14. PARAMETRY PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH

14. PARAMETRY PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH
14.1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych parametrów indukcyjnych
przekładników prądowych stosowanych w układach elektroenergetycznych, oraz
zapoznanie się z warunkami badania tych aparatów. W zakres ćwiczenia wchodzi
wykonanie wybranych badań zgodnie z zaleceniami normy [14.1].
14.2. Wiadomości podstawowe
14.2.1. Informacje wstępne
Przekładniki prądowe stosowane obecnie w sieciach i instalacjach
elektroenergetycznych dzieli się na [14.2]:
a) przekładniki indukcyjne, które należą do konstrukcji tradycyjnych,
b) przekładniki sensorowe, które są rozwiązaniami opracowanymi i wdrożonymi
w ostatnich latach; konstrukcje przekładników sensorowych są aktualnie wciąż
rozwijane i udoskonalane.
Przedmiotem badań w ćwiczeniu są przekładniki indukcyjne, czyli transformatory
prądowe. Zadaniem przekładników prądowych jest:
a) przetwarzanie prądów pierwotnych, zwykle o znacznych wartościach, na prądy
wtórne o wartościach znormalizowanych, możliwych do zmierzenia
powszechnie stosowanymi przyrządami pomiarowymi,
b) galwaniczna separacja obwodów pomiarowych i obwodów automatyki
elektroenergetycznej od obwodów pierwotnych układu elektroenergetycznego,
c) dostarczenie określonych sygnałów niezbędnych do prawidłowego
funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej, uzyskiwanych
przez odpowiednie sumowanie prądów wtórnych przekładników, bądź
wykorzystanie tych prądów do tworzenia funkcji logicznych.
14.2.2. Podstawowe dane znamionowe i wielkości charakteryzujące przekładniki
prądowe
Podstawową konstrukcją przekładnika prądowego indukcyjnego jest przekładnik
jednoprzekładniowy, czyli wyposażony w jedno uzwojenie pierwotne i jedno
uzwojenie wtórne (rys. 14.1). Zgodnie z normą [14.1] zaciski uzwojenia pierwotnego
(strony pierwotnej) oznaczane są symbolami P1 i P2, natomiast zaciski uzwojenia
wtórnego (strony wtórnej) S1 i S2. Do chwili obecnej powszechnie stosowane są
jednak jeszcze oznaczenia starsze, tj.: K, L – dla zacisków strony pierwotnej oraz k, l
– dla zacisków strony wtórnej. Istnieje znormalizowany szereg wartości
znamionowych prądów strony pierwotnej Ipn [14.1]:
10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 A
i ich dziesiętne wielokrotności i części, przy czym wartości podkreślone są
wartościami zalecanymi. Znormalizowane wartości znamionowych prądów wtórnych
Isn, to: 1, 2 i 5 A, przy czym wartością zalecaną jest 5 A.
P2
P1
S1
S2
Rys. 14.1. Schemat przekładnika prądowego wraz z oznaczeniami zacisków strony pierwotnej (P1, P2)
i wtórnej (S1, S2).
Znamionowa przekładnia przekładnika Kn, to iloraz prądów znamionowych:
pierwotnego Ipn i wtórnego Isn:
Kn =
I pn
I sn
.
(14.1)
Rzeczywista przekładnia przekładnika, to stosunek rzeczywistego prądu pierwotnego
do rzeczywistego prądu wtórnego.
Znamionowa moc przekładnika, to sumaryczna moc pozorna przyrządów
pomiarowych włączonych do obwodu wtórnego przekładnika. Znormalizowane
wartości mocy znamionowych to: 2,5 – 5 – 10 – 15 i 30 VA [14.1], choć w zależności
od potrzeby są produkowane przekładniki na większe wartości mocy znamionowych,
do 90 VA.
Znamionowy krótkotrwały prąd cieplny Ith, to wartość skuteczna prądu pierwotnego,
którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać przez
jedną sekundę bez uszkodzenia. Możliwe jest również określenie prądu Ith dla innych
czasów próby: 0,5s, 2s i 3s.
Znamionowy prąd dynamiczny Idyn, to wartość szczytowa prądu pierwotnego, którą
przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać bez
uszkodzenia elektrycznego bądź mechanicznego w wyniku działania sił
elektromagnetycznych.
