1

ZABEZPIECZENIA 

ELEKTROENERGETYCZNE 

Prowadzący 
dr hab. inż. W. Korniluk, prof. PB

 

Wykład 2

 

 

2

2. Elementy składowe EAZ

2.1. Przekładniki prądowe zabezpieczeniowe

     Przekładniki prądowe zabezpieczeniowe wykonuje się jako  główne 
i pomocnicze. 
      Przekładniki  prądowe  główne  są  elementem  pośredniczącym  między 
urządzeniami pierwotnymi rozdzielni a urządzeniami zabezpieczającymi.  
 

    Zastosowanie przekładników głównych daje następujące korzyści:

 oddzielenie galwaniczne obwodów wysokiego napięcia od obwodów 
i części 
    dostępnych dla dotyku,

 możność przetworzenia prądu z wartości ruchowych na wartości 
        najbardziej  odpowiednie  do  celów  pomiarowych  i 
zabezpieczeniowych,

 możność ograniczenia liczby znormalizowanych prądów i napięć po 
stronie 
    wtórnej,

 umieszczenia przekaźników w odpowiednim pomieszczeniu,

 ograniczenia prądów zwarciowych po stronie wtórnej przekładników 
    prądowych.

 

 

3

Przekładniki prądowe zabezpieczeniowe

          Przekładniki  prądowe  pomocnicze  służą  do  uzyskania 
odpowiedniego 

przesunięcia 

fazowego, 

wyrównania 

przekładni, 

ograniczania wartości prądów wtórnych przy zwarciach i uzyskania prądu, 
który jest kombinacją prądów fazowych.
          Do  przekładników  prądowych  pomocniczych  zalicza  się  przekładniki 
prądowe [1]:

  pośredniczące  -  charakteryzują  się  przekładnią  znormalizowaną  i 
służą 
        w  zasadzie  do  transformowania  prądów  o  większej  wartości  na 
prądy 
    o mniejszej wartości;

 

wyrównawcze 

– 

występują 

zazwyczaj 

w 

wykonaniu 

autotransformatorowym i   
    są wyposażone w zaczepy służące do skokowej zmiany przekładni, 
nadają      
    się one również do dwukierunkowej transformacji prądów;

  nasyceniowe  –  są  to  przekładniki  prądowe,  w  których  nasycenie 
rdzenia   
        występuje  już  przy  niewielkich  przewężeniach,  dzięki  czemu 
ograniczane są  
        prądy  zwarciowe  i  spełniają  rolę  filtru  zatrzymującego  składową 
nieokresową  
    prądu 

  sumowniki  prądowe  –  służą  do  zastąpienia  układu  trójfazowego 
prądów 
        fazowych  zastępczym  prądem  jednofazowym  i  mają  na  celu 
uproszczenie 
    układu zabezpieczeniowego.

 

 

4

Zasada działania przekładników prądowych konwencjonalnych

          Uzwojenie  pierwotne  przekładnika  łączy  się    w  szereg  z  innymi 
urządzeniami w torze prądowym pierwotnym (rys.2.1).

Rys.2.1. Zasada działania przekładnika prądowego. Oznaczenia w tekście

 

 

5

Zasada działania przekładników prądowych konwencjonalnych

     Prąd w obwodzie pierwotnym i

1

 nie zależy zupełnie od parametrów i 

stanu obciążenia Z

obc

 strony wtórnej przekładnika. 

          Przepływy  strony  pierwotnej  I

1

w

1

  i  wtórnej  I

2

w

2

  wywołują  strumienie 

magnetyczne  skojarzone  z  uzwojeniami.  Można  wyróżnić  strumień  Φ

μ

 

zamykający się w rdzeniu magnetycznym, wspólny dla obydwu uzwojeń, 
oraz  strumienie  rozproszenia  Φ

1r

  oraz  Φ

2r

  przenikające  wyłącznie  przez 

uzwojenia odpowiednio w

1

 i w

2

. 

Rys.2.2. Uproszczony schemat zastępczy przekładnika prądowego. 

Oznaczenia w tekście

 

 

6

Zasada działania przekładników prądowych konwencjonalnych

     Na rys.2.2 przedstawiono uproszczony zastępczy schemat elektryczny 
przekładnika prądowego. Indukcyjność L

μ

 jest związana ze strumieniem Φ

μ

 

zamykającym  się  przez  rdzeń  ferromagnetyczny,  sprzężonym  z 
obydwoma  uzwojeniami.  Rezystancja  R

Fe

  odwzorowuje  straty  w  rdzeniu 

spowodowane prądami wirowymi i przemagnesowaniem (pętla histerezy). 
Rezystancje R

1

` i R

2

 są rezystancjami uzwojeń strony pierwotnej i wtórnej. 

Indukcyjności L

1

` oraz L

2

 odwzorowują istnienie strumieni rozproszenia Φ

1r

 

i Φ

2r

,  sprzężonych tylko z jednym z uzwojeń.

