Fakta-fakta tentang relay numerik yang harus diketahui setiap insinyur listrik.

Sejarah Relay Numerik

Perangkat proteksi pertama berbasis mikroprosesor digunakan pada tahun 1985. Penerimaan luas teknologi numerik oleh pelanggan dan pengalaman pengguna membantu mengembangkan relai numerik generasi kedua pada tahun 1990. Perangkat proteksi sistem tenaga modern dibangun dengan fungsi terintegrasi. Berbagai fungsi seperti proteksi, kontrol, pemantauan, dan pengukuran tersedia saat ini pada perangkat proteksi sistem tenaga numerik.

Selain itu, kemampuan komunikasi perangkat ini memfasilitasi kontrol jarak jauh, pemantauan, dan transfer data. Secara tradisional, relai proteksi elektromekanik dan statis menawarkan fungsi tunggal dan karakteristik tunggal, sedangkan proteksi numerik modern menawarkan fungsi ganda dan karakteristik ganda. Beberapa proteksi juga menawarkan karakteristik adaptif , yang secara dinamis mengubah karakteristik proteksi di bawah kondisi sistem yang berbeda dengan memantau parameter input.

Prinsip dan teknik pengukuran relai konvensional (elektromekanik dan statis) lebih sedikit dibandingkan dengan teknik numerik, yang dapat berbeda dalam banyak aspek seperti jenis algoritma proteksi yang digunakan, pengambilan sampel, pemrosesan sinyal, pemilihan perangkat keras, disiplin perangkat lunak, dll.

Relai numerik generasi pertama terutama dirancang untuk memenuhi karakteristik proteksi relai statis, sedangkan perangkat proteksi numerik modern mampu memberikan proteksi lengkap dengan fungsi tambahan seperti kontrol dan pemantauan . Perangkat proteksi numerik menawarkan beberapa keunggulan dalam hal proteksi, keandalan, dan pemecahan masalah serta informasi gangguan. Perangkat proteksi numerik tersedia untuk sistem pembangkitan, transmisi, dan distribusi.

Bagian-bagian berikut mencakup perangkat keras relai, perangkat lunak relai, karakteristik proteksi ganda, karakteristik proteksi adaptif, penyimpanan data, fitur instrumentasi, fitur pemeriksaan mandiri, kemampuan komunikasi, fungsi tambahan, ukuran, dan efektivitas biaya.

Daftar isi:

1. Perangkat Keras Relai

Relai numerik menggunakan prosesor sinyal digital (DSP) khusus sebagai perangkat keras komputasi, beserta perangkat lunak terkait. Tegangan dan arus relai dilewatkan melalui transformator isolasi. Input tegangan relai diturunkan dari tegangan nominal ke tingkat rendah yang ditentukan oleh rentang input ADC (konverter analog-ke-digital) .

Input arus ke relai diturunkan dari nominal 5/1 A dan dikonversi menjadi tegangan yang setara. Sinyal yang telah diturunkan ini difilter menggunakan filter low-pass untuk mencegah penggabungan komponen frekuensi tinggi ke dalam komponen frekuensi fundamental. Sinyal yang telah difilter dimultipleks menggunakan multipleks analog dan diperkuat, jika diperlukan, menggunakan penguat gain yang dapat diprogram. Sinyal analog yang telah dimultipleks kemudian diambil sampelnya dan dikonversi menjadi data digital menggunakan ADC.

Relay yang lebih kompleks menggunakan arsitektur multiprosesor di mana prosesor sinyal digital mengeksekusi perhitungan algoritma yang kompleks dan prosesor host melakukan semua tugas lainnya.

Komunikasi antar prosesor disediakan oleh memori dual-port. Memori flash digunakan untuk menyimpan program dan RAM (memori akses acak) digunakan untuk penyimpanan sementara variabel, informasi target, dan osilografi. Input dan output kontak, antarmuka pengguna (keyboard dan layar kristal cair), dan port komunikasi serial (RS-232 dan RS-485) dihubungkan ke prosesor host.

Prosesor sinyal digital menjalankan berbagai algoritma pengolahan sinyal untuk memperkirakan beberapa parameter sinyal tegangan dan arus yang telah didigitalkan, dan mentransfernya ke memori dua port. Prosesor host menerima parameter ini dari memori dua port dan melakukan logika relai serta fungsi pengaturan waktu lainnya untuk menghasilkan sinyal keluaran trip atau alarm yang sesuai .

