Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych

Ćwiczenie 1
Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych
1.
Wiadomości podstawowe
Przekładniki, czyli transformator mierniczy, jest to urządzenie elektryczne
przekształcające wartość wielkości elektrycznej na inną wartość, odpowiednią do zasilania
przyrządów pomiarowych lub zabezpieczających. Rozróżnia się przekładniki prądowe i
napięciowe.
Badania pełne (typu) przekładników prądowych mają na celu sprowadzenie i ocenę
przekładnika prądowego pod względem zastosowanych materiałów, konstrukcji i technologii.
Zakres badań pełnych obejmuje:
a) Oględziny
b) Sprawdzenie wymiarów
c) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy doprowadzonym napięciu
przemiennym,
d) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji międzyzwojowej,
e) Sprawdzenie oznaczeń zacisków
f) Sprawdzenie dokładności
g) Sprawdzenie nagrzewnia
h) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy napięciu udarowym
i) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolatorów przekładników napowietrznych na
zagrożenie zabrudzeniowe
j) Sprawdzenie poziomu zakłóceń radioelektrycznych
k) Sprawdzenie tłumienia drgań ferrorezonansowych
l) Sprawdzenie zanikania napięcia wtórnego.
Badania niepełne (wyrobu) mają na celu sprawdzenie, czy w przekładnikach nie
popełniono przypadkowych błędów wykonawczych. Zakres badań niepełnych obejmuje:
a) Oględziny
b) Sprawdzenie wymiarów
c) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy doprowadzonym napięciu
przemiennym,
d) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji międzyzwojowej,
e) Sprawdzenie oznaczeń zacisków
f) Sprawdzenie dokładności
g) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolatorów przekładników napowietrznych na
zagrożenie zabrudzeniowe
Rozróżnia się następujące układy przekładników prądowych stosowanych w sieciach
trójfazowych:
 układ gwiazdowy,
 układ Holmgreena,
 układ V,
 układ trójkątowy,
 układ krzyżowy.
Do zasilania układów zabezpieczeń w sieciach trójfazowych najpowszechniej stosowany
jest układ połączeń w gwiazdę. Schemat połączeń układu gwiazdowego trzech przekładników
prądowych przedstawiono na rysunku 1. Układ ten umożliwia pomiar nie tylko prądów w
przewodach fazowych, ale również prądu sumarycznego IN, równego sumie geometrycznej
tych prądów, co znajduje zastosowanie w zabezpieczeniach od zwarć doziemnych w sieciach
o uziemionym punkcie zerowym.
Układ gwiazdowy przekładników prądowych umożliwia zatem stwierdzenie dowolnych
zakłóceń o charakterze zwarciowym. Wadą układu zwarciowego jest znaczny koszt wynikający
z konieczności zastosowania trzech przekładników i trzech lub czterech amperomierzy. Układ
gwiazdowy znalazł zastosowanie w sieciach o skutecznie uziemionym punkcie zerowym,
głównie do zasilania przekaźników nadmiarowo-prądowych, odległościowych i kierunkowych.
Rys. 1. Układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych
Układ Holmgreena jest układem połączeń trzech przekładników prądowych
stanowiących filtr składowych zerowych prądów fazowych. Schemat połączeń przekładników
prądowych pracujących w układzie Holmgreena przedstawiono na rysunku 2. Układ ten służy
do wykrywania zwarć z ziemią poprzez pomiar składowej zerowej prądu w sieciach o
nieuziemionym bezpośrednio punkcie zerowym (w sieciach o uziemionym punkcie zerowym
można wykorzystać w tym celu układ gwiazdowy). Wadą omawianego filtru składowych
zerowych prądów jest trudność w uzyskaniu należytej czułości. W przypadku, gdy suma
prądów po stronie pierwotnej jest równa zeru, w obwodzie wtórnym płynie prąd wyrównawczy
równy sumie prądów magnesujących wszystkich trzech przekładników. W przypadku, gdy
suma ta jest różna od zera w obwodzie wtórnym płynie prąd nierównowagi . W celu uniknięcia
prądów nierównowagi istotne jest aby dobrać przekładniki o możliwie identycznych równych
charakterystykach magnesowania oraz eksploatować przekładniki bez żadnych dodatkowych
obciążeń.
