SSG
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SSG000\08
12-2005
Scheda misura analogica
La scheda contiene i circuiti necessari per eseguire l'elabo-
razione analogica dei segnali, in modo da consentire ai due
microcontrollori di raggiungere le prestazioni richieste in termini
di velocità di esecuzione e di precisione di misura. In particolare
sono previsti:
- circuiti di filtraggio antialiasing,
- circuiti di filtraggio passa banda per la corrente e la tensione
residue,
- circuiti di amplificazione per il condizionamento dei segnali
d'ingresso,
- circuiti di regolazione delle tensioni di riferimento per i
convertitori A/D di misura.
I segnali relativi alle tre tensioni concatenate e alle tre correnti
di fase, attraverso i filtri d'ingresso, vengono applicati agli ingressi
del multiplexer. Il segnale d'uscita, attraverso uno stadio buffer,
perviene agli stadi di amplificazione che sono schematizzati nel
disegno soprastante. Gli otto canali di misura così generati
determinano l'ampliamento della capacità di misura del conver-
titore A/D a 10 bit: oltre a misurare distintamente le polarità
positiva e negativa, si ottiene una risoluzione di conversione
adeguata su tutto il campo di lavoro utile della protezione (da 0.2
a 40
I
N
).
Ogni segnale viene campionato alla frequenza di 32 campioni
per ciclo (1.6 kHz per la frequenza nominale di 50 Hz) mediante
un sistema a doppia conversione che consente di selezionare ad
ogni lettura il canale di misura che assicura la migliore risoluzio-
ne. Il criterio di misura di tipo bipolare (il raddrizzatore viene
realizzato in modo digitale) consente di misurare con precisione
anche segnali aventi una componente unidirezionale, quali le
correnti transitorie con esponenziale sovrapposta, che si manife-
stano tipicamente al momento del guasto.
Un apposito ciclo di misura controlla periodicamente
l'azzeramento dei canali analogici d'entrata e ne corregge auto-
maticamente gli eventuali scostamenti, dovuti a deriva termica o
invecchiamento dei componenti.
I segnali relativi alla corrente e alla tensione residua sono
applicati agli appositi filtri passa banda: essi provvedono ad
attenuare le eventuali armoniche o subarmoniche, che sono
facilmente presenti all'uscita dei trasformatori di misura per le
componenti residue installati negli impianti elettrici. I segnali
sono amplificati secondo diversi fattori di scala al fine di coprire
tutto il campo utile di misura; sono quindi raddrizzati e filtrati per
essere infine applicati al convertitore A/D del secondo
microcontrollore. Un apposito circuito squadratore fornisce al
microcontrollore le informazioni relative allo sfasamento tra i due
segnali di tensione e corrente residua.
Scheda digitale
La scheda digitale contiene i seguenti componenti principali:
- due microcontrollori,
- memorie di programma (EPROM),
- memoria dati (RAM),
- memoria non volatile (EEPROM),
- indicatore alfanumerico a 16 caratteri,
- circuiti ausiliari (reset, oscillatore, comunicazione),
- circuiti di orologio - calendario con relativo condensatore di
mantenimento,
- circuiti d'ingresso e di uscita (latch, drivers).
Analog circuit board
The board contains the circuits which are necessary to perform
the analogic signal processing so to allow both microcontrollers
to achieve the required performance in terms of speed of execution
and accuracy of measurement. In particular the following circuits
are provided:
- antialiasing filtering circuits,
- band-pass filtering circuits for the residual current and
voltage signals,
- amplification circuits for the processsing of the input signals,
- circuits for adjusting the reference voltages for the A/D
measuring converters.
The signals corresponding to the three line-to-line voltages
and the three line currents, coming out from the input filters, are
applied to the multiplexer inputs. The output signal is sent, through
a buffer stage, to the amplification stages which are illustrated in
the above schematic drawing: eight measuring channels, each
one with a different gain, are so available. They encrease the
measuring capacity of the 10-bit A/D converter: it can so measure
individually both positive and negative polarities and achieve a
resolution of the conversion, which is satisfactory all over the
effective range of the protection ( 0.2 to 40
I
N
).
Each signal is sampled at a frequency of 32 samples per cycle
(1.6 kHz for the nominal frequency of 50 Hz) by means of a dual
conversion process which allows to select at each reading the
measuring channel ensuring the highest resolution. The bipolar
type measuring process (with digital-type rectifier) allows a
precise measurement as well for signals which have a unidirec-
tional component, such as transient currents with superposed
exponential component, which typically arise when a fault occurs.
A suitable measuring cycle periodically checks the zero
setting of the input analog channels and automatically corrects
their possible deviations due to thermal drift or ageing of
components.
The signals corresponding to the residual current and voltage
are applied to the band-pass filters: they cut out the harmonic and
sub-harmonic frequencies, which can be developped in the
residual circuits of the measuring transformers employed in the
electric installations. The signals are amplified according to a
number of different scale factors, in order to cover all the effective
measuring range; then they are rectified and filtered so as to be
processed by the A/D converter of the second microcontroller. A
suitable squaring circuit delivers to the microcontroller the infor-
mation regarding the phase difference between the two signals of
the residual voltage and current.
Digital board
This board is made up of the following main components:
- two microcontrollers,
- program memories (EPROM),
- data memory (RAM),
- non-volatile memory (EEPROM),
- 16-digit alphanumeric indicator,
- auxiliary circuits (reset, oscillator, communication),
- Real Time Clock circuits with relevant back-up capacitor,
- input and output circuits (latch, drivers).
The digital board provides for the following input and output
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