Kody ANSI zabezpieczeń elektroenergetycznych

TL;DR

  • Kody ANSI to numery funkcji urządzeń i zabezpieczeń elektroenergetycznych, stosowane na schematach, w nastawach EAZ, opisach IED, protokołach testów i sygnalizacji HMI.
  • Historyczne źródło systemu to AIEE Standard No. 26 „Automatic Stations” z 1928 roku.
  • Numer ANSI nie jest nastawą, algorytmem ani typem aparatu. Numer ANSI opisuje funkcję, np. 51 = zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne AC.
  • W dokumentacji spotkasz zapis prosty, np. 52, zapis z sufiksem, np. 51N, oraz zapis łączony, np. 50/51.
  • Współczesny przekaźnik zabezpieczeniowy może realizować kilkanaście funkcji ANSI jednocześnie, dlatego na schemacie jeden IED bywa opisany listą numerów.

Na schemacie rozdzielni SN obok wyłącznika pojawia się czasem zapis 50/5151N59N67N albo 87T. Jeżeli traktujesz te liczby jak numer katalogowy urządzenia, interpretacja schematu zaczyna się sypać. Liczba ANSI opisuje funkcję zabezpieczeniową albo sterowniczą, a nie producenta, serię przekaźnika czy nastawę prądową.

Skąd wzięły się kody ANSI?

Na przełomie XIX i XX wieku sieci elektroenergetyczne rosły szybciej niż język opisu ich automatyki. Bezpieczniki topikowe były znane już wcześniej, ale przekaźniki ochronne szybko zaczęły przejmować funkcje wymagające decyzji: wykrycie przeciążenia, zwarcia, spadku napięcia, utraty wzbudzenia albo błędnej sekwencji pracy. W dokumentacji zaczęło brakować krótkiego, jednoznacznego sposobu nazwania funkcji urządzenia.

W latach 20. XX wieku mocnym impulsem były automatyczne stacje trakcyjne w USA. Stacje zasilające kolej miejską i podmiejską miały startować, zatrzymywać się i reagować na typowe stany awaryjne bez obsługi stojącej przy szafie. Schemat takiej stacji musiał pokazać, które urządzenie załącza obwód, które wprowadza zwłokę, które blokuje sekwencję, a które wyłącza układ po wykryciu nieprawidłowego stanu.

W 1928 roku American Institute of Electrical Engineers opublikował AIEE Standard No. 26 „Automatic Stations”. Dokument zawierał rozdział z numerami funkcji urządzeń i wymagał nanoszenia tych numerów przy symbolach na schematach oraz przy urządzeniach. Ten praktyczny język przeszedł później do rodziny C37 i jest znany jako system ANSI/IEEE C37.2. Właśnie dlatego kod 51 może mieć prawie sto lat, a nadal widzisz go w nowoczesnym przekaźniku zabezpieczeniowym.

Do czego służą kody ANSI w dokumentacji EAZ?

Kody ANSI porządkują komunikację między projektantem, producentem przekaźnika, osobą od nastaw, laboratorium testowym i utrzymaniem ruchu. Zapis 51P mówi krótko: zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne fazowe. Zapis 50BF mówi: funkcja awarii wyłącznika. Zapis 87T mówi: zabezpieczenie różnicowe transformatora.

Taka numeracja skraca opis bez utraty technicznej precyzji. W protokole FAT/SAT można napisać „pobudzenie 50N i wyzwolenie 86”, a osoba testująca rozumie, że chodzi o nadprądowe bezzwłoczne w torze neutralnym oraz przekaźnik blokady. Na schemacie jednokreskowym te same numery pokazują filozofię ochrony pola: nadprądowe, ziemnozwarciowe, kierunek, SPZ, różnicówka, synchronizacja albo blokada.

Numer ANSI nie zastępuje studium zwarciowego, koordynacji zabezpieczeń ani instrukcji producenta. Numer ANSI mówi „jaka funkcja”, a nastawy mówią „przy jakim prądzie, napięciu, czasie i logice funkcja ma zadziałać”.

Jak stosować kody ANSI przy czytaniu schematu?