Błąd prądowy (błąd przekładni, błąd modułu) przekładnika ∆I%, to błąd wprowadzany
przez przekładnik do pomiaru prądu, wynikający z tego, że przekładnia rzeczywista
nie jest równa przekładni znamionowej; błąd ten wyrażony w procentach, to różnica
pomiędzy rzeczywistą wartością skuteczną prądu wtórnego Is pomnożoną przez
przekładnię znamionową przekładnika Kn, a rzeczywistą wartością skuteczną prądu
pierwotnego Ip, odniesiona do Ip:
∆I % =
KnIs − I p
Ip
100% .
(14.2)
Błąd kątowy to kąt fazowy pomiędzy wektorami prądów pierwotnego i wtórnego,
jeżeli zwroty tych wektorów są tak dobrane, że w idealnym przekładniku jest on
równy zeru.
Błąd całkowity εc to wartość skuteczna prądu w stanie ustalonym, będącego różnicą
pomiędzy chwilowymi wartościami prądu pierwotnego ip, a chwilowymi wartościami
rzeczywistego prądu wtórnego is pomnożonymi przez znamionową przekładnię
przekładnika Kn, przy oznaczeniu kierunku przepływu prądów pierwotnego
i wtórnego, zgodnymi z przyjętą zasadą oznaczania zacisków.
Błąd całkowity jest wyrażany w procentach wartości skutecznej prądu pierwotnego,
zgodnie z zależnością:
εc =
100 1 T
2
∫ ( K n i s − i p ) dt ,
Ip T 0
(14.3)
gdzie: T – czas trwania jednego okresu.
14.2.3. Przekładniki prądowe do pomiarów i do zabezpieczeń.
Przekładniki prądowe stosowane w elektroenergetyce dzieli się na:
a) przekładniki do pomiarów, które służą do zasilania przyrządów pomiarowych,
takich jak np. amperomierze, cewki prądowe watomierzy i liczników energii
elektrycznej,
b) przekładniki do zabezpieczeń, których zadaniem jest zasilanie obwodów
automatyki zabezpieczeniowej w stacjach elektroenergetycznych.
Rozróżnienie tych dwóch rodzajów przekładników wynika z ich odmiennych
właściwości i funkcji w dwóch stanach pracy układu elektroenergetycznego:
• w stanie roboczym,
• w stanie zakłóceniowym, przede wszystkim podczas zwarć.
Przez obwód pierwotny przekładnika pracującego w określonym miejscu układu
elektroenergetycznego płyną nie tylko prądy obciążenia roboczego, lecz sporadycznie
pojawiają się również prądy zwarciowe. Jeśli w obwodzie wtórnym przekładnika
włączone są przyrządy pomiarowe, to ich zadaniem jest pomiar prądu, mocy czy
energii w stanach roboczych, do czego dobrane są odpowiednio zakresy pomiarowe
przyrządów. Przepływający w bardzo krótkim czasie prąd zwarciowy nie musi być
dokładnie zmierzony przez te przyrządy, a wręcz przeciwnie: dokładny pomiar prądu
zwarciowego, wielokrotnie przekraczającego obciążenia robocze, a tym samym
zakresy pomiarowe przyrządów, może spowodować zniszczenie mierników. Dlatego
od przekładników prądowych do pomiarów wymaga się dużej dokładności
transformacji prądu pierwotnego w zakresie, odpowiadającym roboczym stanom
obciążenia. Błąd transformacji w stanach zakłóceniowych, głównie podczas zwarć,
może być natomiast bardzo duży. Przekładniki te powinny posiadać liniową
charakterystykę magnesowania w zakresie obciążeń roboczych, natomiast poza tym
zakresem powinno następować możliwie szybkie nasycenie rdzenia (rys. 14.2a). Od
przekładników prądowych do zabezpieczeń wymaga się z kolei określonej
dokładności transformacji w stanach zakłóceniowych, gdy prąd pierwotny może
wielokrotnie przekraczać prąd znamionowy przekładnika, natomiast błąd pomiaru
w stanach obciążenia roboczego nie ma w tym przypadku istotnego znaczenia.
