 3) ) Con modulo BIO0005 opzionale 2) Con modulo BIO0007 opzionale 3) Con modulo RTD0003 opzionale 16 ABB

17 17. Comunicazione della stazione Il relè supporta un'ampia gamma di protocolli di comunicazione, fra cui IEC 61850, IEC , Modbus e DNP3. Questi protocolli mettono a disposizione informazioni operative e controlli. Tuttavia, alcune funzioni di comunicazione, ad esempio la comunicazione orizzontale fra i relè di protezione, sono abilitate esclusivamente dal protocollo di comunicazione IEC L'implementazione della comunicazione IEC supporta le funzioni di monitoraggio e controllo. Utilizzando il protocollo IEC è inoltre possibile accedere alle impostazioni dei parametri, alle registrazioni dell'oscilloperturbografo e alle registrazioni di guasto. Le registrazioni di guasto sono disponibili per qualsiasi applicazione basata su Ethernet nel formato di file standard COMTRADE. Il relè supporta il simultaneo reporting di eventi a cinque diversi client nel bus della stazione. Il relè è in grado di scambiare segnali con altri relè che utilizzano il protocollo IEC I relè sono in grado di inviarsi reciprocamente segnali (cosiddetta comunicazione orizzontale) utilizzando il profilo GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) IEC Il sistema di messaggi GOOSE binario può, ad esempio, essere impiegato per espletare le normali funzioni di protezione e interblocco. Il relè di protezione soddisfa i requisiti di performance GOOSE per le applicazioni di sgancio nelle sottostazioni di distribuzione, come definito dalla norma IEC Inoltre, il relè supporta l'invio e la ricezione di valori analogici utilizzando il sistema di messaggi GOOSE. Il sistema analogico di messaggi GOOSE consente il rapido trasferimento di valori di misura analogici tramite il bus della stazione, facilitando in tal modo ad esempio la condivisione di valori d'ingresso RTD, ad esempio i valori della temperatura circostante, con altre funzioni del relè. Per la soluzione Ethernet ridondante, il relè offre un modulo di comunicazione a fibre ottiche che presenta due interfacce di rete Ethernet ottiche e una galvanica. In alternativa, il relè presenta un modulo di comunicazione galvanica con due interfacce di rete Ethernet galvaniche e una ottica oppure tre interfacce galvaniche. La terza interfaccia Ethernet offre la connettività per altri dispositivi Ethernet al bus della stazione IEC all'interno di uno stallo. La soluzione ridondante può essere applicata al protocollo IEC basato su Ethernet, Modbus e DNP3. La ridondanza della rete Ethernet può essere ottenuta utilizzando il protocollo di ridondanza continua ad elevata disponibilità (HSR) oppure il protocollo di ridondanza parallela (PRP) o ancora con un anello autoripristinante utilizzando RSTP in switch gestiti. La ridondanza Ethernet può essere applicata a tutti i protocolli IEC basati su Ethernet, Modbus e DNP3. La norma IEC definisce una ridondanza di rete che migliora la disponibilità del sistema per la comunicazione della sottostazione. La ridondanza di rete si basa su due protocolli complementari definiti nella norma IEC : protocolli PRP e HSR. Entrambi i protocolli sono in grado di eludere il guasto di una connessione o di uno switch con un tempo di commutazione pari a zero. In entrambi i protocolli ogni nodo di rete presenta due porte Ethernet identiche dedicate ad una connessione di rete. I protocolli si basano sulla duplicazione di tutte le informazioni trasmesse e offrono un tempo di commutazione pari a zero in caso di guasto delle connessioni o degli switch, pertanto soddisfano tutti i severi requisiti di tempo reale dell'automazione della sottostazione. Nel PRP ogni nodo di rete è collegato a due reti indipendenti che funzionano in parallelo. Le reti sono completamente separate per garantire l'indipendenza dai guasti e possono avere diverse topologie. Le reti funzionano in parallelo, pertanto garantiscono un recupero a tempo zero e un controllo continuo di ridondanza per evitare guasti. ABB 17

