Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych

Nr 59

Politechniki Wrocławskiej

Nr 59

Studia i Materiały Nr

26

2006

__________

Błędy prądowe i kątowe przekładników

Karol NOWAK

F

*

F

, Zdzisław NAWROCKI

*

URZĄDZENIE POMIAROWE DO WYZNACZANIA BŁĘDÓW

PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH

Przedstawione w pracy urządzenie pomiarowe jest aktywnym dzielnikiem prądu. Charakteryzuje

się dużą uniwersalnością, może być stosowanie w układach realizujących pomiary dwoma metodami:
kompensacyjno-różnicową i komparacyjną. Dokładność urządzenia pozwala sprawdzać przekładniki
o szerokim zakresie przekładni i klasach dokładności od 0,1 do 5. Wymienione właściwości urządze-
nia uzyskano dzięki zastosowaniu w nim wzmacniaczy elektronicznych, które pozwoliły m.in. ogra-
niczyć wpływ błędu metody na dokładność pomiarów. Nie było to możliwe w układach z dzielnika-
mi o elementach pasywnych.

1. WPROWADZENIE

Układy do pomiaru błędów przekładników prądowych są wyspecjalizowanymi kom-

pensatorami bądź komparatorami prądów przemiennych 50 Hz (rys. 1). Pomiary polega-
ją na pośrednim porównaniu prądów strony pierwotnej i wtórnej badanego przekładnika
i określeniu ich różnicy, która jest proporcjonalna do błędów przekładnika. Do odtwo-
rzenia wzorcowej przekładni badanych przekładników stosowane są przekładniki wzor-
cowe bądź komparatory magnetyczne prądów przemiennych. Komparatory magnetycz-
ne, zwykle mające błędy mniejsze od 0,01%, wykorzystywane są do sprawdzania
przekładników dokładnych, o klasach dokładności poniżej 0,5. Zaś przekładniki wzor-
cowe są najczęściej używane do sprawdzania przekładników sieciowych [2,3].

Integralnym elementem każdego układu do sprawdzania przekładników jest urzą-

dzenie pomiarowe – mające strukturę układową dzielnika prądu. Zadaniem jego jest
taki podział prądu wtórnego przekładnika wzorcowego (rys.1a) lub badanego (rys.1b),
aby na jego wyjściu wytworzone zostały dwa prądy I

δ

i I

γ

, względem siebie ortogo-

nalne i służące do przeprowadzenia czynności równoważenia układu oraz uzyskania
wyniku pomiaru. Dla skompensowanego układu, pierwszy prąd jest proporcjonalny do
błędu prądowego badanego przekładnika, drugi – do błędu kątowego. Wartości obu

*

Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, 50-372 Wrocław

ul. Smoluchowskiego 19, [e-mail],

HU

zdzisł[e-mail]

U

błędów wynikają ze stosunków I

δ

/I

2W

i I

γ

/I

2W

, które są odczytywane z nastaw ele-

mentów urządzenia pomiarowego.

b)

KOMPARATOR

MAGNETYCZNY

PRZEKŁADNIK

BADANY

URZĄDZENIE

POMIAROWE

I

1

I

2

γ

δ

+ jI

I

γ

+

δ

j

I

x

ϑ

wz

I

2X

-

+;-

I

1

I

2W

a)

wz

PRZEKŁADNIK

WZORCOWY

w

ϑ

PRZEKŁADNIK

BADANY

x

ϑ

URZĄDZENIE

POMIAROWE

γ

+

δ

j

I

γ

δ

+ jI

I

+

Rys. 1. Zastosowanie metody kompensacyjno-różnicowej (a) i komparacyjnej (b)

w układach do badania przekładników prądowych

Fig. 1. Using of compensatory-differential method (a) and comparison method (b)

in circuit arrangements for testing of current instrument transformators

W stosowanych dotychczas układach pomiarowych dzielniki prądu są wykonane z

elementów pasywnych: rezystorów, kondensatorów i cewek indukcyjnych [1]. Reali-
zacja tych dzielników wymaga dużej staranności w doborze i ekranowaniu elementów
oraz wykonania żmudnego procesu wzorcowania. Czynności te jednak nie gwarantują
pełnego sukcesu w układach do sprawdzania przekładników dokładnych.

