Automatyka El-en.

w elektrowniach

(1)

Tor przetwarzania sygnałów dla potrzeb diagnostyki i

zabezpieczeń systemu elektroenergetycznego

PP, PN

– przekładniki główne prądowe i napięciowe,

PD1, PD2

– przekładniki pomocnicze,

FAA

– filtry antyaliasingowe

SP

– układ synchronizacji próbkowania

UPP

– układ próbkująco pamiętający,

ADC (Analog to Digital Converter)

– przetwornik analogowo –

cyfrowy,
FD

– filtr cyfrowy

linia

PD1

PD2

5A(1A) (1-6V)

(1-6V)

100V

WN

PP

FAA

FAA

SP

UPP

UPP

ADC

ADC

FD

FD

A

L

G

O

R

YT

M

PN

M

U

L

T

P

L

E

K

S

E

R

Model obwodu zwarciowego

– sygnały zwarciowe

Schemat obwodu zwarciowego

)

sin(

)

(

1











p

m

p

T

n

E

nT

e






















 













0

0

1

0

0

1

0

1

arctg

arctg

2

T

nT

exp

))

T

(

sin(

))

T

(

T

n

sin(

I

)

nT

(

i

p

p

m

p











))}

T

(

sin(

T

T

T

nT

exp

))

T

(

)

T

(

T

n

(

)

T

(

{

R

I

)

nT

(

u

l

p

l

p

l

l

m

p

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

2

1

arctg

1

arctg

arctg

sin

1

2











































 















l

s

l

s

R

R

L

L

T







0

l

l

l

R

L

T





























 





0

2

T

nT

I

nT

i

p

m

p

a

exp

sin

)

(













 





















0

0

1

2

T

nT

exp

T

T

sin

R

I

)

nT

(

u

p

l

l

m

p

a



)

(

arctg

0

1

0

T













a) b)

Przykładowy kształt fal napięciowej (a) i prądowej (b) przed i po

wystąpieniu zwarcia w sieci wysokiego napięcia

faza początkowa napięcia





))

arctg(

sin(

)

(

0

1

0

1

2

T

T

n

I

n

i

p

m

p































)

arctg(

)

arctg(

sin(

)

(

)

(

l

p

l

l

m

p

T

T

T

n

T

R

I

n

u

1

0

1

0

1

2

1

1

2











Pomiary i automatyka w urządzeniach wysokiego
napięcia realizowane są zwykle w oparciu o sygnały
(prądowe i napięciowe) przekazywane do systemów
pomiarowych za pośrednictwem przekładników prądowych

i napięciowych.

1.

PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE

Typowym rozwiązaniem są przekładniki indukcyjne z
żelaznym rdzeniem magnetycznym łączony szeregowo w
obwód pierwotny (rys.1.)

Rys.1. Przekładnik prądowy indukcyjny – układ pracy (a),

schemat zastępczy (b)

Oznaczenia zacisków przekładników prądowych:
a)

Przekładnik jednoprzekładniowy

b)

Przekładnik z zaczepem w uzwojeniu wtórnym

c)

Przekładnik z uzwojeniem pierwotnym o dwóch sekcjach do
łączeniaszeregowo lub równolegle

d)

Przekładnik z dwoma uzwojeniami wtórnymi, każde na
własnym rdzeniu (dwa alternatywne oznaczenia zacisków).

Przykłady układów rdzenia oraz uzwojeń przekładników prądowych:

a)

Rdzeń pierścieniowy (toroidalny); b), c), d), e) rdzenie
prostokątne jednookienne.

1

– rdzeń, 2 – uzwojenie pierwotne, 3 – uzwojenie wtórne

Tabliczka znamionowa przekładnika prądowego o trzech

uzwojeniach wtórnych

Podstawowe parametry przekładników prądowych:



Prądy znamionowe (pierwotny i wtórny) określające jego

przekładnię

Przekładniki mają znormalizowany szereg prądów
pierwotnych: 50, 75, 100, 150, 200 …A.



Moc znamionowa



Klasa dokładności,



Liczba przetężeniowa N definiowana jako:

(w praktyce używana jest liczba N

10

)



Znamionowy

współczynnik granicznej dokładności K

ALF

definiowany jako:

I

1ALC

– prąd pierwotny graniczny

)

I

/

I

(

n

'

n

2

1





)

Z

I

S

(

obcn

n

n

2

2



n

I

N

I

N

1

1



n

I

ALC

I

ALF

K

1

1



Znamionowy współczynnik granicznej dokładności:

stosunek znamionowego prądu pierwotnego granicznego
do prądu znamionowego przy znamionowym obciążeniu o
współczynniku mocy zawartym w przedziale od 0,8 do 1,0, przy
którym błąd całkowity nie przekracza zadanej wartości
(np.. 5% lub 10% dla przekładników kl. 5P lub 10P)

Znormalizowane wartości 10 – procentowego współczynnika
granicznej dokładności wynoszą:

5 -10

– 15 – 20 - 30.

Współczynnik granicznej dokładności umieszcza się za znakiem P
w oznaczeniu klasy dokładności, np.5P10 ( )

ALC

I

1

n

I

1

ALF

K

10



ALF

K

Przy różnej (mniejszej) od znamionowej wartości
obciążenia wtórnego zmienia się wartość współczynnika
granicznej dokładności wg wzoru:




W praktyce zachodzi

nierówność:

obc

Z

Z

obcn

Z

Z

n

ALF

ALF

K

K







2

2

10

N

K

ALF



Norma PN-EN 60044-

1:2000 „Przekładniki – przekładniki

prądowe”:

A.

