simulacija tzt
TRANSCRIPT
Visoka škola tehničkih strukovnih studija
Čačak Specijalističke studije
Softverski alati
Seminarski rad
Tema: Simulacija zaštite transformatora od visoke
temperature
Profesor Student
Vlade Urošević Siniša Vukojević 05/2013-s
2
Sadržaj 1.Uvod ........................................................................................................... 2
2. Labview okruženje..................................................................................... 4
3.Zagrevanje transformatora ......................................................................... 5
4.Simulacija zaštite transformatora od povišene temperature...................... 7
4.1 Alati koje samkoristio za simulaciju ...................................................... 7
4.2 Front panel ........................................................................................... 9
4.3 Blok dijagram ...................................................................................... 11
5.Zaključak .................................................................................................. 13
6.Autor ......................................................................................................... 14
3
1.Uvod
Ekonomičnost i velike mogućnosti koje pruža PC računar doveli su do revolucije u
oblasti merenja, automatizacije i instrumetacije. Da bi se povećala produktivnost i
olakšao rad inženjerima i naučnicima počelo se sa povezivanjem instrumenata i PC
računara, kako bi se podaci mogli prebaciti sa instrumenta na PC računar za dalju
obradu i prezentaciju. Ovo je bio početak novog koncepta poznatog pod nazivom
virtuelna instrumentacija.
Dalji razvoj virtuelne instrumentacije bio je fokusiran ka PC računaru. Počelo se sa
razvojem instrumentacionog hardvera u formi akvizicionih modula (kartica) za direktno
povezivanje na zajedničku magistralu personalnog računara. Ove kartice su preko
drajverskog softvera povezane sa aplikacionim razvojnim softverima. Korisnici sada
imaju kontrolu nad funkcionalnošću svoje merne aplikacije. Ona nije više ograničena sa
funkcionalnošću koju definiše proizvoĎač, što je slučaj kod klasičnih ureĎaja. Virtuelni
instrument koristi standardni računar otvorene arhitekture, njegovu memoriju i
raznovrsne mogućnosti za prezentaciju, dok specijalizovani hardverski modul za
akviziciju i/ili generisanje signala povezan na otvorenu, standardizovanu magistralu
računara, definiše osnovne karakteristike instrumenta. Funkcije ureĎaja definiše sam
korisnik.
Koncept virtuelne instrumentacije je postavila firma National instruments koja je vodeća
firma u svetu po pitanju PC baziranih merno-akvizicionih sistema.
Najpoznatiji softver za grafičko programiranje jeste LabVIEW firme National
Instruments.
4
2. Labview okruženje LabVIEW je grafički orijentisan programski jezik koji koristi ikonice umesto teksa za
kreiranje aplikacija. LabVIEW - Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench.
Umesto pisanih instrukcija, koristi se tok podataka (data-flow) dijagram za pisanje
koda. Sastoji se iz front panela(slika 2.1) u kome se projektuje korisnički interfejs i block
diagram-a(slika 2.1) u kome se programira kod. U LabVIEW- u, korisnički interfejs se
pravi koristeći već gotov set kontrola, indikatora i objekata (prekidači, grafici, digitalne
kontrole). Kada se isprojekuje interfejs, tada se u block diagram prozoru „piše kod‟. Blok
dijagram predstavlja mesto gde se “piše kod” - logički se povezuju kontrole i uslovi
izvršavanja programa.
Slika 2.1
U blok dijagramu se koristi tok podataka (data flow), a ne sekvencijalne instrukcije kao u
tekstualnim programskim jezicima. Upravo tok podatak odreĎuje redosled izvršavanja
delova programa.