Prosesor host, yang berjalan di bawah sistem operasi multitasking, juga melakukan beberapa tugas lain termasuk komunikasi, pembaruan titik acuan, pembaruan target, dan antarmuka pengguna.

Menyediakan cadangan untuk komponen-komponen penting meningkatkan keandalan relai. Beberapa relai multifungsi digital menggunakan catu daya redundan. Kedua catu daya terus beroperasi dalam konfigurasi siaga aktif (hot stand-by), dan jika salah satu catu daya gagal, yang lain akan terus menyediakan daya yang dibutuhkan tanpa gangguan ke relai. Relai akan mengirimkan indikasi alarm tentang kegagalan catu daya untuk memperingatkan personel pemeliharaan.

Input sinyal analog (tegangan dan arus), input status kontak, dan sirkuit komunikasi dikondisikan dan dilindungi agar tahan terhadap kondisi listrik dan lingkungan yang keras di gardu induk dan pembangkit listrik. Desain input relai, output, dan sirkuit catu daya harus menyertakan penyaringan untuk mengurangi EMI (interferensi elektromagnetik) .

Metode utama untuk mengurangi tegangan AC induksi yang tidak diinginkan adalah dengan mengalirkan tegangan ini ke tanah menggunakan kapasitor . Komponen lain seperti varistor, induktor, dan manik ferit juga digunakan untuk menekan tegangan lonjakan dan interferensi elektromagnetik (EMI).

2. Perangkat Lunak Relay

Perangkat lunak yang disediakan dalam relay numerik umumnya diorganisasikan dalam serangkaian tugas yang beroperasi secara real-time. Komponen utamanya adalah sistem operasi real-time (RTOS) yang fungsinya untuk memastikan bahwa tugas-tugas lain dieksekusi sesuai kebutuhan dan berdasarkan prioritas. Perangkat lunak yang disediakan akan bervariasi berdasarkan fungsi spesifik relay berikut.

Perangkat lunak layanan sistem – Ini mengontrol input/output tingkat rendah untuk relai (yaitu driver untuk perangkat keras relai, urutan booting, dll.).
Perangkat lunak antarmuka HMI – Ini adalah perangkat lunak tingkat tinggi untuk berkomunikasi dengan pengguna melalui kontrol panel depan yang terhubung melalui tautan data ke komputer lain yang menjalankan perangkat lunak, penyimpanan, dan data pengaturan yang sesuai.
Perangkat lunak aplikasi – Ini adalah perangkat lunak yang mendefinisikan fungsi proteksi relai.
Fungsi tambahan – Perangkat lunak ini mengimplementasikan fitur lain yang ditawarkan pada relay. Keandalan perangkat lunak pada relay digital sangat penting untuk keandalan produk secara keseluruhan. Sebagian besar masalah perangkat lunak pada relay digital dapat disebabkan oleh kesalahan desain dan implementasi.

Perencanaan dan perancangan yang cermat sebelum pengkodean menghasilkan produk yang lebih andal. Rencana jaminan kualitas perangkat lunak harus dilaksanakan sepanjang program pengembangan produk. Rencana pengujian, dokumentasi, validasi perangkat lunak yang terperinci, dan program audit dapat sangat mengurangi kesalahan perangkat lunak. Verifikasi dan pengujian perangkat lunak pada relay multifungsi memberikan keandalan yang lebih besar.

Berikut adalah beberapa pengujian utama yang harus dilakukan pada berbagai fase desain relai multifungsi digital:

Pengujian simulasi algoritma relai
Pengujian fungsional statis
Pengujian fungsional dinamis
Pengujian terkait lingkungan dan perangkat keras
Instalasi dan pengujian di lokasi

Bacaan yang direkomendasikan: Pengoperasian relai proteksi menggunakan peralatan uji dan perangkat lunak

3. Karakteristik Perlindungan Ganda

Pada relay arus lebih dan gangguan tanah tipe Inverse definite minimum time lag (IDMTL) sederhana, tersedia berbagai karakteristik seperti NI, VI, El, LTI, dan DTL, dan karakteristik yang dibutuhkan dapat dipilih di lokasi.

4. Karakteristik Perlindungan Adaptif

Relai numerik dapat menyesuaikan diri dengan berbagai kondisi sistem dengan memantau besaran operasi dari input digital relai.