          Wykres  wektorowy  prądów  i  napięć  przekładnika  prądowego 
przedstawiono  na  rys.2.3.  W  uzwojeniu  wtórnym  płynie  prąd  I

2

,  który 

wywołuje spadki napięć na impedancji obciążenia (Z

obc

=R

obc

+jX

obc

) oraz na 

impedancji  uzwojeń  strony  wtórnej  (Z

2

=R

2

+jX

2

).  Suma  spadków  napięć 

jest równa sile elektromotorycznej E

2

=U

μ

. Jest to napięcie opóźnione o π/2 

względem  strumienia  Φ

μ

,  który  je  indukuje  i  jest  zgodny  z  prądem 

magnesującym I

μ

. Suma prądu gałęzi poprzecznej I

0

 oraz prądu wtórnego 

I

2

  o  zmiennym  znaku  (przepływ  strony  wtórnej  I

2

w

2

  działa  bowiem 

rozmagnesowująco)  daje  prąd  pierwotny  I

1

`  „sprowadzony”  na  stronę 

wtórną.

 

 

7

Zasada działania przekładników prądowych konwencjonalnych

Rys.3.4. Wykres wektorowy przekładnika prądowego. Oznaczenia w tekście

          Siła  elektromagnetyczna  E

2

  jest  wywołana  przez  strumień 

magnetyczny  Φ

μ

  obejmujący  uzwojenie  wtórne  przekładnika.  Do 

wytworzenia tego strumienia niezbędne jest odpowiednie natężenie pola 
magnetycznego H oraz przepływ I

0

w

1

. 

 

 

8

Zasada działania przekładników prądowych konwencjonalnych

          Przy  zwartej  przez  impedancję  obciążenia  Z

obc

  stronie  wtórnej 

przekładnika  siła  elektromotoryczna  E

2

  jest  stosunkowo  niewielka. 

Niewielki  jest  również  strumień  Φ

μ

  niezbędny  do  jej  wytworzenia.  W 

konsekwencji 

również 

prąd 

I

0

, 

w  porównaniu  z  prądem  I

1

  jest  mały,  szczególnie  dla  przekładników 

zbudowanych  z  bardzo  dobrych  materiałów  ferromagnetycznych  (duże 
wartości  μ

r

).  Uwzględniając  rozmagnesowujące  działanie  przepływu 

strony wtórnej i przy założeniu , otrzymuje się zależność [3]:

2

2

1

1

w

I

w

I



(2.1) 

dla znamionowego prądu pierwotnego I

1

=I

pN

 oraz wtórnego I

2

=I

sN

 

1

2

w

w

I

I

K

sN

pN

N





(2.2) 

gdzie  K

N

 – przekładnia (zwojowa) przekładnika prądowego.

 

 

9

Błędy transformacji

 

          Na  podstawie  analizy  wykresu  wektorowego  przekładnika  (rys.2.3) 
można 

napisać 

następujące 

zależności 

charakteryzujące 

błędy 

transformacji:



cos

'

0

2

1

I

I

I

I



























sin

arcsin

1

0

I

I

(2.3) 

(2.4) 

gdzie 

.

2w













I



i



c



 prądowego     , 

 kątowego      ,

 całkowitego     .

W praktyce poprawność transformacji określa się za pomocą błędów:

Błąd prądowy jest definiowany zależnością

100

1

1

2

%









I

I

K

I

I

N

(2.5) 

 

 

10

Błędy transformacji

i



          Błąd  kątowy

           

jest  to  kąt  między  odwróconym  wektorem  prądu 

wtórnego  i

2

,  a  wektorem  prądu  i

1

  i  jest  przedstawiony  następującym 

wzorem

:

1

2

0

1

2

cos

arcsin

arg

I

I

I

I

i









(2.6) 

            Błąd  całkowity,  charakterystyczny  w  przekładnikach  prądowych 
zabezpieczeniowych, 

jest 

wartością 

skuteczną 

różnicy 

wartości 

chwilowych:  prądu  wtórnego  i

2

  przemnożonego  przez  przekładnię  oraz 

prądu pierwotnego i

1

. Wyraża się on następującym wzorem:







T

N

c

dt

i

K

i

T

I

0

2

1

2

1

)

(

1

100



(2.7) 

Błąd  prądowy  zależy  od  parametrów  konstrukcyjnych  i  materiałów 
przekładnika, oraz od:

 wartości prądu pierwotnego,
 obciążenia (impedancji) strony wtórnej Z

2w

,

 argumentu impedancji strony wtórnej (kątów                     ).

w

obc

2

2

,

,

,











 

 

11

Błędy transformacji

          Obciążenie  znamionowe  przekładnika  definiowane  jest  jako 
impedancja  obciążenia  (przy  określonym  współczynniku  mocy  i 
znamionowym  prądzie  wtórnym),  przy  której  przekładnik  transformuje 
prąd  z  błędami  dopuszczalnymi  dla  danej  klasy.  Najczęściej  zamiast 
impedancją  obciążenia  operuje  się  mocą  znamionową,  którą  wyraża  się 
wzorem:

n

n

n

Z

I

S

2

2

2

2



(2.8) 

w którym:      - moc znamionowa w VA;
                     - znamionowa impedancja obciążenia w Ω;
                     - znamionowy prąd wtórny w A.

n

S

2

n

Z

2

2

2n

I

 

 

12

Błędy transformacji

Rys.2.4. Zależność błędu całkowitego przekładnika prądowego od 

wartości skutecznej prądu pierwotnego

Rys.2.5. Zależność błędu całkowitego przekładnika prądowego od 

impedancji obciążenia 

 