Rys. 2. Układ Holmgreena
Układ Holmgreena stosowany jest w zabezpieczeniach ziemnozwarciowych linii
napowietrznych z punktem zerowym bezpośrednio nieuziemionym. Jest to jednak układ
stosowany powszechnie do zabezpieczeń ziemnozwarciowych stojanów generatorów
procujących wprost na szyny zbiorcze oraz do zabezpieczeń od skutków zwarć zwojowych w
generatorach i transformatorach.
Układ V powstaje jeżeli z układu gwiazdowego przedstawionego na rysunku 1 usunie się
jeden przekładnik. Układ V jest zatem układem z dwoma przekładnikami prądowymi,
połączonymi w niepełną gwiazdę. Mniejsza ilość przekładników prądowych sprawia, że tym
samym jest on oszczędniejszy od układu gwiazdowego. Układ V umożliwia pomiar prądu we
wszystkich trzech fazach pod warunkiem, że suma prądów fazowych jest równa zeru:
gdyż wówczas:
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿11 + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿21 + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿31 = 0
1.1
|−𝐼𝐿21 | = |𝐼𝐿11 + 𝐼𝐿31 |
1.2
Układ V może być zatem stosowany do pomiarów i zabezpieczeń tylko w sieciach o punkcie
zerowym nieuziemionym bezpośrednio, dla których słuszna jest zależność 1.1. Układ V
przedstawiono na rysunku 3.
Rys. 3. Układ V dwóch przekładników prądowych
Do otrzymania prądów skojarzonych:
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿1𝐿2 = ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿1 − ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿2
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿2𝐿3 = ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿2 − ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿3
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿3𝐿1 = ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿3 − ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐼𝐿1
1.3
stosowane jest połączenie przekładników prądowych w trójkąt. Schemat połączeń
przekładników prądowych w trójkąt przedstawiono na rysunku 4. Układ trójkątowy jest to
układ, w którym przekładniki prądowe połączone są w trójkąt, a amperomierze AL1L2, AL2L3,
AL3L1 w gwiazdę. Przez amperomierze AL1L2, AL2L3, AL3L1 płyną prądy będące różnicami
geometrycznymi odpowiednich prądów fazowych przetransformowanych na stronę wtórną.
Składowe zerowe prądów fazowych nie dopływają do amperomierzy, lecz zamykają się w
obwodzie trójkątowym przekładników prądowych.
Rys. 4. Układ trójkątowy trzech przekładników prądowych
Stosowalność układu trójkątnego przekładników prądowych dla zabezpieczeń
nadprądowych jest stosunkowo ograniczona wskutek tego, że reaguje on z różną czułością na
rozmaitego rodzaju zwarcia. Znalazł on jednak zastosowanie do:
 zabezpieczeń odległościowych, które wymagają przy włączeniu cewek napięciowych
przekaźników odległościowych na napięcie międzyprzewodowe doprowadzenia prądów
skojarzonych , przez co uzyskuje się te same warunki pomiaru odległości zwarcia,
niezależnie od rodzaju zwarcia międzyfazowego,
 zabezpieczenia różnicowego transformatorów o przynajmniej jednym uzwojeniu
połączonym w gwiazdę,
 zasilania przekaźników kierunkowych o kącie schematu równym 60º.
Układ krzyżowy (rys. 5) jest niekompletnym, bo tylko z dwoma przekładnikami
prądowymi, układem trójkątowym. Może być on stosowany tylko w sieci o nieuziemionym
bezpośrednio punkcie zerowym, gdyż podobnie jak układ V, nie reaguje na zwarcie z ziemią
tej z faz, w której nie ma przekładnika prądowego.
Rys. 5. Układ krzyżowy dwóch przekładników prądowych
Zaletą układu krzyżowego przekładników prądowych jest to, że jest on bardzo tani,
ponieważ wymaga stosowania zaledwie dwóch przekładników prądowych i jednego
amperomierza. Z tego powodu zaleca się go stosować w sieciach o napięciu do 15 kV, gdzie
wskutek dużej liczby zabezpieczeń ograniczenie liczby amperomierzy i przekładników może
przynieść poważne oszczędności. Wadą układu krzyżowego jest to, że wartość natężenia prądu
płynącego przez amperomierz zależy nie tylko od wartości natężenia prądu zwarciowego w
obwodzie pierwotny m, ale również od rodzaju zwarcia, tzn. przewodów, które zostały zwarte.