5. Penyimpanan Data

Pada relai numerik, penyimpanan data dilakukan dalam tiga format, yaitu catatan gangguan, catatan kejadian, dan catatan bentuk gelombang . Catatan gangguan memberikan informasi lengkap tentang gangguan, yaitu besaran arus gangguan, jenis gangguan, detail fase gangguan, dll., dengan penanda waktu. Selain itu, pada relai proteksi motor, informasi tambahan yang berkaitan dengan urutan positif, urutan negatif, arus ekivalen, dan arus selisih (antar fase) juga tersedia.

Demikian pula pada relay jarak, penentuan lokasi gangguan juga dimungkinkan. Catatan gangguan memberikan semua informasi tentang gangguan kepada personel pengoperasian. Catatan kejadian menyimpan di dalam relay semua perubahan yang terjadi dalam sistem seperti elemen proteksi, operasi pengaktifan dan penonaktifan, pengaktifan dan penonaktifan input dan output, serta perubahan pengaturan, dll.

Semua kejadian diberi cap waktu. Rekaman bentuk gelombang menyimpan nilai saluran analog dan digital selama pengoperasian relai atau sesuai permintaan. Rekaman ini memberikan sifat bentuk gelombang gangguan (transien) dan nilai sesaat, dll.

Selain itu, waktu pengoperasian relai dan waktu pengoperasian pemutus sirkuit juga dapat dihitung.

Rekaman ini juga dapat dikonversi ke format ‘comtrade’ , yang dengannya data dapat diputar kembali ke relai menggunakan sistem uji digital. Rekaman ini juga dapat dipicu dan dilihat secara manual untuk memverifikasi hubungan fasa selama commissioning. Rekaman ini juga dapat dimasukkan ke perangkat lunak penganalisis harmonik untuk mengetahui kandungan harmonik dalam besaran gangguan.

6. Instrumentasi

Relai numerik dilengkapi dengan fungsi pengukuran dan meteran yang dipasang pada panel terpisah dapat dihilangkan. Beberapa relai juga dapat memberikan fungsi meteran energi.

Relai ini menyediakan fasilitas pengukuran, di mana personel pengoperasian dapat melihat berbagai parameter secara daring, dan fitur pengukuran ini dapat digunakan sebagai alat yang berharga selama periode komisioning ketika injeksi primer dilakukan. Ini mungkin fungsi yang paling jelas dan paling sederhana untuk diimplementasikan, karena hanya membutuhkan sedikit waktu prosesor tambahan.

Nilai-nilai yang harus diukur oleh relay untuk menjalankan fungsi proteksinya telah diperoleh dan diproses. Oleh karena itu, menampilkan nilai-nilai tersebut pada panel depan , dan/atau mengirimkannya sesuai kebutuhan ke komputer/stasiun HMI jarak jauh, merupakan tugas yang mudah.

Sejumlah besaran tambahan dapat diturunkan dari besaran yang diukur, tergantung pada sinyal masukan yang tersedia. Besaran-besaran tersebut dapat meliputi:

Jumlah urutan (positif, negatif, nol)
Daya, daya reaktif, dan faktor daya
Energi (kWh, kvarh)
Permintaan maksimum dalam suatu periode (kW, kvar; nilai rata-rata dan puncak)
Besaran harmonik
Frekuensi
Suhu /Status RTD
Informasi start motor (waktu start, jumlah total start/reakselerasi, total waktu berjalan)
Jarak ke patahan

Akurasi nilai terukur hanya akan sebaik akurasi transduser yang digunakan (VT, CT, konverter A/D, dll.). Karena CT dan VT yang digunakan untuk fungsi proteksi mungkin memiliki spesifikasi akurasi yang berbeda dari yang digunakan untuk fungsi pengukuran, data tersebut tidak dapat cukup akurat untuk keperluan tarif.

Namun, data tersebut cukup akurat bagi operator untuk menilai kondisi sistem dan mengambil keputusan yang tepat.

Pada relay proteksi motor, mode instrumentasi juga dapat menampilkan status motor, waktu trip (selama kondisi abnormal), waktu start (jika proteksi terkunci), waktu start terakhir, arus start terakhir, nilai arus positif, negatif, selisih, dan lain sebagainya.

7. Fitur Pemeriksaan Mandiri

Diagnostik mandiri adalah salah satu fitur terpenting dari relai numerik ; fitur ini tidak tersedia pada desain relai elektromekanik maupun statis. Kemampuan untuk mendeteksi dan memperbaiki kegagalan sebelum sistem proteksi harus beroperasi berbeda dengan sistem proteksi tradisional di mana kegagalan relai tetap tidak terdeteksi sampai relai tersebut gagal beroperasi dengan benar selama suatu kejadian atau sampai pengujian pemeliharaan berikutnya.