 

13

Błędy transformacji

          Duże  prądy  przeciążeniowe  lub  zwarciowe  powodują  nasycenie  się 
rdzenia i zwiększenie błędu prądowego. 
          Przy  obciążeniu  uzwojenia  wtórnego  przekładnika,  strumień 
magnetyczny  w  jego  rdzeniu  jest  nieduży,  natomiast  w  przypadku 
przerwy w obwodzie wtórnym osiąga on bardzo duże wartości. W skutek 
dużych  strat  w  żelazie  może  powodować  przegrzanie  i  zniszczenie 
izolacji,  zaś  indukujące  się  w  obwodzie  wtórnym  wysokie  napięcie  (do 
kilkunastu kilowoltów) może stwarzać zagrożenie dla personelu i izolacji.

          Przekładniki  prądowe  mogą  posiadać  różną  liczbę  uzwojeń 
pierwotnych i wtórnych (tab.2.1)

Typowe konstrukcje przekładników prądowych

 

 

14

Typowe konstrukcje przekładników prądowych

Tabela 2.1. Schematyczne oznaczenie przekładników prądowych 

5

100

5

200

100

2

1

1000



5

5

1000

Rodzaj przekładnika 

Oznaczenia zacisków 

Przykładowa przekładnia 

Przekładnik 
jednoprzekładniowy

Przekładnik z 
zaczepem w 
uzwojeniu wtórnym

Przekładnik z 
uzwojeniem 
pierwotnym o dwu 
sekcjach do łączenia 
szeregowego lub 
równoległego

Przekładnik z dwoma 
uzwojeniami 
wtórnymi, każde na 
własnym rdzeniu

 

 

15

Typowe konstrukcje przekładników prądowych

Oznaczenie zacisków:
   P1 – P2, C1 – C2

- zaciski uzwojeń pierwotnych,

   S1 – S2, S1 – S2 – S3  - zaciski uzwojeń wtórnych,
   1S1 – 1S2, 2S1 – 2S2 - zaciski dwóch separowanych uzwojeń  
wtórnych.

Izolacje przekładników prądowych

          Podczas  przerwania  obwodu  wtórnego  cały  prąd  pierwotny  staje  się 
prądem magnesującym. 
     Przerwanie obwodu wtórnego podczas pracy przekładnika prądowego 
grozi  niebezpieczeństwem  porażenia  obsługi,  przebicia  izolacji 
międzyzwojowej  oraz  uszkodzenia  cieplnego  izolacji  uzwojeń  na  skutek 
nadmiernego  nagrzewania  rdzenia  spowodo wanego  wzrostem  strat  na 
histerezę i prądy wirowe.
          Przy  dużym  obciążeniu  przekładnika,  na  jego  zaciskach  wtórnych 
powstaje 

znaczne 

napięcie 

naprężające 

izolację 

szeregową, 

międzyzwojową,  międzywarstwową  i  między  zaciskami.  Podobnie,  lecz 
proporcjonalnie  niższym  napięciem,  jest  naprężana  izolacja  szeregowa 
uzwojenia pierwotnego, gdzie cięższe warunki pracy występują wówczas, 
gdy przekładnik jest zbudowany na małe prądy znamionowe.

 

 

16

Praca przekładników prądowych przy przetężeniach

          Od  przekładników  prądowych  przeznaczonych  do  współpracy  z 
zabezpieczeniami wymaga się, aby zabezpieczenia pracowały prawidłowo 
przy  zwarciach,  a  więc  transformacja  prądów  wielokrotnie  większych  od 
prądu znamionowego powinna być poprawna. Zakres prądu pierwotnego, 
przy którym transformację można za taką uważać, wyznacza znamionowy 
graniczny  prąd  pierwotny  (I

1G

).  Jest  to  największa  wartość  prądu 

pierwotnego  I

1G

,  przy  którym  błąd  całkowity  przekładnika  obciążonego 

znamionowo 

osiąga 

wartość 

określoną 

w normie dla przekładników danej klasy. 

     Współczynnik dokładności                silnie zależy od wartości impedancji

            

                                        .  Można  w  przybliżeniu  przyjąć,  że  współczynnik  K

G

  jest 

odwrotnie proporcjonalny do impedancji Z

w

, czyli 

n

G

G

I

F

K

1

1



obc

z

w

Z

Z

Z



















1

2

2

1

w

w

G

G

Z

Z

K

K

(2.9) 

gdzie K

G1

, K

G2

 – współczynniki graniczne dokładności przy impedancji 

odpowiednio Z

w1

 oraz  Z

w2

.

 

 

17

Praca przekładników prądowych przy przetężeniach

     Istotny wpływ na wartość K

G

 przy zadanej wartości mocy na obciążeniu 

przekładnika, ma przekrój rdzenia magnetycznego.
     Aby zapewnić transformację w dużym zakresie prądów należy stosować 
rdzeń o znacznym przekroju. 

Praca przekładników prądowych w stanach nieustalonych

          Stan  nieustalony  jest  to  stan,  gdy  w  przebiegach  prądów,  napięć  i 
strumieni  pojawiają  się  składowe  swobodne,  wywołane  nagłą  zmianą 
prądu pierwotnego.
          Większość  układów  zabezpieczeniowych  wymaga  dokładnej 
transformacji prądu w stanach nieustalonych.
          Zabezpieczenia  muszą  dokonać  szybkiego  i  dokładnego  pomiaru 
lokalizującego miejsce zwarcia.  