Znaczne uproszczenie konstrukcji dzielnika oraz poprawę jego funkcjonalności i

dokładności, można uzyskać przez zastosowanie w nim wzmacniaczy mocy. Wyni-
kiem tego, urządzenie pomiarowe zmniejsza pobór mocy z układu pomiarowego - a w
konsekwencji występuje ograniczenie wpływu błędu metody na dokładność pomia-
rów.

2. OPIS URZĄDZENIA I UKŁADÓW POMIAROWYCH

Urządzenie pomiarowe zastosowane w układzie z komparatorem magnetycznym

prądów sieciowych przedstawiono na rys. 2. Uzwojenia pomiarowe z

1

i z

2

komparato-

ra porównują prądy I

1

i I

2

badanego przekładnika X. Do równoważenia komparatora

wykorzystuje się jego uzwojenie kompensacyjne z

k

, przez które wymusza się prze-

pływ prądów I

δ

i I

γ

- nastawianych urządzeniem pomiarowym.

WZ

X

I

1

I

2

z

1

z

2

z

k

=10z

2

z

D

γ

δ

+ jI

I

R

1

R

2

R

3

C

2

C

3

C

1

zakresy

I

δ

γ

Z

o

k=10

k=10

n

1

n

2

+

−

+

−

AT

r =0,1

Ω

P1

P2

S1

S2

KM

0,1%

1% 5%

zakresy

10'

100' 500'

0

0

1

1

I

δ

γ

Rys. 2. Urządzenie pomiarowe w układzie z komparatorem magnetycznym

Fig. 2. Measurement device in the system with AC current comparator

Sygnałem wejściowym urządzenia pomiarowego jest spadek napięcia na oporniku

0,1

Ω, wywołany prądem I

2

przekładnika. W celu uzyskania możliwości odczytów

błędów o wartościach dodatnich i ujemnych, napięcie to jest dwukrotnie zwiększone
przez autotransformator AT, a wyboru znaków błędów dokonuje sie dwoma przełącz-
nikami.

Do przeprowadzenia czynności równoważenia układu i wykonania odczytów błę-

dów zastosowano dwa potencjometry wieloobrotowe, zaopatrzone w mechaniczne
liczniki obrotów z odczytem trzech cyfr znaczących. Ich napięcia wyjściowe są na-

stępnie wzmacniane przez dwa wzmacniacze mocy o wzmocnieniach napięciowych
równych 10. Do wyjść wzmacniaczy włączane są rezystory R

1

...R

3

i kondensatory

C

1

...C

3

- wybierane przełącznikami zakresów. Wymuszone tymi elementami prądy I

δ

i

I

γ

, są względem siebie przesunięte fazowo o 90

0

,

a ich suma stanowi prąd równowa-

żący komparator. Odczytów błędów badanego przekładnika dokonuje się bezpośred-
nio ze wskazań liczników obrotów obu potencjometrów.

Zastosowanie urządzenia pomiarowego w układzie realizującym metodę kompen-

sacyjno-różnicową przedstawiono na rys. 3.

WZ

I

1

I

2W

R

1

R

2

R

3

C

2

C

3

C

1

zakresy

I

δ

γ

Z

o

k=10

k=10

n

1

n

2

+

−

+

−

AT

r =0,1

Ω

0,1%

1% 5%

zakresy

10'

100' 500'

P1

P2

S1

S2

P1

P2

S2

X

S1

R

I

2X

γ

jI

I

δ

W

0

0

1

1

I

δ

γ

Rys.3. Urządzenie pomiarowe w układzie z przekładnikiem wzorcowym.