Najpierw oddziel funkcję od aparatu. 52 oznacza wyłącznik AC, ale 50515967 i 87 opisują funkcje zabezpieczeniowe, które mogą być realizowane przez jeden przekaźnik zabezpieczeniowy. W starych układach jedna funkcja często oznaczała osobny przekaźnik elektromechaniczny. W nowoczesnej rozdzielnicy jeden przekaźnik zabezpieczeniowy może mieć równocześnie 50/51, 50N/51N, 67N, 79, 86 i rejestrację zakłóceń.

Następnie przeczytaj sufiks. Litera P zwykle wskazuje tor fazowy, N tor neutralny, G ziemię albo generator, T transformator, B szyny, L linię. Dlatego 51P i 51N nie są tym samym pomiarem, mimo że oba zaczynają się od numeru 51.

Na końcu sprawdź zapis łączony. 50/51 oznacza funkcję bezzwłoczną i zwłoczną w jednym układzie nadprądowym. 27/59 oznacza kryteria podnapięciowe i nadnapięciowe. 27TN/59N pojawia się przy ochronie ziemnozwarciowej stojana generatora. Zapis łączony nie podaje nastaw. Zapis łączony mówi, które funkcje są dostępne albo użyte w logice.

Gdzie znaleźć kody ANSI w praktyce?

Kody ANSI najczęściej znajdziesz na schematach jednokreskowych, schematach zasadniczych, opisach pól rozdzielnicy, tabliczkach funkcji w szafie zabezpieczeń, matrycach wyłączeń, listach sygnałów SCADA, ekranach HMI, plikach nastaw przekaźników oraz protokołach prób.

W dokumentacji producentów kody ANSI często występują obok nazw funkcji. Przykład: „50P Phase Instantaneous Overcurrent”, „51N Neutral Time Overcurrent”, „87T Transformer Differential”. W systemach opartych na IEC 61850 możesz zobaczyć równolegle nazwy węzłów logicznych, np. PTOC dla nadprądowego albo PDIF dla różnicowego. W praktyce inżynierskiej oba języki często działają obok siebie.

Jeżeli pracujesz z konkretnym obiektem, trzymaj się dokumentacji tego obiektu. Lista z PDF jest dobrym słownikiem ogólnym, ale o sposobie działania funkcji decyduje DTR przekaźnika, konfiguracja wejść pomiarowych, logika wyłączeń, nastawy i lokalna filozofia zabezpieczeń.

Słownik pojęć

PojęcieZnaczenie praktyczne
ANSI device numberNumer funkcji urządzenia lub zabezpieczenia, np. 51, 52, 87.
Funkcja zabezpieczeniowaLogika wykrywająca określony stan, np. za duży prąd, za małe napięcie, różnicę prądów albo utratę synchronizmu.
IEDMikroprocesorowe urządzenie elektroenergetyczne, które może realizować wiele funkcji ANSI jednocześnie.
SufiksLitera albo oznaczenie doprecyzowujące funkcję, np. N, P, G, T, BF.
Zapis łączonyZapis kilku funkcji w jednym miejscu, np. 50/51 albo 27/59.
HMIInterfejs operatorski, na którym sygnały alarmowe bywają opisane kodami ANSI.
SCADASystem nadzoru i sterowania, do którego trafiają sygnały z zabezpieczeń i automatyki.
FAT/SATPróby fabryczne i obiektowe, w których funkcje ANSI są testowane według protokołu.
52a / 52bOznaczenia styków pomocniczych wyłącznika związane ze stanem wyłącznika.
IEC 61850Standard komunikacji i modelowania danych w stacjach cyfrowych, często mapowany na funkcje ANSI.

