DIPLOMITYÖESITELMÄ. VALOKAARISUOJAN KEHITTÄMINEN FPGA-TEKNIIKALLA Laajennuskortti VAMP 50 -suojareleeseen. Vaasassa

Transkriptio

1 DIPLOMITYÖESITELMÄ VALOKAARISUOJAN KEHITTÄMINEN FPGA-TEKNIIKALLA Laajennuskortti VAMP 50 -suojareleeseen Vaasassa Toni Harju Vaasan yliopisto

2 Käsiteltäviä kohtia Taustatietoa Työn vaatimukset Valokaarisuojakortin kytkentä Kortin FPGA-ohjelma Suojareleen ohjelmaan tehty lisäys Työssä toteutettu analysaattori

3 VALOKAARI Valokaari on sähköpurkaus kahden sähköjohtimen välillä. Syttyessään valokaari synnyttää muun muassa: Runsaasti lämpösäteilyä Voimakkaan paineaallon Myrkyllisiä metallihöyryjä Mittavia vaurioita hyvin nopeasti sekä henkilöille että rakenteille

4 VALOKAARISUOJAUS Pyrkii vähentämään valokaaren haittoja Sammuttaa valokaaren katkaisemalla valokaarta syöttävän virran Estää oikein mitoitettuna kojeiston tuhoutumisen valokaaren syttyessä

5 VAMP VALOKAARISUOJARELE Lyhyt toiminta-aika Varmatoiminen Omat virtamuuntajat Ei omia valokaariantureita Ei tue etäkäyttöä

6 VAMP 221 -JÄRJESTELMÄN Ovat edullisia Muodostavat isäntälaitteen kanssa jous- tavan järjestelmän KESKITINYKSIKÖT Eivät kykene itsenäiseen toimintaan

7 VAMP 50 -SUOJARELE Monipuoliset liitynnät Voidaan etäkäyttää Sisältää monia eri suojaustoimintoja Valokaarisuojaan nähden pitkä toimintaaika

8 TYÖN VAATIMUKSET Liityntä VAMP 221 -järjestelmään Laaja aseteltavuus, etäkäyttö Kolme omaa valokaarianturia Väyläliityntöjen galvaaninen erotus Itsenäinen suojaustoiminta

9 VALOKAARISUOJAKORTIN OSAKOKONAISUUDET

10 KORTIN KÄYTTÖJÄNNITTEET Kortilla käytetään viittä eri käyttöjännitettä Osa jännitteistä tehdään lineaaristen jänniteregulaattoreiden avulla Osa jännitteistä tuotetaan hakkuritekniikan avulla

11 VALOKAARIANTURILIITYNNÄT Liityntä mittaa anturin vaatimaa virtaa Riittävän suuri virta tulkitaan valokaareksi Liian pieni tai suuri virta tulkitaan viaksi

12 YLIVIRTATIEDON TULKITSEMINEN Virtatieto tuodaan valokaarisuojakortille analogisena signaalina FPGA tuottaa pulssijonon, josta saadaan vertailutaso Jännitteitä vertaillaan komparaattorilla, joka ilmoittaa virran ylityksestä

13 SARJALIITYNNÄT Viestiliikenne VAMP 221 -järjestelmän kanssa Valokaari- ja virtatiedot siirtyvät hälytysväylän kautta Väyläliitynnät on erotettu optisesti muusta järjestelmästä

14 KORTIN FPGA-OHJELMA Vastaa valokaarisuojauksen toteuttamisesta Pystyy toimimaan itsenäisesti Välittää VAMP 221 -järjestelmän viestit suojareleelle tulkittavaksi Näkyy suojareleeseen joukkona rekistereitä

15 SISÄINEN VÄYLÄRAKENNE

16 LAUKAISUMATRIISI Näkyy muistina, jossa jokainen alkio vastaa yhtä matriisin pistettä Toimii ristikytkentänä valokaarisuojan syötteiden ja lähtöjen välillä Ei juurikaan kasvata järjestelmän toimintaaikaa

17 PULSSIJONOLÄHDÖT Pulssijonolähtö tuottaa pulssijonon, jonka keskiarvo vastaa haluttua analogista tasoa (vrt. PWM-signaali). Pulssijonolähtö muodostetaan Pulssijonolähtö muodostetaan yhdistämällä toisiinsa sopivasti muotoiltuja perusjonoja

18 Hoitaa sarjaliikenteen VAMP 221:n kanssa Sisältää 16-tasoisen lähetys- ja vastaanottopuskurin Toimii kiinteästi nopeudella 9600bps UART

19 HÄLYTYSVÄYLÄLIITYNTÄ Välittää valo- ja virtatiedot keskitinyksiköiden ja VAMP 221:n välillä Välittää neljä valotietoa ja yhden virtatiedon Vaatii erittäin nopeaa reagointikykyä

20 SUOJARELEEN OHJELMAAN Valokaarisuojakortin prosessifunktio hoitaa yhteydenpidon VAMP 221:n kanssa. Käyttöliittymän avulla kortin asetuksia voidaan muuttaa helposti. TEHTY LISÄYS

21 KÄSITELTÄVÄT ISÄNTÄLAITTEEN OHJAUSVIESTIT Asennusviesti 01 antaa käskyn päivittää antureiden kytkeytymistiedot. Virhekyselyllä 03 VAMP 221 kyselee kortin virheitä. Antureiden kytkentätiedon kyselyyn 02 kortti vastaa ilmoittamalla senhetkisen antureiden kytkentätiedon. Aktivointikyselyyn 04 vastataan antureiden aktivointitiedoilla. Nollausviesti 09 kuittaa kaikki keskitibnyksikön virheet.

22 HÄLYTYSVÄYLÄN Laajennuskortti pitää myös testata. Hälytysväylään ei ole yleistä liityntäraja- pintaa. Liitynnän testauksen helpottamiseksi työssä toteutettiin liitynnän analysaattori. ANALYSAATTORI

23 ANALYSAATTORIN PIIRILEVY

24 ANALYSAATTORIN OHJELMA

25 YHTEENVETO Suuritehoinen valokaari aiheuttaa mittavia vahinkoja hyvin nopeasti. Työssä toteutettiin valokaarisuojakortti, jolla VAMP 50 -sarjan suojareleisiin voidaan tuoda valokaarisuojaustoiminto. Valokaarisuojakortin testaamiseksi sen hälytysväyläliityntään tehtiin myös analysaattori, eli liityntärajapinta.

26 KIITOS TARKKAAVAISUUDESTA