18 COM600 SCADA Switch Ethernet IEC PRP Switch Ethernet REF615 REF620 RET620 REF615 GUID-334D26B1-C3BD-47B6-BD9D A5E9D V1 IT Figura 7. Soluzione con protocollo di ridondanza parallela (PRP) L'HSR applica il principio PRP del funzionamento in parallelo ad un anello singolo. Per ogni messaggio inviato, il nodo invia due frame, uno attraverso ciascuna porta. Entrambi i frame viaggiano in direzioni opposte sull'anello. Ogni nodo inoltra i frame ricevuti da una porta all'altra per raggiungere il nodo successivo. Quando un nodo trasmittente originario riceve il frame che ha inviato, esso rifiuta il frame per evitare dei loop. L'anello HSR con relè della serie 620 supporta la connessione di un numero massimo di trenta relè. Se vengono collegati più di 30 relè, si raccomanda di dividere la rete in vari anelli per garantire le prestazioni delle applicazioni in tempo reale. COM600 SCADA Dispositivi che non supportano HSR Switch Ethernet Scatola di ridondanza Scatola di ridondanza Scatola di ridondanza IEC HSR REF615 REF620 RET620 REF615 GUID D-7FC8-49F3-A4FE-FB4ABB V1 IT Figura 8. Soluzione con ridondanza continua ad elevata disponibilità (HSR) La scelta fra i protocolli di ridondanza HSR e PRP dipende dalla funzionalità necessaria, dai costi e dalla complessità. La soluzione ad anello Ethernet autoripristinante consente la realizzazione di un anello di comunicazione economicamente vantaggioso controllato da uno switch gestito con il supporto del protocollo RSTP (rapid spanning tree protocol) standard. Lo switch gestito controlla la coerenza del loop, instrada i dati e corregge il flusso di dati nel caso di una commutazione 18 ABB

19 della comunicazione. I relè nella topologia ad anello fungono da switch non gestiti che trasmettono un traffico di dati indipendenti. La soluzione ad anello Ethernet supporta la connessione di un numero massimo di trenta relè di serie 620. Se vengono collegati più di 30 relè, si raccomanda di dividere la rete in vari anelli. La soluzione ad anello Ethernet autoripristinante evita problemi di singoli punti di guasto e migliora l'affidabilità della comunicazione. Client A Client B Rete A Rete B Switch Ethernet gestito con supporto del protocollo RSTP Switch Ethernet gestito con supporto del protocollo RSTP GUID-AB81C355-EF5D AE0-01DC076E519C V4 IT Figura 9. Soluzione ad anello Ethernet autoripristinante Tutti i connettori di comunicazione, ad eccezione del connettore della porta frontale, sono posizionati sui moduli di comunicazione opzionali integrati. Il relè può essere collegato a sistemi di comunicazione basati su Ethernet tramite il connettore RJ-45 (100Base-TX) o il connettore LC a fibre ottiche (100Base-FX). Se è richiesta la connessione ad un bus seriale, può essere utilizzato il terminale a vite RS-485 a 10 pin oppure il connettore ST a fibre ottiche. L'implementazione del Modbus supporta le modalità RTU, ASCII e TCP. Oltre alla funzione standard Modbus, il relè supporta il recupero di eventi con timestamp (registro cronologico degli eventi), la modifica del gruppo di impostazioni attive e il caricamento delle ultime registrazioni di guasto. Se viene utilizzata una connessione Modbus TCP, cinque client possono essere collegati simultaneamente al relè. Inoltre, Modbus seriale e Modbus TCP possono essere utilizzati in parallelo; se necessario, possono funzionare simultaneamente sia il protocollo IEC che Modbus. L'implementazione IEC supporta due connessioni bus seriali parallele a due diversi master. Oltre alla funzione standard di base, il relè supporta la modifica del gruppo di impostazioni attive e il caricamento delle registrazioni dell'oscilloperturbografo nel formato IEC Inoltre, il formato IEC può essere utilizzato contemporaneamente al protocollo IEC DNP3 supporta sia la modalità TCP sia la seriale per la connessione ad un master. Inoltre, è supportata la modifica del gruppo di impostazioni attive. DNP3 può essere utilizzato contemporaneamente al protocollo IEC Se il relè utilizza il bus RS-485 per la comunicazione seriale, sono supportate sia connessioni a due che a quattro fili. Resistente terminali e resistenze pull-up e pull-down possono essere configurate con dei jumper sulla scheda di comunicazione in modo da rendere superflue resistenze esterne. Il relè supporta i seguenti metodi di sincronizzazione temporale con una precisione di 1 ms: Basata su Ethernet: il protocollo SNTP (Simple Network Time Protocol) Con cablaggio di sincronizzazione temporale speciale: lo standard IRIG-B (Inter-Range Instrumentation Group - codice di tempo formato B) Inoltre, il relè supporta la sincronizzazione temporale tramite i seguenti protocolli di comunicazione seriale: ABB 19

20 Modbus DNP3 IEC Tabella 4. Interfacce e protocolli di comunicazione per stazione supportati Interfacce/Protocolli Ethernet Seriale 100BASE-TX RJ BASE-FX LC RS-232/RS-485 ST a fibre ottiche IEC MODBUS RTU/ASCII - - MODBUS TCP/IP - - DNP3 (seriale) - - DNP3 TCP/IP - - IEC = Supportato 20 ABB

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