 

 

18

            Charakterystyczną  cechą  stanu  nieustalonego  w 
przekładnikach  jest  pojawienie  się  składowej  nieokresowej 
strumienia  magnetycznego  o  znacznej  wartości.  Należy  przy  tym 
zauważyć,  że  wartość  tej  składowej  zależy  w  zasadniczy  sposób  od 
czynników przypadkowych, a mianowicie:

 indukcji szczątkowej i związanego z nią strumienia;

 zawartości w prądzie pierwotnym składowej nieokresowej, która zależy 
od chwili,  
    w której powstało zwarcie.

      Podatność przekładników prądowych na nasycenie w stanie 
nieustalonym jest czynnikiem ograniczającym poprawność pracy 
zabezpieczeń  elektroenergetycznych.  Dzieje  się  tak  dlatego,  że 
nasyceniu  rdzenia  towarzyszą  znaczne  błędy  transformacji,  a  więc  do 
zabezpieczeń 

dociera 

błędna 

informacja 

o wartościach prądu pierwotnego. 

Praca przekładników prądowych w stanach nieustalonych

 

 

19

Wymagania stawiane zabezpieczeniowym przekładnikom prądowym

          Wymagania  stawiane  zabezpieczeniowym  przekładnikom  prądowym 
są określone w krajowych normach:

 PN-EN 60044-1 : maj 2000 – Przekładniki prądowe;

 PN-EN 60044-6 : maj 2000 – Przekładniki – wymagania dotyczące 
    
    przekładników prądowych do zabezpieczeń w stanach 
przejściowych.

Znormalizowane wartości prądów pierwotnych (I

pn

)

          Znormalizowanymi  wartościami  znamionowych  prądów  pierwotnych 
przekładników  prądowych  są  wartości:  10;  12,5;  15;  20;  25;  30;  40;  50; 
60;  75A  oraz  ich  dziesiętne  wielokrotności  i  podwielokrotności.  Wartości 
napisane pogrubioną czcionką są wartościami zalecanymi.

Znormalizowane wartości prądów wtórnych(I

sn

) 

          Znormalizowanymi  wartościami  znamionowych  prądów  wtórnych 
przekładników prądowych są wartości: 1; 2; 5A , a wartością zalecaną jest 
5A.

 

 

20

Znamionowy długotrwały prąd cieplny

          Jeżeli  nie  określono  inaczej,  to  znamionowym  długotrwałym 
prądem  cieplnym  przekładników  prądowych  jest  znamionowy 
prąd pierwotny.
          Przekładniki  o  klasach  dokładności  0,1-0,2-0,5-1  mogą  być 
oznaczone  jako  przekładniki  o  rozszerzonym  zakresie  prądowym, 
jeżeli spełniają następujące wymagania:

  znamionowy  długotrwały  prąd  cieplny  jest  równy  prądowi 
pierwotnemu 
    rozszerzonego zakresu prądowego i jest wyrażony w procentach   
    znamionowego prądu pierwotnego,

  wartości  graniczne  błędów  prądowego  i  kątowego  określone  w 
normie dla   
      100%  znamionowego  prądu  pierwotnego  są  zachowane  również 
przy wartości  
   prądu pierwotnego rozszerzonego zakresu prądowego.

          Znormalizowanymi  procentowymi  wartościami  prądu  pierwotnego 
rozszerzonego  zakresu  są:  120%,  150%  i  200%  (znamionowego  prądu 
pierwotnego).

 

 

21

Znormalizowane wartości mocy znamionowych

          Jest  to  wartość  mocy  pozornej  w  woltoamperach,  przy  określonym 
współczynniku mocy,  którą przekładnik  jest zdolny  zasilać obwód wtórny 
przy znamionowym prądzie wtórnym i znamionowym obciążeniu.
     Znormalizowanymi wartościami mocy znamionowych są: 2,5; 5,0; 10; 
15 i 30 VA. Wartości większe od 30 VA mogą być stosowane odpowiednio 
do potrzeby.
          Jako  znamionowy  współczynnik  mocy  obciążenia  (cos

) 

przyjmuje 
się wartość 0.8 (ind.).

Znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (I

th

)

      Jest to wartość skuteczna symetrycznego (ustalonego) prądu 
pierwotnego, 

którą 

przekładnik 

prądowy 

ze 

zwartymi 

uzwojeniami  wtórnymi  powinien  wytrzymać  bez  uszkodzenia  w 
ciągu  jednej  sekundy.  Znamionowy  krótkotrwały  prąd  cieplny  I

th

 

określany  jest  jako  wielokrotność  znamionowego  prądu  pierwotnego 
przekładnika np:  I

th

=100x Ipn, I

th

=200x Ipn, I

th

=500x I

pn

, idt.

     Wartość tego prądu nie może być większa od wytrzymałości cieplnej 
zacisków pierwotnych I

th

 max wyrażonej w kilo amperach 

 

 

22

Znamionowy prąd dynamiczny (I

dyn

)

            Wartość  znamionowego  prądu  dynamicznego  (I

dyn

)  powinna  być 

normalnie  2,5  razy  większa  od  znamionowego  krótkotrwałego 
prądu  cieplnego  (I

th

)  i  powinna  być  podana  na  tabliczce  znamionowej, 

gdy jest inna od tej wartości.

