15. UKA
ADY POA

CZEC
PRZEKA
ADNIKÓW
PR
DOWYCH I NAPI
CIOWYCH
15.1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najczęściej spotykanymi układami połączeń
przekładników prądowych i napięciowych stosowanymi w sieciach i stacjach
elektroenergetycznych. W ramach ćwiczenia badane są wybrane układy
przekładników pracujące w sieci trójfazowej.
15.2. Wiadomości podstawowe
Pomiar prądu i napięcia w sieci trójfazowej wymaga zastosowania określonego
układu połączeń przekładników prądowych i napięciowych. A
ączenie przekładników
w odpowiednie układy ma na celu przede wszystkim uzyskanie sygnałów
wypadkowych będących wynikiem różnych operacji na sygnałach wyjściowych (np.
sumowanie, odejmowanie), dostosowanych do określonego celu pomiarów
w układach zabezpieczeń i automatyki. Nie bez znaczenia są również względy
oszczędnościowe, pozwalające na zmniejszenie liczby przekładników oraz
przewodów łączących je z zasilanymi obwodami.
Ze względu na bezpieczeństwo obsługi wymaga się, aby jeden punkt obwodu,
galwanicznie połączony z uzwojeniem wtórnym przekładników, był uziemiony. Jako
zasadę przyjęto uziemienie punktu bezpośrednio przy przekładniku, a nie przy
miernikach, które przekładnik zasila. Należy również pamiętać o tym, że przerwa
w obwodzie wtórnym przekładnika prądowego może spowodować wzrost napięcia na
jego zaciskach do wartości niebezpiecznych dla obsługi oraz przegrzanie rdzenia,
prowadzące do uszkodzenia izolacji przekładnika. Dlatego połączenia w obwodach
wtórnych przekładników prądowych powinny być wykonane w taki sposób, aby
zmniejszyć do minimum ryzyko powstania przerwy.
Układy połączeń przekładników prądowych. W zależności od potrzeb przekładniki
prądowe w zainstalowane w sieci trójfazowej mogą pracować w następujących
układach połączeń:
" gwiazdowym,
" niepełnej gwizdy,
" trójkątowym,
" krzyżowym,
" Holmgreena.
Układ gwiazdowy (rys. 15.1) jest stosowany w sieciach o uziemionym punkcie
neutralnym Przyrządy pomiarowe bądz
przekaz
niki są zainstalowane w przewodach
fazowych oraz w przewodzie łączącym punkty gwiazdowe obwodu wtórnego. Dzięki
temu możliwy jest pomiar zarówno prądów fazowych jak i prądu składowej kolejności
zerowej, wynikającej z sumy geometrycznej tych prądów (przy założeniu, że przebiegi
prądów są nieodkształconymi przebiegami sinusoidalnymi). W automatyce
zabezpieczeniowej układ gwiazdowy służy do zasilania zabezpieczeń od zwarć
międzyfazowych i doziemnych.
IL1
P1 P2
L1
S1 S2
I'
L1
A
IL2
P1 P2
L2
S1 S2
I'
L2
A
IL3
P1 P2
L3
S1 S2
I'
L3
A
I' + I' + I'
L1 L2 L3
A
Rys. 15.1. Schemat układu gwiazdowego przekładników prądowych.
Układ trójkątowy (rys. 15.2) jest stosowany zwykle w układach automatyki
zabezpieczeniowej do zasilania zabezpieczeń wykorzystujących w swym działaniu
różnicę prądów fazowych (zabezpieczenia odległościowe, zabezpieczenia
transformatorów o przynajmniej jednym uzwojeniu połączonym w gwiazdę,
przekaz
niki różnicowe). W układzie tym przekaz
niki lub przyrządy pomiarowe mierzą
różnicę prądów fazowych. Prąd składowej kolejności zerowej nie jest mierzony, gdyż
zamyka się wewnątrz trójkąta uzwojeń wtórnych przekładników. Urządzenia
pomiarowe reagują w tym układzie w różny sposób na różne rodzaje zwarć, dlatego
układ trójkątowy nie może być wykorzystywany do zasilania zabezpieczeń
nadprądowych.
Układ niepełnej gwiazdy (rys. 15.3), nazywany również układem  V umożliwia
pomiar prądu w fazach, w których zainstalowane są przekładniki, natomiast pomiar w
fazie trzeciej jest możliwy w przypadku obciążenia symetrycznego (suma prądów
fazowych jest równa zeru). Układ ten nie reaguje na jednofazowe zwarcia doziemne
występujące w fazie, w której nie zainstalowano przekładnika. Z tego względu jest
stosowany w sieciach z izolowanym punktem neutralnym, o niewielkim prądzie
zwarcia doziemnego.
IL1
P1 P2
L1
S1 S2
I' - I'
L1 L2
A
IL2
P1 P2
L2
S1 S2
I' - I'
L2 L3
A
IL3
P1 P2
L3
S1 S2
I' - I'
L3 L1
A
Rys. 15.2. Schemat układu połączeń przekładników prądowych w trójkąt.