Najczęstsze sufiksy i akronimy z listy ANSI

OznaczenieZnaczenie według listy źródłowej
_1składowa zgodna
_2składowa przeciwna
Aalarm albo zasilanie pomocnicze
BFawaria wyłącznika
Gziemia albo generator
Llinia albo logika
Nneutralny albo sieć
Pfaza albo pompa
Ttransformator
TDzwłoka czasowa
Xpomocniczy
Zimpedancja
AFDdetektor łuku elektrycznego
DFRcyfrowy rejestrator zakłóceń
HMIinterfejs człowiek-maszyna
PMUjednostka pomiaru synchrofazorów
PQMmonitor jakości energii
RTDrezystancyjny czujnik temperatury
RTUjednostka zdalna albo koncentrator danych
SERrejestrator sekwencji zdarzeń
TCMnadzór obwodu wyłączającego
VTFFuszkodzenie bezpiecznika przekładnika napięciowego

Wykaz kodów ANSI według funkcji

Kolumna IEC 60617 jest uzupełniona tylko tam, gdzie dostępne źródła podają czytelne oznaczenie dla danej funkcji.

KodNazwa angielska z plikuNazwa polskaIEC 60617
1Master Elementelement nadrzędny
2Time Delay Starting or Closing Relayprzekaźnik czasowy rozruchowy albo zamykający
3Checking or Interlocking Relayprzekaźnik kontrolny albo blokujący
4Master Contactorstycznik główny
5Stopping Deviceukład zatrzymania
6Starting Circuit Breakerwyłącznik rozruchowy
7Rate of Change Relayprzekaźnik szybkości zmian wielkości mierzonej
8Control Power Disconnecting Deviceodłącznik zasilania sterowania
9Reversing Deviceukład nawrotny
10Unit Sequence Switchprzełącznik sekwencji automatyki
11Multifunction Deviceprzekaźnik wielofunkcyjny
12Overspeed Device/Protectionzabezpieczenie od nadmiernej prędkości
13Synchronous-Speed Devicekontrola prędkości synchronicznej
14Underspeed Devicezabezpieczenie od zbyt niskiej prędkościIs²t, n<
15Speed or Frequency Matching Devicekontrola zgodności prędkości albo częstotliwości
16Communication Networking Deviceurządzenie komunikacyjne / sieciowe
17Shunting or Discharge Switchłącznik bocznikujący albo rozładowczy
18Accelerating or Decelerating Deviceczłon przyspieszania albo opóźniania sekwencji
19Motor Starter / Starting-to-Running Transition Contactorrozrusznik silnika albo stycznik przejścia rozruch-praca
20Electrically-Operated Valvezawór sterowany elektrycznie
21Distance Relayzabezpieczenie odległościowe
21GGround Distanceodległościowe ziemnozwarcioweFLOC
21PPhase Distanceodległościowe fazowe
22Equalizer Circuit Breakerwyłącznik obwodu wyrównawczego
23Temperature Control Devicekontrola temperatury
24Volts-per-Hertz Relay / Overfluxingzabezpieczenie V/Hz, przewzbudzenieU/f>, U/f>>
25Synchronizing or Synchronism-Check Devicesynchronizator albo kontrola synchronizmuSYNC
26Apparatus Thermal Devicekontrola termiczna aparatu
27Undervoltage Relayzabezpieczenie podnapięciowe3U<, 3U<<
27PPhase Undervoltagepodnapięciowe fazowe
27TNThird Harmonic Neutral Undervoltagepodnapięciowe trzeciej harmonicznej w punkcie neutralnym
27XAuxiliary Undervoltagepodnapięciowe pomocnicze
28Flame Detectordetektor płomienia
29Isolating Contactorstycznik separujący
30Annunciator Relayprzekaźnik sygnalizacyjny
31Separate Excitation Deviceukład wzbudzenia obcego
32Directional Power Relayzabezpieczenie mocowe kierunkoweP>/Q>
32LLow Forward Powerkontrola małej mocy czynnej w kierunku do przodu
32NWattmetric Zero-Sequence Directionalwatometryczne kierunkowe składowej zerowej
32PDirectional Powermocowe fazowe kierunkoweP>/Q>
32RReverse Powerzabezpieczenie od mocy wstecznejP
33Position Switchłącznik położeniowy
34Master Sequence Devicesekwencer główny
35Brush-Operating or Slip-ring Short Circuiting Deviceukład podnoszenia szczotek albo zwierania pierścieni ślizgowych
36Polarity or Polarizing Voltage Devicekontrola polaryzacji albo napięcia polaryzującego