Jeżeli przyjąć taką samą wartość prądu zwarciowego dla rozmaitego rodzaju zwarć, to prądy
płynące przez amperomierz w przypadku zwarcia dwufazowego faz L1 L2, faz L2 L3 oraz w
przypadku zwarcia trójfazowego L1 L2 L3 mają się do siebie w stosunku 1:2:√3.
2.
Przebieg ćwiczenia
Zakres niniejszego ćwiczenia obejmuje zapoznanie się ze stosowanymi w sieciach
trójfazowych trzy- i czteroprzewodowych układami połączeń przekładników prądowych. W
tym celu należy zamodelować układy połączeń przedstawione w pkt 1.
A. Układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych
a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 1.
b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 1, tzn. przy pomiarze:
 1 – wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte,
 2 – rozłącznik Q3 powinien być otwarty,
 3 – rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte.
Tabela 1. Wyniki pomiarów – układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych
IL11
IL21
IL31
IN1
IL12
IL22
IL32
IN2 IL12’ IL22’ IL32’
l.p.
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
1
0,5
0,5
0,5
2
0,5
0,5
0
3
0,5
0
0
IN2’
A
B. Układ Holmgreena
a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2.
b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 2, tzn. przy pomiarze:
 1 – wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte,
 2 – rozłącznik Q3 powinien być otwarty,
 3 – rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte.
Tabela 2. Wyniki pomiarów – układ Holmgreena
IL11
IL21
IL31
l.p.
A
A
A
1
0,5
0,5
0,5
2
0,5
0,5
0
3
0,5
0
0
IN1
A
IN2
A
IN2’= υ·IN2
A
C. Układ V
a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.
b) Pomiary zamieścić w tabeli 3. W trakcie pomiaru:
 1 – wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte,
 2 – wykonać pomiaru dla różnych przypadków obciążeń – obciążenie symetryczne i
niesymetryczne (w skrajnym przypadku otworzyć rozłącznik Q2 lub Q3)
Tabela 3. Wyniki pomiarów – układ V
IL11
IL21
IL31
IL12
l.p.
A
A
A
A
1
2
3
IL22
A
IL32
A
IL12’
A
IL22’
A
IL32’
A
D. Układ trójkątowy
a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4.
b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 4, tzn. przy pomiarze:
 1 – wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte,
 2 – rozłącznik Q3 powinien być otwarty,
 3 – rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte.
Tabela 4. Wyniki pomiarów – układ trójkątowy trzech przekładników prądowych
IL11
IL21
IL31
IN1
IL12
IL22
IL32
IL1L2
IL2L3
l.p.
A
A
A
A
A
A
A
A
A
1
0,5
0,5
0,5
2
0,5
0,5
0
3
0,5
0
0
IL11
IL21
IL31
IL12’
IL22’
IL32’ IL1L2’ IL2L3’
l.p.
A
A
A
A
A
A
A
A
1
2
3
IL3L1
A
IL3L1’
A
E. Układ krzyżowy
a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 5.
b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 5, tzn. przy pomiarze:
 1 – wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte,
 2 – rozłącznik Q3 powinien być otwarty,
 3 – rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte.
Tabela 5. Wyniki pomiarów – układ trójkątowy trzech przekładników prądowych
IL11
IL21
IL31
I
I’= υ · I
l.p.
A
A
A
A
A
1
2
3
3.
Opracowanie wyników pomiarów
a) W oparciu o wartości przekładni znamionowej użytych przekładników prądowych
sprowadzić do strony pierwotnej przekładników pomierzone natężenia prądów po stronie
wtórnej poszczególnych układów i otrzymane wyniki porównać z rzeczywiście
występującymi natężeniami prądu w obwodzie,
b) Dla układu krzyżowego sporządzić wykresy wektorowe badanych przypadków obciążeń
(odpowiadały one zwarciu trójfazowemu i zwarciom dwufazowym różnych faz) i
wykazać słuszność podanego w omówieniu stosunku prądów płynących przez
amperomierz.