Dlatego krzywa magnesowania przekładników do zabezpieczeń powinna być liniowa
w zakresie wielokrotnie przekraczającym zakres obciążeń roboczych (rys. 14.2b).
b)
a)
B (Is)
εc >= 10%
B (Is)
zakres obciążeń
roboczych
Bn (Isn)
εc <= od klasy
przekładnika
zakres obciążeń
roboczych
znamionowy graniczny
prąd pirewotny
Bn (Isn)
Hn (Ipn) IPL
H (Ip)
Hn (Ipn)
H (Ip)
Rys. 14.2. Porównanie krzywych magnesowania i zakresów pracy przekładnika do pomiarów (a)
i przekładnika do zabezpieczeń (b); H, B – natężenie pola magnetycznego i indukcja magnetyczna
w rdzeniu przekładnika, Ip, Is – prąd pierwotny i wtórny przekładnika, IPL – znamionowy prąd pierwotny
bezpieczny przyrządu, εc – błąd całkowity, indeks n oznacza wielkość znamionową.
Opisane cechy obydwu rodzajów przekładników charakteryzują określone
parametry [14.1].
Przekładnik do pomiarów charakteryzowany jest przez:
• znamionowy prąd pierwotny bezpieczny przyrządu IPL – jest to wartość
skuteczna minimalnego prądu pierwotnego Ip, przy którym błąd całkowity εc
(14.3) przekładnika prądowego do pomiarów jest równy lub większy niż 10%
przy obciążeniu znamionowym (rys. 14.2).
• współczynnik bezpieczeństwa przyrządu FS – jest to stosunek znamionowego
prądu pierwotnego bezpiecznego przyrządu IPL do znamionowego prądu
pierwotnego Ipn:
FS =
•
IPL
,
I pn
(14.4)
wtórna graniczna siła elektromotoryczna Usgr to iloczyn współczynnika
bezpieczeństwa przyrządu FS, znamionowego prądu wtórnego Isn oraz sumy
wektorowej obciążenia znamionowego Zn i impedancji uzwojenia wtórnego Zs:
U sgr = FS ⋅ I sn ⋅ Z n + Z s .
(14.5)
Znamionowe współczynniki bezpieczeństwa przyrządów FS przekładników do
pomiarów mają zwykle wartości od 3 do 5. Przykładowo jeśli FS = 3 to znaczy, że
błąd całkowity przekładnika εc przy prądzie pierwotnym Ip = 3⋅Ipn = IPL nie jest
mniejszy niż 10%. Przekładniki do pomiarów są tym lepsze, im mają niższą wartość
współczynnika FS. Dalszy wzrost prądu pierwotnego powyżej wartości IPL powoduje
już jedynie nieznaczny przyrost prądu wtórnego Is. Znormalizowane klasy
przekładników prądowych do pomiarów wynoszą: 0,1 - 0,2 - 0,5 – 1 – 3 - 5.
Przekładnik do zabezpieczeń jest charakteryzowany przez:
• znamionowy graniczny prąd pierwotny Ipngr – jest to wartość skuteczna prądu
pierwotnego, do której przekładnik spełnia wymagania w zakresie błędu
całkowitego, tzn. błąd całkowity εc (14.3) jest mniejszy lub równy od klasy
przekładnika,
• współczynnik graniczny dokładności ngr – jest to stosunek znamionowego
granicznego prądu pierwotnego Ipngr do znamionowego prądu pierwotnego Ipn
przekładnika:
n gr =
I pngr
I pn
,
(14.6)
•
wtórna graniczna siła elektromotoryczna Usgr jest zdefiniowana analogicznie
jak dla przekładników do pomiarów z ta różnicą, że współczynnik
bezpieczeństwa przyrządu w zależności (14.5) jest zastąpiony przez
współczynnik graniczny dokładności ngr:
U sgr = n gr ⋅ I sn ⋅ Z n + Z s .
(14.7)
Przekładniki prądowe do zabezpieczeń posiadają zwykle jedną z dwóch klas: 5P
albo 10P. Znormalizowane wartości współczynników granicznych dokładności ngr
wynoszą: 5 - 10 - 15 - 20 - 30. Przykładowo, jeśli ngr = 20 przy klasie 5P (oznaczenie
5P20) to znaczy, że przy prądzie pierwotnym Ip = 20⋅Ipn błąd całkowity przekładnika
εc nie przekracza jeszcze 5%.
14.3. Niezbędne przygotowanie studenta
Studentów przystępujących do ćwiczenia obowiązuje znajomość materiału
teoretycznego dotyczącego przekładników prądowych elektroenergetycznych
zawartego w rozdziale 8 pozycji [14.2].