Dopuszczalne przyrosty temperatury

          Przyrost  temperatury  przekładnika  prądowego  podczas  przepływu 
prądu  pierwotnego  równego  znamionowemu  długo trwałemu  prądowi 
cieplnemu,  przy  obciążeniu  znamionowym  o  współczynniku  mocy 
równym 

jedności, 

nie powinien przekraczać odpowiedniej wartości.

Obciążenie przekładnika

     Jest to impedancja obwodu wtórnego przekładnika prądowego 
wyrażona  w  omach,  przy  określonym  współczynniku  mocy. 
Obciążenie  to  jest  zwykle  określane  jako  moc  pozorna  wyrażona  w 
woltoamperach,  pobierana  przy  określonym  współczynniku  mocy  i  przy 
znamionowym prądzie wtórnym. 

 

 

23

Napięcie probiercze izolacji 

          Izolacja  uzwojeń  wtórnych  przekładników  prądowych  powinna 
wytrzymać  w  ciągu  1  minuty  napięcie  probiercze  o  częstotliwości 
sieciowej i wartości skutecznej 3 kV.
          Napięcie  probiercze  izolacji  międzyzwojowej  powinno  wytrzymać  w 
ciągu 1 minuty przepięcie o wartości maksymalnej 4,5 kV występujące na 
zaciskach kompletnego uzwojenia wtórnego.

Współczynnik graniczny dokładności (ALF) 

     Współczynnik graniczny dokładności oznacza się przez ALF (jęz. ang.: 
Accuracy Limit Factor).
     Znormalizowanymi wartościami współczynnika ALF są: 5-10-15-20-30.
W  przekładnikach  rozdzielnic  wnętrzowych  średnich  napięć,  najczęściej 
stoso wane  są  współczynniki  ALF=10  lub  15.  Liczbę  oznaczającą 
współczynnik gra niczny dokładności umieszcza się bezpośrednio po literze 
P oznaczenia klasy dokładności przekładnika do zabezpieczeń, np. 5P10.

Klasy dokładności przekładników prądowych do zabezpieczeń 

    Klasa dokładności przekładników prądowych do zabezpieczeń 
jest  oznaczona  przez  największy  dopuszczalny  błąd  całkowity 
wyrażony  w  procentach,  przy  znamionowym  granicznym  prądzie 
pierwotnym  (iloczyn  znamionowego  prądu  pierwotnego  przez  ALF)  dla 
danej  klasy  dokładności,  poprzedzający  literę  P.  Znormalizowanymi 
wartościami 

klas 

dokładności 

przekładników 

prądowych 

zabezpieczeniowych są: 5P i 10P (tab.2.3).

 

 

24

Klasy dokładności przekładników prądowych do zabezpieczeń

Tabela 2.3 Wartości graniczne błędów przekładników prądowych do zabezpieczeń 

i



Klasa 

dokładności

Błąd prądowy ΔI 

przy 

znamionowym 

prądzie 

pierwotnym,

%

 Błąd kątowy 



i

 przy 

znamionowym prądzie 

pierwotnym 

Błąd całkowity ε

c

 

przy znamionowym 

prądzie granicznym 

pierwotnym

%

minuty

centyradiany

5P

 1

 60

 1.8

5

10P

 3

---

---

10

     W próbie, w której określany jest błąd prądowy i kątowy, obciążenie 
powinno  mieć  współczynnik  mocy  0,8  indukcyjny,  z  wyjątkiem,  gdy 
obciążenie  jest  mniejsze  niż  5  VA,  dla  którego  dopuszczalne  jest 
stosowanie obciążenia o współczynniku mocy równym jedności.

          Przy  określaniu  błędu  całkowitego  obciążenie  powinno  mieć 
współczynnik mocy między 0,8 indukcyjnym, a równym jedności według 
uznania wytwórcy.

 

 

25

Kryteria doboru przekładników prądowych do zabezpieczeń

Przekładniki prądowe powinny spełniać następujące kryteria:

 

znamionowe napięcie izolacji przekładnika powinno być nie mniejsze od 

    znamionowego napięcia pierwotnego układu elektroenergetycznego;

 znamionowy prąd pierwotny przekładnika prądowego powinien być 
    dostosowany do znamionowego prądu urządzenia pierwotnego;

 znamionowy prąd wtórny przekładnika prądowego powinien być równy 
    znamionowemu prądowi przekaźników przyłączonych po stronie wtórnej,   
  
    wynoszącemu przeważnie 5A (wyjątkowo 1A lub 2A); 

 największa spodziewana wartość szczytowa prądu pierwotnego w 
    nieustalonych stanach zwarciowych powinna być mniejsza od wartości 
    określającej wytrzymałość dynamiczną przekładnika.

  największa  wartość  skuteczna  składowej  okresowej  tego  prądu 
zwarciowego 
    powinna być mniejsza od wartości określającej wytrzymałość cieplną, 
    przeliczonej na rzeczywisty czas przepływu prądu zwarciowego;

  znamionowy  prąd  szczytowy  przekładnika  prądowego  powinien  być  co 
najmniej  
    równy udarowemu prądowi zwarciowemu w punkcie zainstalowania tego 
    przekładnika;

 moc znamionowa przekładnika prądowego powinna być nie mniejsza niż 
        całkowita  moc  pobierana  przez  przyrządy  przyłączone  do  obwodów 
wtórnych,  
    przy przepływie przez te obwody prądu znamionowego;

  klasa  dokładności  i  graniczny  współczynnik  dokładności  przekładnika 
powinna 
    być taka aby zapewnione było poprawne działanie zabezpieczenia.