IL1
P1 P2
L1
S1 S2
I'
L1
A
IL2
P1 P2
L2
S1 S2
I'
L2
A
IL3
L3
I' + I'
L1 L2
A
Rys. 15.3. Schemat układu połączeń przekładników prądowych połączonych w niepełną gwiazdę.
Układ krzyżowy (rys. 15.4) umożliwia pomiar różnicy geometrycznej prądów
dwóch faz. Jest stosowany w układach automatyki zabezpieczeniowej w sieciach
o nieuziemionym bezpośrednio punkcie neutralnym. Podobnie jak układ niepełnej
gwiazdy, nie reaguje on na zwarcia z ziemią tej fazy, w której nie ma przekładnika.
Wartość mierzonego prądu w różny sposób zależy od rodzaju zwarcia w sieci, jak to
zilustrowano na ry. 15.4.
Układ Holmgreena (rys. 15.5) jest stosowany do pomiaru składowej symetrycznej
zerowej prądu w sieci trójfazowej i przeznaczony zasadniczo do zasilania
zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Przekładniki prądowe stosowane w tym układzie
powinny mieć identyczne parametry, gdyż w przeciwnym razie pojawiają się
w układzie prądy wyrównawcze zmniejszające czułość zabezpieczenia.
IL1
L1
IL2 Zwarcie trójfazowe
P1 P2
L2
IL1
S1 S2
IL2 - IL3
IP= 3 I'
L2
A
IL3 IL2
-I'
L3
IL3
P1 P2 I' I'
L3 L2
L3
S1 S2
Zwarcie dwufazowe L2, L3 Zwarcie dwufazowe L1, L2
-I'
L3
IP=2I'
L2
IL2 I'
L2 IP=I'
L2
IL2 I'
L2
IL3 I'
L3
IL3
Rys. 15.4. Schemat połączeń przekładników prądowych w układzie krzyżowym oraz wykresy
wskazowe prądów dla charakterystycznych stanów zwarcia
IL1
P1 P2
L1
S1 S2
I'
L1
IL2
P1 P2
L2
S1 S2
I'
L2
IL3
P1 P2
L3
S1 S2
I'
L3
I' + I' + I'
L1 L2 L3
A
Rys. 15.5. Schemat połączeń przekładników prądowych w układzie Holmgreena.
Układy połączeń przekładników napięciowych. Przekładniki napięciowe służą do
transformacji wysokiego napięcia na niższe, przy którym jest możliwe bezpośrednie
podłączenie przyrządów pomiarowych i zabezpieczeniowych. W przeciwieństwie do
przekładników prądowych, uzwojenia pierwotne przekładników napięciowych są
włączane do sieci równolegle, a więc ich działanie jest identyczne jak
transformatorów. Wyróżnia się dwie konstrukcje przekładników napięciowych [15.3]:
" indukcyjne, które są transformatorami pomiarowymi z uzwojeniem pierwotnym
przyłączonym bezpośrednio do sieci; są one budowane przeważnie na napięcia
znamionowe strony pierwotnej w zakresie napięć średnich, tj. od 6 kV do 30 kV,
" pojemnościowe, w których transformator pomiarowy jest zasilany
z pojemnościowego dzielnika napięciowego, dzięki czemu izolacja samego
transformatora może być zbudowana na znacznie niższe napięcie niż
w przekładnikach indukcyjnych; przekładniki pojemnościowe są stosowane
w sieciach najwyższych napięć, tj. dla napięć znamionowych 110 kV i wyższych.
L1
L2
L3
A C
a c
Rys. 15.6. Schemat układu połączeń przekładników napięciowych w niepełną gwiazdę (układ V).
W zakres ćwiczenia wchodzi badanie przekładników napięciowych indukcyjnych.
Przekładniki napięciowe budowane są zwykle jako aparaty jednofazowe, które do
pracy w sieci trójfazowej są łączone w odpowiednie układy połączeń. Najczęściej są
stosowane dwa układy połączeń przekładników napięciowych:
" układ niepełnej gwiazdy (układ oszczędnościowy nazywany układem  V ),
" układy gwiazdowe.
Układ niepełnej gwiazdy (rys. 15.6) składa się z dwóch przekładników
włączonych na napięcia międzyprzewodowe, dzięki czemu można odtworzyć
wartości wszystkich trzech napięć międzyprzewodowych. Układ ten jest
stosowany na ogół w sieciach z izolowanym punktem neutralnym.