14.4. Opis stanowiska laboratoryjnego
Stanowisko laboratoryjne jest wyposażone w zestaw przekładników prądowych
badanych i wzorcowych, transformator prądowy oraz zestaw przyrządów
pomiarowych umożliwiających przeprowadzenie ćwiczenia. Przekładnik wzorcowy
posiada klasę o co najmniej dwa rzędy wyższą od badanego przekładnika
energetycznego. Poszczególne układy pomiarowe przekładników są zestawiane na
bieżąco w trakcie wykonywania badań.
14.5. Program ćwiczenia
Dla wskazanych przez prowadzącego przekładników prądowych należy wykonać
wymienione niżej badania pokrywające się w znacznej mierze z badaniami wyrobu
określonymi w normie [14.1].
14.5.1. Odczytanie danych z tabliczki znamionowej przekładnika.
Tabliczka znamionowa przekładnika prądowego powinna zawierać co najmniej
oznaczenia zawarte w tabeli 14.1.
14.5.2. Sprawdzenie oznaczeń zacisków.
Oznaczenia zacisków przekładnika prądowego powinny odpowiadać oznaczeniom
podanym na rys. 14.3, dla przekładników o różnej konstrukcji. Przekładniki starsze
mogą posiadać stosowane do niedawna oznaczenia K (P1), L (P2) oraz k (S1),l (S2) –
odpowiednio dla uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Zaciski powinny być oznaczone
wyraźnie i trwale na ich powierzchni lub w bezpośrednim sąsiedztwie.
Tab. 14.1. Wymagane oznaczenia na tabliczce znamionowej przekładnika prądowego [14.1]
Lp.
1
2
3
4
5
Elementy oznaczenia
Nazwa wytwórcy lub inny znak, za pomocą którego przekładnik może być łatwo zidentyfikowany
Numer seryjny lub oznaczenie typu (najlepiej obydwa oznakowania)
Znamionowe prądy pierwotny i wtórny w postaci: Kn=Ipn/Isn A (np. Kn=100/5 A)
Częstotliwość znamionowa (np. 50 Hz)
Moc znamionowa i odpowiadająca jej klasa dokładności oraz inne informacje podane
w następujący sposób:
a) dla przekładników do pomiarów: moc znamionowa, klasa dokładności i współczynnik
bezpieczeństwa przyrządów, np.:15VA klasa 0,5 FS5
b) dla przekładników do zabezpieczeń: moc znamionowa, klasa dokładności i współczynnik
graniczny dokładności, np.: 30 VA klasa 5P 10
6
Najwyższe dopuszczalne napięcie urządzenia (najwyższe napięcie robocze, wartość skuteczna) np.
3,6 kV lub 12 kV
7
Znamionowy poziom izolacji (znamionowe napięcie probiercze o częstotliwości sieciowej,
wartość skuteczna / znamionowe napięcie probiercze udarowe piorunowe, wartość szczytowa) np.:
6/- kV (kreska oznacza brak poziomu), lub 28/75 kV *)
8
Znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (Ith) i znamionowy prąd dynamiczny (Idyn), jeżeli jest inny
niż 2,5-krotny prąd Ith , np.: 13 kA lub 13/40 kA
9
Klasa izolacji, jeżeli jest inna niż klasa A
10 W przekładnikach o więcej niż jednym uzwojeniu wtórnym, przeznaczenie każdego uzwojenia
i odpowiadające mu zaciski
*) Uwaga: oznaczenia podane w p. 6 i 7 mogą być połączone w jedno, np.: 1,2/6/- kV lub 12/28/75 kV
Sprawdzenia prawidłowości oznaczeń zacisków należy dokonać w jednym
z dwóch układów pomiarowych przedstawionych na rys. 14.4. W układzie z rys. 14.4a
należy użyć przekładnika wzorcowego PW, czyli przekładnika o klasie co najmniej 2
rzędy wyższej niż klasa przekładnika badanego PB. Przekładnik wzorcowy PW jest
włączony szeregowo z przekładnikiem badanym PB w obwód transformatora
wielkoprądowego TW, przy czym obydwa przekładniki mają jednakowe przekładnie
znamionowe i tę samą wartość znamionowego prądu wtórnego. Oznaczenia zacisków
są prawidłowe, jeżeli wskazanie amperomierza A2 jest bliskie zeru, podczas
wymuszenia po stronie pierwotnej przekładników prądu bliskiego ich prądowi
znamionowemu. Amperomierz A1, włączony w obwód przekładnika
transformatorowego transformatora TW, służy do pomiaru prądu probierczego.
