SSG000\08
12-2005
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La scheda digitale comprende i seguenti segnali d'ingresso e
di uscita:
- 14 segnali analogici in ingresso ai due convertitori,
- un ingresso per la tensione di riferimento dei convertitori A/D
- ingressi logici per i segnali relativi al circuito di blocco, ai
circuti d'entrata digitale, ai circuiti di misura della corrente e della
tensione residua,
- ingressi logici per i segnali di ripristino iniziale e di controllo
autodiagnostico,
- un ingresso per i dati ricevuti dalla linea RS485,
- otto ingressi logici collegati ai pulsanti,
- un ingresso logico di predisposizione e collaudo (jumper),
- una uscita dati verso la linea RS485,
- tre segnali di pilotaggio del multiplexer,
- otto segnali logici di uscita per il pilotaggio dei relè finali, del
circuito di blocco e dei led.
I due microcontrollori eseguono ciascuno la propria parte
delle funzioni di misura e si scambiano le dovute informazioni
attraverso il circuito di comunicazione SPI.
Il primo microcontrollore, che potrebbe essere detto di servi-
zio, provvede alla misura delle tre tensioni e delle tre correnti di
fase: a tale scopo un'apposita routine viene ripetuta periodica-
mente 32 volte ad ogni ciclo della frequenza di rete. Nel corso di
tale routine il microcontrollore esegue le seguenti operazioni
principali:
- misura delle 6 variabili in entrata mediante il convertitore A/D,
- aggiornamento delle sommatorie, relative agli ultimi 32
campioni, dei valori assoluti delle variabili misurate,
- aggiornamento delle sommatorie, relative agli ultimi 32
campioni, dei valori delle correnti direzionali,
- aggiornamento dei segnali di riferimento per la determina-
zione delle componenti direzionali delle correnti,
- trasmissione dei valori detti sopra al microcontrollore prin-
cipale.
Un particolare algoritmo permette di ricavare, dalla misura
delle tre tensioni, tre segnali di riferimento in fase con la compo-
nente simmetrica di sequenza diretta delle tre tensioni; i segnali
di riferimento vengono quindi sfasati in ritardo dell'angolo
prestabilito per poter calcolare le componenti direzionali delle
correnti. Lo stesso algoritmo provvede anche a variare la frequen-
za di riferimento del microcontrollore, al fine di mantenere il
sincronismo anche in caso di piccole variazioni della frequenza
di rete. Il processo di elaborazione è tale per cui continua a
generare i detti segnali di riferimento anche quando un corto
circuito trifase in prossimità del punto d'installazione azzerasse
completamente le tre tensioni.
Il secondo microcontrollore, che può essere definito principa-
le, gestisce tutte funzioni del relè SSG, valendosi anche dei segnali
forniti dal microcontrollore di servizio.
Il programma che gestisce il funzionamento del
microcontrollore principale si compone di tre parti fondamentali
illustate nello schema a blocchi di fig. 23:
- programma PRINCIPALE,
- programma MISURA,
- programma COMUNICAZIONE.
I programmi firmware sopra indicati sono strutturati mediante
interruzioni operanti con diversi livelli di priorità.
L'interruzione di misura, determinata dall'orologio interno del
microcontrollore ad intervalli di 1 ms, ha priorità assoluta. Essa
signals:
- 14 analog input signals to two converters,
- an input for the reference voltage of both A/D converters,
- digital inputs for signals regarding the blocking circuit, the
digital input circuits, the measuring circuit for the residual current
and voltage,
- digital inputs for signals of initial reset and self-test monitoring,
- an input for data received through the RS485 network,
- eight logic inputs connected to the push-buttons,
- a logic input for presetting and test (jumper),
- one data output toward the RS485 network,
- three multiplexer drive signals,
- eight logic output signals for driving the final relays, the
blocking circuit and LED’s.
Each one of the microcontrollers carries out its own part of the
measuring functions; they exchange all the necessary information
through the SPI communication circuit.
The first microcontroller, which could be referred to as slave,
provides for the measurement of three voltages and three line
currents: to this end a suitable routine runs periodically 32 times
in a cycle of the mains frequency. During this routine the
microcontroller performs the following principal operations:
- measurement of 6 input signals through the A/D converter,
- up-dating of thesummations, made with the last 32 samples,
of the absolute values of the input variables,
- up-dating of thesummations, made with the last 32 samples,
of the values of the directional currents,
- up-dating of the reference signals necessary to determine the
directional components of the line currents,
- transmission of the above values to the master microcontroller.
A special algorithm allows to work out, from the measurement
of the three voltages, three reference signals with the same phase
of the positive sequence symmetrical component of the line
voltage; these reference signals are then lagged by a phase shift
corresponding to the preset phase angle, in order to compute the
directional components of the currents. The same algorithm
provides as well to control the reference frequency of the
microcontroller, so as to preserve the synchronism with the mains
frequency, even in case of small variations of that frequency. The
computing process is able to continue the generation of the above
reference signals after that a three-phase short circuit, close to
the installation position, could completely clear the line voltages.
The second microcontroller, which could be referred to as
master, manages all the functions of relay SSG; naturally in this
task it uses as well the signals submitted by the slave microcontroller.
The program controlling the operation of the master
microcontroller consists fundamentally of three parts, as shown
in the block diagram of fig. 23:
- MAIN program,
- MEASURE program,
- COMMUNICATION program.
The above firmware programs are structured with interruptions
working with different priority levels.
The measuring interruption, determined by the inner clock of
the microcontroller with intervals of 1 ms, has the highest priority.
It provides the system with timing and provides for the processing
of input signals as well as for the execution of all the functions
(comparing, timing, outputs, etc.) which are necessary for the
functioning of the protection relay. All operations are performed
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