5
3.Zagrevanje transformatora Pri procesu preobražaja električne energije u transformatoru jedan deo energije se
pretvara u toplotu, što sa stanovišta korisnika predstavlja gubitke. Toplota proizvedena
gubicima zagreva delove transformatora (magnetno kolo, namotaje, izolaciju, sud) i
izaziva porast njihove temperature u odnosu na okolnu sredinu (ambijent). U odnosu na
gubitke usled magnećenja ("gubici u gvožĎu"), gubici u usled opterećenja ("gubici u
bakru") su značajniji po veličini i posledicama, zato što izolacija provodnika namotaja
predstavlja najosetljiviji deo transformatora s obzirom na toplotna naprezanja. Porast
temperature, u opštem slučaju, zavisi od veličine i vremenske funkcije opterećenja
(trajni rad, ciklični rad i rad u vanrednim uslovima) i načina i efikasnosti hlaĎenja. Sa
porastom snaga transformatora problem zagrevanja postaje sve izraženiji, jer su gubici
približno srazmerni sa zapreminom, a odvoĎenje toplote sa površinom. Ograničenja
temperature su različita za razne materijale. Kao što je već istaknuto, najosetljivija je
izolacija provodnika, koja sa vremenom stari, tj. smanjuje joj se kvalitet I to utoliko brže
ukoliko joj je veća temperatura na kojoj se nalazi. Dakle, vek trajanja izolacije zavisi od
radne temperature mašine. Srednja vrednost veka trajanja današnjih transformatora
iznosi nekoliko decenija. Naznačena snaga je ona koja je istaknuta na natpisnoj pločici,
to jest ona za koju je transformator deklarisan. Stvarna snaga je ona pri kojoj je
zagrevanje transformatora jednako dozvoljenom. Sa stanovišta korisnika prihvatljivo je
da stvarna snaga bude veća od naznačene snage, tj. da se transformator može
opteretiti većom snagom u odnosu na deklarisanu.
Slika 3.1
6
Transformator u mom primeru je suvi transformator (slika 3.1), snage1000kVA i ima
vazdušno hlaĎenje. Njegova temperature zavisi od temperature okoline i najviše od
stanja magnetnog kola.
Merenje temperature magnetnog kola vršimo pomoću otpornog termoelementa Pt100
(slika 3.2). Termoelement radi na principu promene otpornosti srazmerno sa promenom
temperature. Zbog mogućnosti promene otpora potrbno je promenu otpora pretvoriti u
promenu struje radi prenosa na daljinu. To se vrši pomoću R/I pretvarača(slika 3.3)
jednosmerne struje, a strujni signal je od 4-20mA. Pored strujnog podešavanja potrbno
je podeseti I opseg merenja temperature, u ovom slučaju je od 0-120C̊
Slika 3.2 Slika 3.3
7
4.Simulacija zaštite transformatora od povišene temperature
4.1 Alati koje samkoristio za simulaciju
MeĎu mnoštvom alata koje nam nudi Labview za realizaciju željenih simulacija, ja sam
iskoristio samo jedan deo za ovaj rad, koje ću prezentovati.
Prve alate koje ću predstaviti iskoristio sam u Front panel-u i u pitanju su numeričke
kontrole(slika 4.1).
Slika 4.1
Iz numeričkih kontrola iskoristio sam “Knob” za zadavanje mA signala koji simulira
izlazni signal iz pretvarača(transmitera) R-I. Iz numeričkih indikatora iskoristio sam tri
alata. Prvi je “Meter” koji mi služi za pokazivanje koliko zadajemo mA, drugi je “Gauge”
koji kao i treći alat “Thermometer” pokazuje koja je temperature za odreĎen mA signal.
Iz dela “LEDs” iskoristio sam dva “Round LED” od kojih jedan signalizira povišenu
temperature, a drugi isključenje transformatora.
8
Da bih ostvario željenu simulaciju u Blok dijagramu je potebno isprogramirati simulaciju
na osnovu vrednosti koje zadajemo. Objekti koji se nalaze na front panelu predstaljeni
su u blok dijagramu kao terminali Povezivanje kontrola (ožičavanje) i dodavanjem
različitih programskih funkcija formira se programski kod LabVIEW-a. Od alata sam
prvo iskoristio “While” petlju(slika 4.2).
Slika 4.2
While petlja (prikazana na slici) je predstavljena kao kvadrat sivih zadebljanjih stranica.
Ovaj kvadrat može proizoljno da se smanjuje ili povećava. Sve što se nalazi unutar
kvadrata predstavlja programski kod koji se izvršava unutar While petlje. Petlja se
izvršava dok nije zadovoljen uslov. Uslov za zaustavljanje petlje se zadaje preko
kondicionog terminala (conditional) koji je Boolean tipa Index terminal vrši brojanje
iteracija While petlje. While petlja se ne može zaustaviti naredbom koja se zadaje van
petlje u trenutku izvršenja.