Drugi sposób nie wymaga użycia przekładnika wzorcowego, a przekładnik badany
PB jest przyłączony do źródła prądu stałego w sposób przedstawiony na rys. 14.4b.
Oznaczenie zacisków jest prawidłowe, jeśli w chwili włączenia łącznika Ł wskazówka
miliwoltomierza wychyla się w prawo, natomiast otwarciu łącznika Ł towarzyszy
wychylenie się wskazówki przyrządu w lewo. Wartość prądu probierczego należy
dobrać, nastawiając rezystor R, tak, aby nie powodować zbytniego obciążenia źródła
prądu stałego, ani nie przekroczyć zakresu pomiarowego miliwoltomierza mV.
Jeżeli badany przekładnik nie ma oznaczonych zacisków, to zaciski jednej ze stron
należy oznaczyć dowolnie, a zaciski drugiej strony oznaczyć zgodnie z wynikiem
opisanych tu badań.
a) P1
P2
S1
b)
P1
S2
c) C1
S1
C2
P1
P2
d)
S2
P1
S3
P2
P2
S1
S2
1S1
S11
1S2 2S1
S12 S12
2S2
S12
Rys.14.3. Oznaczenia zacisków przekładników prądowych [14.1]; a) przekładnik jednoprzekładniowy,
b) przekładnik z zaczepem w uzwojeniu wtórnym, c) przekładnik z uzwojeniem pierwotnym o dwu
sekcjach do łączenia szeregowo lub równolegle, d) przekładnik z dwoma uzwojeniami wtórnymi, każde
na własnym rdzeniu (podano dwa alternatywne oznaczenia zacisków wtórnych).
14.5.3. Próba izolacji uzwojenia pierwotnego napięciem o częstotliwości sieciowej.
Próba ta polega na przyłożeniu napięcia probierczego o częstotliwości sieciowej
pomiędzy zwarte zaciski uzwojenia pierwotnego a podstawę, zbiornik oleju
(w przekładnikach o izolacji olejowej), rdzeń (jeśli może być uziemiony) i wszystkie
zaciski uzwojenia wtórnego, które należy połączyć razem i uziemić (rys. 14.5a).
Wyznaczoną wartością napięcia powinna być wartość skuteczna.
Próbę izolacji uzwojenia pierwotnego przeprowadza się przy użyciu aparatu do
prób napięciowych APN (rys. 14.5). Pomiar należy przeprowadzić w ten sposób, że
napięcie probiercze jest zwiększane od odpowiednio małej wartości do wartości
końcowej podanej w tabeli 14.2 tak szybko, jak to umożliwia jego pomiar. Pełne
napięcie probiercze powinno być utrzymywane przez 60 s, a następnie szybko
zmniejszone do odpowiednio małej wartości, zanim zostanie wyłączone. Wynik próby
należy uznać za pozytywny, jeśli podczas próby nie wystąpiły przeskoki na izolacji
badanego przekładnika oraz jeżeli nie stwierdzono ani przebicia izolacji, ani trwałych
zmian właściwości izolacyjnych przekładnika.
a)
L
DŁ
TW
A1
PW
P1
N
S1
PB
P2 P1
S2
S1
P2
S2
A2
Ł
b)
R
+
PB
P1
S1
+
P2
S2
mV
-
Rys. 14.4. Schematy układów probierczych do sprawdzania oznaczeń zacisków przekładników
prądowych: a) w obwodzie prądu przemiennego przy użyciu przekładnika wzorcowego, b) w obwodzie
prądu stałego; PB – przekładnik badany, PW – przekładnik wzorcowy, DŁ – dławik do regulacji prądu
probierczego, TW – transformator wielkoprądowy, Ł – łącznik.
APN
L
P1
Ł
ATr
a)
S1
TP
A1
b)
P1
S1
PB
S2
PB
S2
N
P2
P2
Rys. 14.5. Schemat układu do prób izolacji uzwojeń przekładnika napięciem o częstotliwości sieciowej:
a) uzwojenia pierwotnego, b) uzwojenia wtórnego; APN – aparat do prób napięciowych, ATr –
autotransformator, TP – transformator probierczy, Ł – łącznik, PB – przekładnik badany.