37Undercurrent or Underpower Relayzabezpieczenie podprądowe / podmocowe3I<, P
37PUnderpowerzabezpieczenie podmocoweP
38Bearing Protective Device / Bearing Rtdzabezpieczenie łożysk / pomiar RTD łożysk
39Mechanical Condition Monitormonitoring stanu mechanicznego
40Field Relay / Loss of Excitationzabezpieczenie od utraty wzbudzeniaX<, X<<
41Field Circuit Breakerwyłącznik obwodu wzbudzenia
42Running Circuit Breakerwyłącznik pracy
43Manual Transfer or Selector Deviceręczny przełącznik wyboru albo przełącznik przełączeniowy
44Unit Sequence Starting Relayprzekaźnik sekwencji rozruchu
45Atmospheric Condition Monitorkontrola warunków środowiskowych
46Reverse-Phase or Phase Balance Current Relay or Stator Current Unbalancezabezpieczenie od asymetrii prądów / składowej przeciwnejI2>, I2>>
47Phase-Sequence or Phase Balance Voltage Relaykontrola kolejności faz / asymetrii napięćU1< U2> U1>
48Incomplete Sequence Relay / Blocked Rotorzabezpieczenie od przedłużonego rozruchu / zablokowanego wirnikaIs²t, n<
49Machine or Transformer Thermal Relay / Thermal Overloadzabezpieczenie przeciążeniowe cieplne3Ith>
49RTDRTD Biased Thermal Overloadzabezpieczenie przeciążeniowe cieplne z pomiarem RTD
50Instantaneous Overcurrent Relayzabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne3I>>>
50BFBreaker Failurelokalna rezerwa wyłącznikowa3I>/I0>BF
50GGround Instantaneous Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe ziemnozwarciowe bezzwłocznyI0>>>
50NNeutral Instantaneous Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne w torze neutralnymI0>>>
50PPhase Instantaneous Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe fazowe bezzwłoczne3I>>>
50_2Negative Sequence Instantaneous Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe składowej przeciwnejI2>>
51Ac Time Overcurrent Relayzabezpieczenie nadprądowe zwłoczne AC3I>
51GGround Time Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe zwłoczneI0>, I0>>
51NNeutral Time Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe zwłoczne w torze neutralnymI0>/SEF
51PPhase Time Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe fazowe zwłoczny3I>
51VVoltage Restrained Time Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe z kontrolą napięciaI(U)>, I(U)>>
51RLocked / Stalled Rotorzabezpieczenie od zablokowanego wirnika
51_2Negative Sequence Time Overcurrentzabezpieczenie nadprądowe zwłoczne składowej przeciwnejI2>
52Ac Circuit Breakerwyłącznik prądu przemiennegoI <-> O CB
53Exciter or Dc Generator Relayprzekaźnik wzbudnicy albo generatora DC
54Turning Gear Engaging Deviceukład załączania obracarki
55Power Factor Relaykontrola współczynnika mocy
56Field Application Relayprzekaźnik załączania wzbudzenia
57Short-Circuiting or Grounding Devicełącznik zwarciowy / uziemnik
58Rectification Failure Relayzabezpieczenie od uszkodzenia prostownika
59Overvoltage Relayzabezpieczenie nadnapięciowe3U>, 3U>>
59BBank Phase Overvoltagenadnapięcie fazowe baterii albo banku
59NNeutral Overvoltagezabezpieczenie nadnapięciowe składowej zerowejU0>, U0>>, U0>>>
59NUNeutral Voltage Unbalanceasymetria napięcia neutralnego
59PPhase Overvoltagenadnapięcie fazowe3U>, 3U>>
59XAuxiliary Overvoltagenadnapięcie pomocnicze
59_2Negative Sequence Overvoltagenadnapięcie składowej przeciwnej
60Voltage or Current Balance Relaykontrola niezrównoważenia napięcia albo prąduFUSEF
60NNeutral Current Unbalanceniezrównoważenie prądu neutralnego
60PPhase Current Unbalanceniezrównoważenie prądu fazowego
61Density Switch or Sensorczujnik gęstości
62Time-Delay Stopping or Opening Relayopóźnienie zatrzymania albo otwarcia