 

 

26

Typowe układy połączeń przekładników prądowych

          Typowe  schematy  układów  połączeń  przekładników  prądowych 
stosowanych  w  elektroenergetyce  są  przedstawione  na  rysunkach  2.7  – 
2.10.
Rys.2.7. Schemat połączeń układu: a) do pomiaru prądu jednej fazy, przy 
założeniu  symetrii  prądów  w trzech  fazach,  b)  do  pomiaru  trzech prądów 
fazowych przy użyciu dwóch przekładników

 

 

27

Rys.2.8.  Schemat  połączeń  układu:  a)  do  pomiaru  różnicy  prądów  w 
dwóch 

fazach, 

przy  założeniu  symetrii  prądów  w  trzech  fazach;  b)  do  pomiaru  zarówno 
prądów fazowych, jak i potrójnej składowej zerowej tych prądów

Typowe układy połączeń przekładników prądowych

 

 

28

Typowe układy połączeń przekładników prądowych

Rys.2.9. 

Schemat 

połączeń 

trójfazowego 

różnicowego 

układu 

przekładników stosowanego do zabezpieczania generatorów

 

 

29

Rys.2.10.  Schemat  połączeń  układu  różnicowego  przekładników 
stosowanego 
do zabezpieczenia transformatora o grupie połączeń trójkąt/gwiazda

Typowe układy połączeń przekładników prądowych

 

 

30

Specjalne konstrukcje i niekonwencjonalne rozwiązania 

przekładników prądowych 

 Do specjalnych konstrukcji przekładników prądowych do których zaliczane są :

 transreaktor,

 przekładniki  kaskadowe,

 przekładniki z sumowaniem magnetycznym (Ferrantiego),

 przekładnik z pomocniczym źródłem zasilania,

 przekładnik oparty na zjawisku Faradaya (magnetooptyczny),

 przekładniki różniczkująco – całkujące.

Transreaktor

          Transreaktor  przekształca  prąd  pierwotny  na  proporcjonalne  doń 
napięcie 

dzięki 

temu, 

że 

nie 

ma 

zamkniętego 

rdzenia 

ferromagnetycznego (rys.2.11).
          Schemat  zastępczy  transreaktora  pokazano  na  rys.2.11,  a  jest  on 
identyczny  ze  schematem  przekładnika  prądowego  przy  pominięciu 
rezystancji strat w żelazie. 
          Transreaktory  bywają  niezbędne  w  niektórych  układach  automatyki 
zabezpieczeniowej,  utrzymują  bowiem  stałą  dokładność  transformacji 
składowej okresowej prądu pierwotnego.

 

 

31

Transreaktor

Rys.2.11.Rdzeń przekładnika prądowego (transreaktor) ze szczelinami w 
obwodzie magnetycznym 

 

 

32

Przekładniki kaskadowe

         Przy  produkcji  przekładników na najwyższe  napięcia (500 kV, 
750 kV, 1150 kV) trudności w wykonaniu izolacji między uzwojeniem 
pierwotnym i wtórnym stają się ogromne. 
     Z technologicznego punktu widzenia korzystne jest podzielenie tej 
izolacji  —  a  zarazem  całego  przekładnika  —  na  stopnie  połączone  w 
szereg, kaskadowo. Taka konstrukcja sprowadza się do szeregowego 
połączenia  przekładników  prądowych:  pierwszy  transformuje  prąd  z 
poziomu  napięcia  strony  pierwotnej  na  poziom  pośredni,  drugi  z  tego 
stopnia pośredniego na stronę wtórną (rys.2.12). 

          Błędy  prądowe  i  kątowe  przekładnika  kaskadowego  są  sumą 
błędów  każdego stopnia transformacji. Natomiast błędy całkowite 
nie podlegają algebraicznemu sumowaniu i trzeba je wyznaczyć z 
wykresu wektorowego.
          Skonstruowanie  przekładnika  kaskadowego  o  małych  błędach  przy 
prądzie  znamionowym  z  jednej  strony  i  nienasycającego  się  w  stanach 
nieustalonych z drugiej strony jest zadaniem szczególnie trudnym.

 

 

33

Rys.2.12. Zasada działania kaskadowego przekładnika prądowego.
i

1

 – prąd pierwotny, i

p

 – prąd obwodu (stopnia) pośredniego, i

2

 – prądy 

wtórne

Przekładniki kaskadowe

 

 

34

Przekładniki z sumowaniem magnetycznym (Ferrantiego)

          Do  grupy  przekładników  z  sumowaniem  magnetycznym  należą 
przekładniki  Ferrantiego  służące  do  pomiaru  składowej  zerowej  prądu 
trójfazowego. Dzięki sumowaniu magnetycznemu (rys.2.14a) uzyskuje się 
znacznie większą dokładność niż przez odpowiednie łączenie (sumowanie 
elektryczne) 

uzwojeń 

wtórnych 

przekładników 

fazowych 

(układ 

Holmgreena rys.2.14b).