Jeśli uzwojenie pierwotne jest podzielone na dwie lub więcej sekcji (rys. 14.3c), to
każda sekcja powinna wytrzymać w ciągu jednej minuty napięcie probiercze
o wartości 3 kV, przyłożone pomiędzy badane uzwojenie a wszystkie inne uzwojenia,
połączone razem z podstawą i uziemione.
Tab. 14.2. Znamionowe poziomy izolacji uzwojeń pierwotnych przekładników prądowych [14.1]
Najwyższe dopuszczalne napięcie
Um.
(wartość skuteczna)
[kV]
0,72
1,2
3,6
7,2
12
17,5
24
36
Znamionowe napięcie probiercze
o częstotliwości sieciowej
udarowe piorunowe
(wartość skuteczna)
(wartość skuteczna)
[kV]
[kV]
3
6
10
20 – 40
20
40 – 60
28
60 – 75
38
75 – 95
50
95 – 125
70
145 - 170
14.5.4. Próba izolacji uzwojenia wtórnego napięciem o częstotliwości sieciowej.
Próba ta jest przeprowadzana również przy użyciu aparatu do prób napięciowych
APN (rys. 14.5), przy czym napięcie probiercze jest przyłożone pomiędzy zwarte
zaciski uzwojenia wtórnego a zwarte, uziemione i połączone z podstawą zaciski
uzwojenia pierwotnego (rys. 14.5b). Izolacja uzwojenia wtórnego powinna wytrzymać
w ciągu 60 s napięcie probiercze o wartości skutecznej 3 kV.
Jeżeli przekładnik posiada więcej niż jedno uzwojenie wtórne lub sekcje, (rys.
14.3d), to każde uzwojenie lub sekcja powinny wytrzymać w ciągu jednej minuty
napięcie probiercze o wartości skutecznej 3 kV, przyłożone pomiędzy badane
uzwojenie a wszystkie inne uzwojenia, połączone razem z podstawą i uziemione.
14.5.5. Próba izolacji międzyzwojowej przekładników prądowych.
Próba ta powinna być wykonana według jednego z opisanych niżej sposobów
A lub B. Prowadzący ćwiczenie wskazuje sposób, według którego należy
przeprowadzić próbę.
Sposób A. Przy otwartym uzwojeniu wtórnym (lub przyłączonym do niego
mierniku o dużej impedancji wewnętrznej służącego pomiaru wartości szczytowej
napięcia) należy przez uzwojenie pierwotne przepuścić w ciągu 60 s prąd przemienny,
praktycznie sinusoidalny, o częstotliwości między 40 Hz a 60 Hz, o wartości
skutecznej równej znamionowemu prądowi pierwotnemu. Przepuszczony prąd
powinien być ograniczony, jeśli na zaciskach uzwojenia wtórnego uzyska się wartość
szczytową (amplitudę) napięcia probierczego równą 4,5 kV przed osiągnięciem prądu
znamionowego w uzwojeniu pierwotnym.
Sposób B. Przy otwartym uzwojeniu pierwotnym należy do zacisków uzwojenia
wtórnego doprowadzić w ciągu 60 s wymagane napięcie probiercze tak, aby wartość
skuteczna prądu w uzwojeniu wtórnym nie przekroczyła wartości znamionowej prądu
tego uzwojenia, lub aby wartość szczytowa (amplituda) tego napięcia nie przekroczyła
4,5 kV. Jeżeli przyłożone w ten sposób napięcie szczytowe uzwojenia wtórnego
osiągnie przy znamionowym prądzie wtórnym wartość szczytową mniejszą niż 4,5
kV, to napięcie to uznaje się za napięcie probiercze. W przeciwnym razie napięcie
probiercze jest równe 4,5 kV.
Jeśli przekładnik posiada rozszerzony zakres prądowy, nastawiany prąd
znamionowy dotyczy zakresu rozszerzonego. Należy wyjaśnić, że próba izolacji
międzyzwojowej nie ma na celu odtworzenia warunków występujących przy otwarciu
uzwojenia wtórnego, lecz wykazanie, że izolacja międzyzwojowa jest prawidłowa.
Otwarcie uzwojenia wtórnego przekładnika podczas eksploatacji, szczególnie gdy
uzwojenie to posiada dużą liczbę zwojów, stwarza zagrożenie zarówno dla izolacji
przekładnika jak i dla obsługi.