LabVIEW poseduje implemeniran veliki broj funkcija koje vrše numeričke operacije.Na
slici 4.3 je prikazana paleta Numeric (Function>>Numeric) u kojoj se mogu naći
osnovne funkcije za sabiranje oduzimanje, množenje, korenovanje, trigonometrijske
funkcije, logaritamske funkcije, rad sa kompleksnim brojevima i druge.
9
Slika 4.3
Od numeričkih funkcija koje sam iskoristio za ovu simulaciju su funkcije sabiranja i
oduzimanja.
U funkcije za komparaciju(slika 4.4) spadaju standardne funkcije koje su podržane i u
tekstualnim programskim jezicima. To su: veće, manje, jednako, različito, jednako nuli i
druge. Primena ovih funkcija je veoma česta pri konroli izvršenja toka programa.
Slika 4.4
Od funkcija za kormparaciju iskoristio sam funkciju “Greater?” dva puta. Kod poreĎenja
temperature za signalizaciju i kod poreĎenja temperature za isključenje.
4.2 Front panel
U front panelu nalazi se komanda kojom simuliramo mA signal, pokazivači, signalne
lampice. Taj signal se na pokzivačima temperature prikazuje kao vrednost temperature
za tu zadatu vrednost. Primer: sredina mA opsega je 12mA i tada termometar pokazuje
sredinu temperaturnog opsega od 60C̊. To je ujedno i prva slučaj simulacije koji ću
10
prikazati. Transformator je u ustaljenom režimu rada( slika 4.5) i ima standardnu
vrednost temperature.
Slika 4.5
Drugi primer simulacije je kada transformator zbog preopterećenja ili nekih drugih
razloga radi sa povišenom temperaturom. Za povišenu temperaturu smatramo vrednost
veću od 80C̊(Slika 4.6).
11
Slika 4.6
Treći primer simulacije je kada transformator ima jako povišenu temperature i kada
zaštita treba da odregaju u vidu javljanja signala i isključenju transformatora(Slika 4.7)
Slika 4.7
4.3 Blok dijagram
U blok dijagramu imamo elemente( alate) pomoću kojih zadati mA signal pretvara u
temperaturnu vrednost. Pošto je opseg pretvarača 4-20mA, zadatu vrednost prvo
oduzimamo sa brojem 4. Pa onda pošto je opseg merenja 0-120̊C, a pretvarač ima 16
podeoka opseka, zadatu vrednost koja je predhodno oduzeta sa 4 množimo sa brojem
7,5 i dobijamo vrednost temperature. Za signal povišene temperature vršimo poreĎenje
sa signalom koji je oduzet sa brojem 4 i ako je veće od 10,66mA( na skali 14,66mA)
javlja se signal u vidu paljenja crvene lampice.
12
Slika 4.8
Pošto isključenje ide na 105̊C odnosno za zadatu vrednost od 18mA(14mA oduzeto)
javlja se signal isključenja u vidu paljenja crvene lampice I delovanja na prekid simlacije.
13
5.Zaključak Labview program za simuliranje omogućava nam , izmeĎu ostalog pored svoje široke
palete mogućnosti, da simuliramo neke delove pogona koji sun am potrebni za lakše
obavljanje posla. Konkretno u mom primeru, Labviem mi je pomogao da programiram
ispitivanje termozaštite transformatora. Termozaštita transformatora važna je zbog više
stvari. Važna je i zbog toga što nam temperature govori o tome koliko je opterećenje
transformatora; važno je da reaguje na visoke vrednosti temperature da ne bi došlo do
oštećenja izolacije izmeĎu namotaja i onesposabljavanju transformatora na duže
vreme, što bi dovelo i do problema snabdevanja potrošača.
14
6.Autor
Vukojević Siniša, roĎen 13.9.1983. godine u Beogradu. Završio Tehničku školu u
Obrenovcu-Elektrotehnika 2002.godine. Diplomirao na Visokoj školi tehničkih
strukovnih studija u Čačku, smer elektroenergetika 2009.godine. Zaposlen u PD “PRO-
TENT” kao elektromeničar u održavanju TE “Nikola Tesla” u Obrenovcu. Oženjen, dvoje
dece.