63Pressure Switch Detectorczujnik ciśnienia / zabezpieczenie ciśnieniowe
64Ground Protective Relaydetektor zwarć doziemnych / zabezpieczenie ziemnozwarciowe
64FField Ground Protectionzabezpieczenie ziemnozwarciowe obwodu pola
64SSub-harmonic Stator Ground Protectionsubharmoniczne zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana
64TN100% Stator Ground100% zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana
65Governorregulator turbiny / regulator prędkości
66Notching or Jogging Device/Maximum Starting Rate/Starts Per Hour/Time Between Startsograniczenie liczby rozruchów / czasu między rozruchamiIs²t, n<
67Ac Directional Overcurrent Relaykierunkowe zabezpieczenie nadprądowe AC3I>, 3I>>, 3I>>>
67GGround Directional Overcurrentkierunkowe ziemnozwarcioweI0> ->, I0>> ->
67NNeutral Directional Overcurrentkierunkowe nadprądowe w torze neutralnymI0>, I0>>, I0>>>
67PPhase Directional Overcurrentkierunkowe nadprądowe fazowe3I>, 3I>>, 3I>>>
67SGSensitive Ground Directional Overcurrentczułe kierunkowe ziemnozwarcioweI0>/SEF
67_2Negative Sequence Directional Overcurrentkierunkowe nadprądowe składowej przeciwnej
68Blocking Relay / Power Swing Blockingdetektor kołysania mocy / blokada kołysań3I2f>
69Permissive Control Deviceukład zezwolenia sterowania
70Rheostatreostat
71Liquid Switchczujnik poziomu cieczy
72Dc Circuit Breakerwyłącznik prądu stałego
73Load-Resistor Contactorstycznik rezystora obciążeniowego
74Alarm Relayprzekaźnik alarmowy / sygnalizacja stacyjna
75Position Changing Mechanismmechanizm zmiany położenia
76Dc Overcurrent Relayzabezpieczenie nadprądowe DC
77Telemetering Devicetelepomiar
78Phase Angle Measuring or Out-of-Step Protective Relayzabezpieczenie od utraty synchronizmu / poślizgu biegunów
78VLoss of Mainszabezpieczenie od utraty sieci
79Ac Reclosing Relay / Auto Recloseautomatyka SPZO -> I
80Liquid or Gas Flow Relaykontrola przepływu cieczy albo gazu
81Frequency Relayzabezpieczenie częstotliwościowef, df/dt
81OOver Frequencynadczęstotliwościowef>
81RRate-of-Change Frequencyszybkość zmian częstotliwościdf/dt
81UUnder Frequencypodczęstotliwościowef<
82Dc Reclosing Relayautomatyka ponownego załączenia DC
83Automatic Selective Control or Transfer Relayautomatyka selektywnego sterowania albo przełączania
84Operating Mechanismmechanizm napędowy
85Carrier or Pilot-Wire Receiver Relayodbiornik telezabezpieczenia / łącza pilotowego
86Locking-Out Relayblokada włączenia / podtrzymanie wyłączeniaMaster Trip
87Differential Protective Relayzabezpieczenie różnicowe3DI>
87BBus Differentialróżnicowe szyn3Id/I
87GGenerator Differentialróżnicowe generatora3DI>
87GTGenerator/Transformer Differentialróżnicowe generator-transformator
87LGround Line Current Differentialróżnicowe ziemnozwarciowe linii3dI>L
87MMotor Differentialróżnicowe silnika3DI>
87OOverall Differentialróżnicowe ogólne
87PCPhase Comparisonporównanie faz
87RGFRestricted Ground Faultograniczone ziemnozwarcioweI0>, REF
87SPercent Differential / Segregated Line Current Differentialróżnicowe procentowe albo segregowane różnicowe linii
87TTransformer Differentialróżnicowe transformatora3I>, 3I>>
87VVoltage Differentialróżnicowe napięciowe
88Auxiliary Motor or Motor Generatorsilnik pomocniczy albo zespół silnik-generator
89Line Switchodłącznik liniowy
90Regulating Deviceregulator automatyczny
91Voltage Directional Relayzabezpieczenie kierunkowe napięciowe
92Voltage And Power Directional Relayzabezpieczenie kierunkowe napięciowo-mocowe
93Field-Changing Contactorstycznik zmiany wzbudzenia
94Tripping or Trip-Free Relayprzekaźnik wyłączający / master tripMaster Trip