Tab. 14.3. Granice błędu prądowego przekładników do pomiarów [14.1]
Klasa
dokładności
0,1
0,2
0,5
1
3
5
Procentowy błąd prądowy przy podanych poniżej procentowych wartościach prądu
znamionowego (+ lub -)
5%
20%
50%
100%
120%
0,4
0,2
0,1
0,1
0,75
0,35
0,2
0,2
1,5
0,75
0,5
0,5
3,0
1,5
1,0
1,0
3,0
3,0
5,0
5,0
14.4.6. Sprawdzenie dokładności.
W ramach sprawdzenia dokładności badanych przekładników należy wykonać:
a) dla przekładnika do pomiarów:
• pomiar błędu prądowego ∆I%,
• sprawdzenie współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS,
b) dla przekładnika do zabezpieczeń:
• pomiar błędu prądowego ∆I%,
• sprawdzenie błędu całkowitego εc przy znamionowym granicznym
prądzie pierwotnym Ipngr.
Pomiar błędu kątowego wymaga zastosowania złożonego układu pomiarowego,
jest czasochłonny i trudny do wykonania podczas ćwiczeń laboratoryjnych. Z tego
powodu nie wchodzi on w zakres omawianego ćwiczenia.
Pomiar błędu prądowego przekładników o najwyższych klasach dokładności
(0,1 i 0,2) przeprowadza się przy użyciu specjalnego mostka zapewniającego
wymaganą dokładność pomiarów. W omawianym ćwiczeniu ograniczono się do
prostszego układu pomiarowego, którego schemat przedstawiono na rys. 14.6, a który
służy do sprawdzania przekładników o niższych klasach dokładności, tj. 0,5 – 1,0 –
3,0 i 5,0. Klasa przekładnika wzorcowego PW (rys. 14.6) powinna być o co najmniej
dwa rzędy wyższa niż klasa przekładnika badanego PB. Klasa użytych przyrządów
pomiarowych nie powinna być niższa niż 0,5. Błąd prądowy ∆I% należy określić
korzystając z zależności (14.2), przy czym prąd pierwotny Ip należy określić
w oparciu o pomiar przekładnikiem wzorcowym. Podczas wyznaczania błędu
prądowego obciążenie przekładnika badanego PB (rys. 14.6) powinno mieć
współczynnik mocy 0,8 indukcyjny, z wyjątkiem obciążeń mniejszych niż 5 VA, dla
których dopuszcza się wartość współczynnika mocy w zakresie od 0,8 indukcyjny do
1,0. W żadnym przypadku obciążenie przekładnika podczas próby nie powinno być
mniejsze niż 1 VA. Obciążenie to (rys. 14.6) ustala się na podstawie wskazań
woltomierza Vs (napięcie Us w zależności 14.8) i amperomierza As (prąd Is) zgodnie
ze wzorem:
S = UsIs .
L
DŁ
(14.8)
TW
A1
N
P1
PW
S1
PB
P2 P1
S2
S1
P2
S2
Vs
Aw
As
R
Rys. 14.6. Schemat układu pomiarowego do sprawdzania błędu prądowego przekładników prądowych;
R – rezystor suwakowy o cos ϕ = 0,8; pozostałe oznaczenia jak na rys. 14.4.
Dla wskazanych przez prowadzącego przekładników prądowych do pomiarów
o klasach 0,5 i 1 należy sprawdzić ich dokładność dla obciążeń podanych w tabeli
14.3, tj. przy 5%,20%, 100% i 120% obciążenia znamionowego, lecz nie mniej niż
1 VA. Przekładniki do pomiarów o klasach 3 i 5 powinny być badane przy 50%
i 120% obciążenia znamionowego (tabela 14.3), lecz nie mniej niż 1 VA. Przekładniki
mające rozszerzony zakres pomiarowy większy niż 120% powinny być sprawdzane
przy prądzie rozszerzonego zakresu pomiarowego, zamiast przy 120% prądu
znamionowego.
Sprawdzenie współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS może być wykonywane
z użyciem tzw. próby pośredniej (rys. 14.7). Przy otwartym uzwojeniu pierwotnym,
uzwojenie wtórne zasilane jest napięciem praktycznie sinusoidalnym o częstotliwości
znamionowej i o wartości skutecznej równej granicznej sile elektromotorycznej Usgr
(14.5). W celu określenia Usgr z zależności (14.5) należy dokonać pomiaru rezystancji
i reaktancji indukcyjnej uzwojenia wtórnego badanego przekładnika, wykorzystując
przyrządy dostępne na stanowisku (mostek Thomsona i miernik indukcyjności).