Fig. 3. Measurement device in the system with standard transformer

Prądy wtórne przekładnika badanego X i przekładnika wzorcowego W - z nominal-

nie równymi przekładniami - mają w gałęzi z rezystorem R przeciwne fazy. Wynikiem
tego, występujące na nim napięcie jest proporcjonalne do błędów przekładnika bada-
nego. Stan kompensacji prądów, określony zerowym wskazaniem wskaźnika zera,
przeprowadza się nastawami prądów I

δ

i I

γ

urządzenia pomiarowego. Stosowany

wskaźnik zera powinien mieć wejście napięciowe o dużej rezystancji. Rezystancja
opornika R nie wpływa na wynik pomiaru, natomiast decyduje o czułości napięciowej

układu. Wartość R powinna być stosunkowo mała i odpowiednio dobrana do czułości
napięciowej wskaźnika. W przypadku stosowania wskaźnika z wejściem prądowym
rezystor R jest zbędny. Odczytów błędów

δ

I

i

γ przekładnika badanego dokonuje się

bezpośrednio z nastaw n

1

i n

2

liczników obrotów potencjometrów urządzenia pomia-

rowego.

3. PODSUMOWANIE

Przedstawione w pracy urządzenie pomiarowe spełnia wymagania stawiane ukła-

dom do wyznaczania błędów tak przekładników laboratoryjnych, tj. klas dokładności
0,1-0,5, jak też przekładników sieciowych o klasach 1

÷5 [4]. Niedokładność urządze-

nia, przedstawiona błędem granicznym obliczonym względem zakresów pomiaro-
wych, wynosi od 1 do 3% - w zależności od zakresu. Należy przy tym zauważyć, że o
dokładności pomiarów decyduje też błąd nieczułości układu pomiarowego, a jego
ograniczenie nie jest zadaniem łatwym, szczególnie w pomiarach małych wartości
błędów. W tych pomiarach należy dysponować wysokoczułym i odpowiednio selek-
tywnym wskaźnikiem zera, a układ pomiarowy powinien mieć sprawne uziemienie.

Urządzenie pomiarowe sprawdzono praktycznie w badaniach błędów przekładni-

ków klas dokładności 0,2 i 1 - stosując w nich dwa układy pomiarowe, przedstawione
na rys. 2. i 3. W obu układach zastosowano też - oprócz omawianego urządzenia po-
miarowego - pomiarowy dzielnik prądu zestawiony z dekad rezystancyjnych i pojem-
nościowych. Celem badań była ocena porównawcza wyników pomiarów uzyskanych
poszczególnymi układami pomiarowymi. Wyniki charakteryzowały się zadawalającą
zgodnością i powtarzalnością – potwierdziły więc słuszność przyjętej koncepcji ukła-
dowej prezentowanego urządzenia.

LITERATURA

[1] Fuliński W., Leszczyński J., Automatyczny kompensator do sprawdzania przekładników prądowych.

Publikacja konferencyjna: Przekładniki – stan aktualny i tendencje rozwojowe, 1990, Łódź.

[2] Koszmider A., Olak J., Piotrowski Z., Przekładniki prądowe, Warszawa, WNT.
[3] IEEE Std. C57.13-1993, IEEE standard requirements for instrument transformers.
[4] PN-EN 60044-1, Przekładniki. Przekładniki prądowe.

MEASUREMENT DEVICE FOR TESTING CURRENT INSTRUMENT TRANSFORMERS

The measurement device can be used for testing of current transformers in different circuit arrange-

ments. Standard current transformers or AC current comparators can be used for reproduction of nominal
ratio of transmission. Accuracy of measurement device is enough to test transformers with wide range of
transmission and accuracy class from 0.1 to 5. The offered properties of the device were achieved using
active current divider instead of divider with passive elements.