Jak czytać przykładowe oznaczenia z rozdzielnicy SN?

50/51 oznacza zestaw funkcji nadprądowych: człon bezzwłoczny i człon zwłoczny. W polu odpływowym SN taki zapis zwykle oznacza podstawową ochronę przed zwarciami międzyfazowymi, ale konkretne progi i czasy muszą wynikać z obliczeń zwarciowych oraz koordynacji z zabezpieczeniami niższego i wyższego szczebla.

50N/51N oznacza funkcje nadprądowe w torze neutralnym albo resztkowym. W sieciach SN interpretacja zależy od sposobu uziemienia punktu neutralnego, układu przekładników prądowych i algorytmu przekaźnika. Sam kod nie mówi, czy zabezpieczenie będzie selektywne przy doziemieniu w sieci skompensowanej.

67N oznacza kierunkowe zabezpieczenie ziemnozwarciowe. Funkcja 67N zwykle wymaga informacji o prądzie resztkowym oraz wielkości polaryzującej, np. napięciu resztkowym 3U0. Ten kod często pojawia się tam, gdzie samo kryterium prądowe 50N/51N nie wystarcza do wskazania uszkodzonego odpływu.

87T oznacza zabezpieczenie różnicowe transformatora. Funkcja 87T porównuje prądy po stronach transformatora, z uwzględnieniem przekładni, grupy połączeń i stabilizacji. Kod ANSI opisuje typ ochrony, ale szczegóły nastaw zależą od DTR przekaźnika, przekładników prądowych, mocy transformatora i filozofii zabezpieczeń obiektu.

Czego kod ANSI nie mówi?

Kod ANSI nie mówi, jaka jest nastawa prądu, zwłoka czasowa, charakterystyka, typ przekładnika, kierunek działania, logika blokad ani kryterium wyłączenia. Kod ANSI nie mówi też, czy funkcja jest aktywna w danym projekcie. W pliku nastaw można znaleźć funkcję dostępną w przekaźniku zabezpieczeniowym, ale wyłączoną albo niewykorzystaną w matrycy wyłączeń.

Kod ANSI trzeba czytać razem z dokumentacją obiektu:

  1. schematem jednokreskowym,
  2. schematem zasadniczym obwodów wtórnych,
  3. listą wejść i wyjść przekaźnika zabezpieczeniowego,
  4. matrycą wyłączeń i blokad,
  5. plikiem nastaw,
  6. protokołem prób,
  7. DTR urządzenia zabezpieczeniowego.

Najkrótsza zasada praktyczna: numer ANSI identyfikuje funkcję, a dokumentacja obiektu potwierdza sposób jej użycia.

Źródła

[1] IEEE, „IEEE C37.2: Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations”.

[2] ABB, „Functions, codes and symbols – REX610 Product Guide”, https://techdoc.relays.protection-control.abb/r/REX610-Product-Guide/1.2/en-US/Functions-codes-and-symbols.

[3] ABB, „LNPLDF1: Line differential protection with stabilized and inst. stages”, https://library.e.abb.com/public/79c7123afbdbe11fc1257a2200281c64/RE_615_Parameters_756606_ENf.htm.

[4] Schneider Electric Energy Poland, „MiCOM P120-P123 – instrukcja obsługi”, https://www.yumpu.com/xx/document/view/39552693/micom-p120-p123-schneider-electric-energy-poland-sp-z-oo.

[5] Siemens, „Zabezpieczenia SIPROTEC Compact – katalog funkcji zabezpieczeniowych”, https://fliphtml5.com/mvid/wwtv/Zabezpieczenia_SIPROTEC_Compact_Katalog/86/.