Błędy pomiaru

1.

Błąd prądowy (błąd przekładni): błąd wynikający z tego,
że przekładnia rzeczywista nie jest równa przekładni
znamionowej:

błąd prądowy %

2.

Błąd całkowity: wartość skuteczna prądu w stanie

ustalonym stanowiąca różnicę między chwilowymi
wartościami rzeczywistego prądu wtórnego pomnożonego
przez przekładnię znamionową a chwilową wartością
prądu pierwotnego (wyrażony w procentach prądu
pierwotnego)

p

I

%

)

p

I

s

I

n

(

100













T

p

s

n

T

p

I

c

dt

)

i

i

(

0

2

1

100





Granice błędów przekładników zabezpieczeniowych

Klasa

dokładności

Błąd prądowy

przy

znamionowym

prądzie

pierwotnym

Błąd kątowy przy

znamionowym

prądzie

pierwotnym

Błąd całkowity

przy

znamionowym

prądzie

pierwotnym

-

%

minuty

Centy-
radiany

%

5P

10P

± 1

± 3

± 60

-

± 1,8

-

5

10

3. Błąd kątowy równy jest kątowi wyrażonemu w stopniach
lub radianach (centyradianach). Błąd uważa się za dodatni,
jeżeli prąd I

2

wyprzedza w fazie prąd I‘

1

.

Przy określaniu błędu prądowego i kątowego obciążenie

powinno mieć współczynnik mocy cos



= 0,8

ind

Znormalizowane wartości prądów znamionowych

- pierwotnych:

10

– 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 - 50 – 60 – 75

oraz ich dziesiętne wielokrotności

(wartości zalecane podkreślono)

-

wtórnych: 1 A, 2 A, 5A (wartością zalecaną jest 5A)

Znormalizowane wartości mocy znamionowych do 30 VA:

2,5

– 5,0 – 10 – 15,0 - 30,0 VA

(wartości większe od 30 VA w zależności od potrzeb)

Przykładowy sposób zmniejszenia obciążenia przekładników

prądowych (wg IEEE STD C37.110-1996)

Charakterystyki magnesowania przekładników prądowych kl. C

(wg IEEE Std C37.110-1996)

Porównanie przebiegów nieustalonych prądu wtórnego

w przekładnikach TPX oraz TPZ

Informatyka w energetyce

2. PRZEKŁADNIKI NAPIĘCIOWE

Istnieją dwa rodzaje przekładników napięciowych:



przekładniki indukcyjne



przekładniki pojemnościowe

Napięcia wtórne przekładników napięciowych są
standaryzowane i

wynoszą:



dla

krajów europejskich: 100V, 110V lub 220V (w

przypadku rozbudowanych

obwodów wtórnych)



dla USA i Kanady: 120V, 115V lub 220V (w przypadku

rozbudowanych

obwodów wtórnych)

a) b)

c) d)

Przekładnik napięciowy
dwuuzwojeniowy:
a)jednobiegunowy;
b) dwubiegunowy

Przekładnik napięciowy
trójuzwojeniowy:
a)jednobiegunowy;
b)b) dwubiegunowy

Układ trójfazowy trzech jednofazowych przekładników
napięciowych indukcyjnych dwuuzwojeniowych:
a) jednobiegunowych;
b) dwubiegunowych

a) b)

Układ trzech jednofazowych przekładników indukcyjnych
jednobiegunowych, trójuzwojeniowych

I

– rdzenie zaplatane z blach izotropowych, II – rdzenie zaplatane z blach

anizotropowych, III

– rdzenie zwijane, przecinane z blach anizotropowych (i,

j) oraz amorficznych (k)

Podstawowy schemat
przekładnika napięciowego pojemnościowego

Podstawowe układy pracy przekładników napięciowych:
a) pomiar napięć międzyfazowych (tzw. układ V), b) pomiar
napięć fazowych i międzyprzewodowych

Informatyka w energetyce

Układ pojemnościowego przekładnika napięciowego

(W

1

, W

2

– liczba zwojów części indukcyjnej przekładnika)

Klasa

dokładności

Procentowy

błąd

napięciowy

Błąd kątowy

minuty

centyradiany

3P

± 3,0

± 120

± 3,5

6P

± 6,0

± 240

± 7,0

Wartości graniczne błędów napięciowego i kątowego dla

przekładników napięciowych do zabezpieczeń

Znormalizowane wartości mocy znamionowej obciążenia
(przy współczynniku mocy cos



= 0,8 ind.) wynoszą w VA:

10

– 15 – 25 – 30 – 50 – 75 – 100 – 150 – 200 – 300 – 400 – 500

Cieplna moc graniczna (wg PN-IEC 186+A1):

„Wartość mocy pozornej odniesiona do napięcia znamionowego,
która, może być pobierana z uzwojenia wtórnego w przypadku
zasilania znamionowym napięciem pierwotnym, bez
przekroczenia podanych przyrostów temperatury”

Tabliczka znamionowa przekładnika prądowego o trzech

uzwojeniach wtórnych

Oznaczenia zacisków przekładników prądowych:
a)

Przekładnik jednoprzekładniowy

b)

Przekładnik z zaczepem w uzwojeniu wtórnym

c)

Przekładnik z uzwojeniem pierwotnym o dwóch sekcjach do
łączeniaszeregowo lub równolegle

d)

Przekładnik z dwoma uzwojeniami wtórnymi, każde na
własnym rdzeniu (dwa alternatywne oznaczenia zacisków).