Rys.2.14. Pomiar prądu składowej zerowej: a) przekładnik z sumowaniem 

magnetycznym (Ferrantiego); b) układ Holmgreena 

 

 

35

          Przekładniki  Ferrantiego  stosuje  się  wówczas,  gdy  należy  wykrywać 
bardzo  małe  prądy  składowej  zerowej,  często  o  dwa,  trzy  rzędy  wielkości 
mniejsze niż prądy znamionowe poszczególnych faz. Błędy przekładników 
w  układzie  Holmgreena  nie  umożliwiają  popraw nego  wykrywania  tak 
małych  prądów.  Przekładnik  Ferrantiego  składa  się  z  uzwojenia  na 
toroidalnym  rdzeniu  magnetycznym  wykonywanym  z  dobrego  materiału 
ferromagnetycznego. Ważne jest, aby przenikalność magnetyczna rdzenia 
przy bardzo małych indukcjach była możliwie jak największa. 

Przekładniki z sumowaniem magnetycznym (Ferrantiego)

          Istotne  jest  również  uzyskanie  jak  największej  mocy  na  impedancji 
obciążenia.  Impedancję  Z

b

  często  dobiera  się  w  taki  sposób,  aby  była 

równa  impedancji  magnesowania  przekładnika,  mierzonej  od  strony 
zacisków wtórnych przy napięciu zadziałania zabezpieczenia. Przekładniki 
Ferrantiego  starannie  wykonane  umożliwiają  wykrywanie  prądów 
ziemnozwarciowych 3I

0

 będących ułamkiem ampera.

          Przeważająca  większość  przekładników  jest  wykonywana  w  wersji 
kablowej,  tzn.  do  nakładania  na  kabel.  Wykonuje  się  także  przekładniki 
Ferrantiego nakładane bezpośrednio na przewody szynowe.

 

 

36

Przekładnik prądowy z pomocniczym źródłem zasilania

          Zasada  działania  takiego  przekładnika  prądowego  polega  na 
przekształcaniu  wielkości  elektrycznych  na  sygnały  świetlne  i  odwrotnie 
(rys.2.15).
          Prąd  z  uzwojenia  wtórnego  przekładnika  konwencjonalnego  PP1 
zostaje  przetworzony  w  modulatorze  1  na  sygnał  napięciowy  którego 
szerokość  lub  częstotliwość  jest  proporcjonalna  do  wartości  prądu 
pierwotnego I

1

. 

      Sygnały  napięciowy  zostaje    wzmocniony,  a  następnie  w  diodzie 
świecącej  (LED)  3  przetworzony  na  sygnały  świetlne  przesyłane 
przewodem światłowodowym 4 do fotodiody 5. 
     Za pomocą fotodiody 5 sygnały świetlne są ponownie przetwarzane na 
sygnał  napięciowy  o  wartości  proporcjonalnej  do  szerokości  lub 
częstotliwości impulsów i przekształcone w demodulatorze  6  na napięcie 
przemienne o przebiegu sinusoidalnym.
          Kolejne przekształcenia  wielkości  elektrycznych  na  sygnały  świetlne 
i  odwrotnie  powodują,  że  w  napięciu  przemiennym  występują 
odkształcenia 
od  przebiegu  sinusoidalnego,  dlatego  konieczne  jest  zastosowanie  filtru 
dolnoprzepustowego 7 eliminującego powstałe deformacje.

 

 

37

Przekładnik prądowy z pomocniczym źródłem zasilania

Rys.2.15 Zasada działania przekładnika prądowego z pomocniczym 
źródłem zasilania

PP1, PP2 – 
przekładniki 
prądowe; 1 –
modulator sygnału; 
2 – wzmacniacz; 
3 – dioda świecąca 
(LED);

4 – światłowód; 
5 – dioda 
fluorescencyjna;               
        6 – demodulator; 
7 – filtr 
dolnoprzepustowy; 
8,9 – wzmacniacz.

 

 

38

            Elementy  przetwornika  1  i  2,  pozostające  na  wysokim  potencjale 
względem  ziemi,  wymagają  dodatkowego  zasilania  (10),  do  czego 
wykorzystuje  się  przeważnie  oddzielny  przekładnik  prądowy  PP2  oraz 
baterię 

          Przekładniki  prądowe  oparte  na  podanej  zasadzie  działania 
charakteryzują  się  bardzo  dobrymi  właściwościami  technicznymi,  takimi 
jak:

 duża dokładność transformacji;

 błąd prądowy odpowiada klasie 0,1;

 szeroki zakres poprawnej transformacji, od 0,1 do 50-krotnej wartości; 
    znamionowego prądu pierwotnego I

pN;

 poprawna transformacja wyższych harmonicznych;

 poprawne odtwarzanie składowej nieokresowej prądu.