Rezystancję uzwojenia wtórnego, zmierzoną dla temperatury równej temperaturze
otoczenia ϑ należy przeliczyć na temperaturę 75°C, korzystając z zależności [14.3]:
1
R75 = Rϑ
α0
1
α0
+ 75
=
+ϑ
234,5 + 75
,
234,5 + ϑ
(14.9)
rezystancja uzwojenia odpowiednio w temperaturze 75°C
gdzie: R75, Rϑ
i w temperaturze otoczenia ϑ, α0 – temperaturowy współczynnik rezystancji,
1 1
α0 =
234,5 °C
. W układzie z rys. 14.7 w uzwojeniu wtórnym płynie prąd wzbudzający Iexc
wymuszony przez graniczną siłę elektromotoryczną Usgr. Prąd ten wyrażony jako
wartość procentowa ∆Iexc% znamionowego prądu wtórnego Isn pomnożonego przez
współczynnik bezpieczeństwa przyrządu FS:
ε c ( IPL) ≈ I exc % =
I exc
100% ≥ 10% ,
I sn ⋅ FS
(14.10)
jest w przybliżeniu równy błędowi całkowitemu przekładnika εc(IPL) przy
znamionowym prądzie pierwotnym bezpiecznym dla przyrządów IPL, i zgodnie
z zależnością (14.10) powinien przekraczać 10%.
L
P1
ATr
R
S1
V
PB
S2
N
P2
A
Rys. 14.7. Schemat układu sprawdzania błędu całkowitego przekładników metodą pośrednią; układ służy
w ćwiczeniu do sprawdzania współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS przekładników do pomiarów
oraz znamionowego współczynnika granicznego dokładności ngr przekładników do zabezpieczeń; R –
rezystor suwakowy o ilorazie R/Z = 0,8; pozostałe oznaczenia jak na rys. 14.5.
Dla wskazanych przez prowadzącego przekładników prądowych do zabezpieczeń
należy dokonać pomiaru błędu prądowego ∆I% w układzie z rys. 14.6 oraz błędu
całkowitego εc przy znamionowym granicznym prądzie pierwotnym Ipngr w układzie
z rys. 14.7. Błąd prądowy przekładników do zabezpieczeń określa się dla
znamionowego prądu pierwotnego (tabela 14.4), podobnie jak dla przekładników do
pomiarów. Pomiar błędu całkowitego εc przy znamionowym granicznym prądzie
pierwotnym Ipngr dokonywany jest w ćwiczeniu identycznie jak w przypadku
sprawdzania współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS przekładników do
pomiarów z tą różnicą, że wartość granicznej siły elektromotorycznej Usgr należy
określić z zależności 14.7, a w miejsce współczynnika FS w zależności (14.10)
wchodzi znamionowy współczynnik graniczny dokładności ngr. Wymuszony przez tę
siłę elektromotoryczną prąd wzbudzający Iexc, wyrażony w procentach znamionowego
prądu wtórnego Isn pomnożonego przez znamionowy współczynnik graniczny
dokładności ngr (14.6):
ε c ( I pngr ) ≈ ∆I exc % =
I exc
100% ,
I sn n gr
(14.11)
nie powinien przekraczać granic błędu całkowitego podanych w tabeli 14.4.
Tab.14.4. Granice błędu prądowego przekładników do zabezpieczeń [14.1]
Klasa dokładności
5P
10P
Błąd prądowy przy znamionowym
prądzie pierwotnym
(+ lub -)
%
1
3
Błąd całkowity przy znamionowym
granicznym prądzie pierwotnym
(+ lub -)
%
5
10
14.6. Opracowanie wyników badań
Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać:
1. Krótki opis celu i zakresu wykonanych badań.
2. Dane znamionowe badanych przekładników prądowych oraz przekładnika
wzorcowego
3. Schematy układów pomiarowych wykorzystanych podczas realizacji
ćwiczenia.
4. Tabelaryczne zestawienie wyników pomiarów wykonanych w ramach prób
opisanych w punkcie 14.5.
5. Porównanie wyników pomiarów z wymogami normy [14.1], zestawionymi
w tabelach 14.1 – 14.4.
6. Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów.
14.7. Literatura
[14.1] PN-EN 60044-1 Przekładniki. Przekładniki prądowe. PKN 2000.
[14.2] Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa, 2001.
[14.3] Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki, WNT, Warszawa, 1972.