Układy gwiazdowe (rys. 15.7) są stosowane zarówno w sieciach z uziemionym jak
i izolowanym punktem neutralnym, odpowiednio z uziemionym (rys. 15a) lub
izolowanym (rys. 15b) punktem gwiazdowym uzwojeń pierwotnych. Produkowane są
również przekładniki napięciowe trójuzwojeniowe, wyposażone w dwa uzwojenia
wtórne (rys.15.7c). Uzwojenia dodatkowe łączy się w otwarty trójkąt. Przekładnik
trójuzwojeniowy umożliwia pomiar napięć fazowych i przewodowych (rys. 15.8) oraz
pomiar napięć w przypadku asymetrii sieci trójfazowej względem ziemi.
b)
a) L1 L1 L1
c)
L2 L2 L2
L3 L3 L3
A B C A B C A B C
a b c a b c 1a 1b 1c
2a 2b 2c
Rys. 15.7. Układy gwiazdowe połączeń przekładników napięciowych;
L1 L1
a) b)
UL1N UL1N
Z
N N
UZL3
L3 L2 L3 L2
UL3L2 UL3L2
U'
L1
UZL3
Rys. 15.8. Wykresy wskazowe napięć mierzonych w układzie przekładników z rys. 15.7.c podczas
normalnej pracy sieci (a) oraz podczas doziemienia fazy L3 poprzez impedancję; UL1L2, UL3L2, UL2L1
napięcia międzyprzewodowe, UZL1, UZL2, UZL3  napięcia względem faz i ziemi, UL1N, UL2N, UL3N 
napięcia względem faz i punktu neutralnego sieci, UZN = U0  napięcie pomiędzy ziemią a punktem
neutralnym sieci podczas doziemienia jednej z faz przez impedancję, równe napięciu kolejności zerowej.
1
L
Z
U
U
U
3
3
L
L
L
L
2
2
1
1
L
L
L
L
1
1
U
U
U
Z
N
U
U
N
3
L
L
L
U
2
2
U
N
N
N
3
Z
L
L
2
U
U
Z
L
2
U
'
1
L
L
2
Z
U
3
x
U
=
3
x
U
Z
N
'
3
0
L
U
15.3. Niezbędne przygotowanie studenta
Przed przystąpieniem do ćwiczenia studenci powinni zapoznać się z materiałem
dotyczącym układów połączeń przekładników zawartym m.in. w pozycjach [15.3
i 15.4].
15.4. Opis stanowiska laboratoryjnego
Stanowisko laboratoryjne jest wyposażone w trójfazowy autotransformator, zestaw
przekładników prądowych i napięciowych, regulowanych dławików i rezystorów oraz
zestaw przyrządów pomiarowych, umożliwiających budowę różnych układów
połączeń, zgodnie ze schematami z rys. 15.1  15.7. Schemat połączenia obwodów
pierwotnych układu laboratoryjnego do badania przekładników prądowych
przedstawiono na rys. 15.9. Obwody wtórne przekładników w tym układzie należy
połączyć zgodnie ze wskazaniami prowadzącego ćwiczenie, wykorzystując schematy
z rys. 15.1  15.5. Podobnie należy połączyć układ badanych przekładników
napięciowych.
Symulacja określonego rodzaju obciążenia układu przekładników (symetrycznego
lub niesymetrycznego, dla stanu obciążenia roboczego i stanu zwarcia)
przeprowadzana jest przez odpowiednią kombinację połączeń łączników K1, K2 i K3
oraz dobór odpowiedniej reaktancji L i rezystancji R obwodu.
Podczas łączenia układu pomiarowego należy pamiętać, aby jeden punkt obwodu
wtórnego przekładników, znajdujący się bezpośrednio przy zaciskach wtórnych, był
uziemiony.
L R
Atr W P1
P2
L1 A
S1 S2 K1
L2 A
K2
L3 A
K3
N
A
Rys. 15.9. Schemat układu laboratoryjnego ilustrujący połączenie obwodów pierwotnych przekładników
prądowych; Atr  autotransformator trójfazowy, L, R  zestaw regulowanych indukcyjności i rezystancji
trójfazowych, W  łącznik główny, K1, K2, K3  łączniki do symulacji symetrycznych i
niesymetrycznych stanów obciążenia.
15.5. Program ćwiczenia
Program ćwiczenia przewiduje zestawienie i przebadanie wybranych, wskazanych
przez prowadzącego, układów połączeń przekładników prądowych i napięciowych,
przedstawionych na schematach z rys. 15.1  15.7, w układzie laboratoryjnym z rys.
15.9. Badania należy przeprowadzić z uwzględnieniem właściwości poszczególnych
układów opisanych w punkcie 15.2 oraz zgodnie z zakresem prac podanych przez
prowadzącego.
15.6. Opracowanie wyników badań
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
1. Opis przebadanych układów połączeń przekładników wraz z ich schematami.
2. Zestawienie wyników pomiarów dla różnych, charakterystycznych stanów
obciążenia.
3. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań.
15.7. Literatura
[15.1] PN-EN 60044-1 Przekładniki. Przekładniki prądowe. PKN 2000.
[15.2] PN-EN 60044-2 Przekładniki. Przekładniki napięciowe indukcyjne. PKN 2001.
[15.3] Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa, 2001.
[15.4] Markiewicz H.: Aparaty elektryczne, PWN, Warszawa 1989.