Przekładnik prądowy z pomocniczym źródłem zasilania

Przekładnik prądowy oparty na zjawisku Faradaya (magnetooptyczny)

          W  przekładniku  magnetooptycznym  (rys.2.16)  wykorzystuje  się  efekt 
Faradaya,  polegający  na  skręceniu  płaszczyzny  polaryzacji  liniowo 
spolaryzowanego  promienia  świetlnego,  przepuszczonego  przez  ciało 
optycznie  nieaktywne,  o  ile  jest  ono  poddane  działaniu  pola 
magnetycznego o kierunku równoległym do promienia świetlnego.

 

 

39

Przekładnik prądowy oparty na zjawisku Faradaya (magnetooptyczny)

Rys.2.16 Schemat przekładnika 
prądowego magnetooptycznego: 
b - źródło światła, 
d - pryzmaty,  f - polaryzator, 
h

l

 ,h

2

 - pręty z materiału 

optycznie nieaktywnego,
z

1

 - uzwojenie pier wotne,

z

2

 - uzwojenie wtórne,

a - analizator, 
k - komórka fotoelektryczna, 
m - wzmacniacz, 
I

1

 - prąd pierwotny, I

2

 - prąd wtórny.

 

 

40

     Promień świetlny ze źródła światła b jest skierowany przez 2 pryzmaty 
d 

na 

polaryzator f, a następnie przez oba pręty na analizator a. 
          Przy  zachowaniu  równości  przepływów  z

1

I

1

  =  z

2

I

2

  dzięki 

zastosowaniu  metody  kompensacyjnej  płaszczyzna  polaryzacji 
skręcona  w  górnym  pręcie  szklanym  zostaje  doprowadzona  do 
położenia początkowego w pręcie dolnym. 
        Stan  równowagi  jest  odbierany  przez  fotokomórkę  k  umieszczoną  za 
analizatorem a. 
    Każda zmiana w przepływie pierwotnym z

1

I

1

 powoduje natychmiastową 

(bez  opóźnienia)  zmianę  w  intensywności  światła  padającego  na 
fotokomórkę, przekazywaną na wzmacniacz  m. Wywołuje to taką zmianę 
prądu  I

2

,  aby  została  zachowana  równość przepływów  z

1

I

1

  =  z

2

I

2

  .  Prąd  I

2

 

pozostaje stale wiernym odbiciem prądu I

1

.

     Transformacja prądu pierwotnego I

1

 na wtórny I

2

 pozostaje poprawna 

niezależnie  od  tego,  czy  prąd  pierwotny  jest  sinusoidalny  czy  o 
dowolnym przebiegu.
     Przekładniki tego typu są stosowane w sieciach na napięcie 220-750 
kV.

Przekładnik prądowy oparty na zjawisku Faradaya (magnetooptyczny)

 

 

41

Przekładniki różniczkująco - całkujące

     Schemat ideowy przekładnika różniczkująco - całkującego pokazano na 
rys.2.17.  Układ  przekładnika  różniczkująco  -  całkującego  składa  się  z 
dwóch transformatorów (rdzeni) A i B oraz wzmacniacza różnicowego W.

Rys.2.17. Schemat ideowy przekładnika różniczkująco - całkującego

 

 

42

     Pierwszy z transformatorów (A) jest transreaktorem, którego napięcie 
wyjściowe jest proporcjonalne do pierwszej pochodnej prądu pierwotnego 
i

p

, tzn.:

Przekładniki różniczkująco - całkujące

dt

di

M

u

p



2

(2.10) 

gdzie: M – indukcyjność wzajemna.
     Drugi z transformatorów (B) ma rdzeń o dużej przenikalności i małym 
przekroju,  w  związku  z  czym  na  jego  wyjściu  pojawiają  się  bardzo 
krótkotrwałe impulsy w chwilach przechodzenia prądu pierwotnego przez 
zero. 
        Napięcie  u

2

  jest  całkowane  przez  wzmacniacz  różnicowy,  mający 

pojemnościowe sprzężenie zwrotne. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza 
jest sprowadzany do zera w chwilach pojawiania się impulsów na wyjściu 
transformatora  B,  a  więc  w  czasie  przechodzenia  prądu  pierwotnego 
przez  zero  (na  rys.2.17  symbolicznie  realizuje  to  zamykający  się  zestyk 
d). 

 

 

43

Na wyjściu wzmacniacza różnicowego otrzymuje się napięcie







p

s

i

RC

M

dt

u

RC

u

2

1

(2.11) 

gdzie: RC – parametry układu.

 

          Zasada  ta  sprawdza  się  bardzo  dobrze,  jeśli  nie  pojawiają  się  zbyt 
długie okresy w których prąd pierwotny jest jednokierunkowy (nie przecina 
osi czasu). 
        Modyfikacja  tego  przekładnika  polegająca  na  uzupełnieniu  obydwu 
transformatorów A i B o jeszcze jedno uzwojenie pomocnicze, przez które 
przepływa  prąd  przemienny  o  znanej  wartości,  umożliwia  wykorzystanie 
tego układu nawet do pomiarów prądu stałego.
          Do  zalet  tego  przekładnika  należy  dodatkowo  zaliczyć  możliwość 
wykorzystywania  sygnału  proporcjonalnego  do  pochodnej  prądu 
pierwotnego  oraz  impulsów  zerujących  na  wyjściu  transformatora  B  do 
wyznaczania fazy prądu pierwotnego.

Przekładniki różniczkująco - całkujące