LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROENERGETYKI

Badanie przekładników prądowych

ZAGADNIENIA TEORETYCZNE

1. Wiadomości wstępne

Do celów pomiarowych i zabezpieczeniowych konieczna jest znajomość wartości prądu w układzie elektroenergetycznym. Jego wartość w przewodach roboczych jest najczęściej duża i nie jest możliwy jego bezpośredni pomiar. Wynika stąd zmniejszenia wartości prądu i tę rolę pełnią przekładniki prądowe.

Przekładnik prądu zmiennego działa na zasadzie transformatora jednofazowego małej mocy pracującego w stanie zbliżonym do zwarcia. Zasadę działania przekładnika prądowego pokazano na rys.1, a przykładowe konstrukcje na rys. 2. Impedancja strony pierwotnej przekładnika prądowego jest bardzo mała, dlatego nie wpływa ona na wartość prądu w obwodzie głównym oraz powoduje niewielki spadek napięcia na uzwojeniu pierwotnym. Strona wtórna obciążona jest minimalnie.

Rys.1 Zasada pracy przekładnika prądowego a) układ, b) schemat, c) przed przerwaniem obwodu wtórnego należy go zewrzeć na zaciskach

Zaciski uzwojenia pierwotnego oznaczane są symbolami P1 i P2, a zaciski uzwojenia wtórnego S1 i S2. Do chwili obecnej powszechnie stosowane są jednak jeszcze oznaczenia starsze, tj.: K, L - dla zacisków strony pierwotnej oraz k, l - dla zacisków strony wtórnej. Istnieje znormalizowany szereg wartości znamionowych prądów strony pierwotnej I_pn [14.1]:

10 - 12,5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 - 50 - 60 - 75 A

i ich dziesiętne wielokrotności i części, przy czym wartości podkreślone są wartościami zalecanymi. Znormalizowane wartości znamionowych prądów wtórnych I_sn, to: 1, 2 i 5 A, przy czym wartością zalecaną jest 5 A.

Rys.2 Przykłady konstrukcji przekładników prądowych a) przekładnik ASR na szynę okrągłą,
b) przekładnik wsporczy typu EIGW

Liczba przetężeniowa n jest to krotność prądu I_1N, przy której uchyb prądowy wynosi 10%. Związane jest to z nasycaniem się magnetycznym rdzenia i zwiększaniem uchybu przy przepływie prądów zwarciowych.

Rys.3 Zależność prądu wtórnego od krotności prądu pierwotnego przekładnika

1. przekładnik idealny, którego rdzeń nie ulega nasyceniu

2. przekładnik obciążony impedancją Z₀₁

3. przekładnik obciążony impedancją większą od Z₀₁

Liczba przetężeniowa powinna wynosić: do 3 dla zasilania przyrządów rejestrujących, do 10 dla zasilania mierników, powyżej 10 do zasilania pozostałych przekaźników.

W przekładnikach prądowych wyróżnia się wielkości charakterystyczne:

• napięcie znamionowe U_N

• znamionowy prąd pierwotny I_1N (np. 30; 50; 100; 150 A)

• znamionowy prąd wtórny I_2N (np. 5; 1 A)

• klasę dokładności (np. 0,2; 0,5)

• moc znamionową S_2N (np. 15; 20; 30; 60; 90 VA)

• liczbę przetężeniową n (np. 5; 10; 15; 20)

• znamionowy prąd jednosekundowy I_t1

• znamionowy prąd szczytowy i_szcz.

Znamionowa przekładnia przekładnika K_n, to iloraz prądów znamionowych: pierwotnego I_pn i wtórnego I_sn:

(1)

Rzeczywista przekładnia przekładnika, to stosunek rzeczywistego prądu pierwotnego do rzeczywistego prądu wtórnego.

Znamionowa moc przekładnika, to sumaryczna moc pozorna przyrządów pomiarowych włączonych do obwodu wtórnego przekładnika. Znormalizowane wartości mocy znamionowych to: 2,5 - 5 - 10 - 15 i 30 VA [14.1], choć w zależności od potrzeby są produkowane przekładniki na większe wartości mocy znamionowych, do 90 VA.

Znamionowy krótkotrwały prąd cieplny I_th, to wartość skuteczna prądu pierwotnego, którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać przez jedną sekundę bez uszkodzenia. Możliwe jest również określenie prądu I_th dla innych czasów próby: 0,5s, 2s i 3s.

Znamionowy prąd dynamiczny I_dyn, to wartość szczytowa prądu pierwotnego, którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać bez uszkodzenia elektrycznego bądź mechanicznego w wyniku działania sił elektromagnetycznych.

Błąd prądowy (błąd przekładni, błąd modułu) przekładnika ΔI_%, to błąd wprowadzany przez przekładnik do pomiaru prądu, wynikający z tego, że przekładnia rzeczywista nie jest równa przekładni znamionowej; błąd ten wyrażony w procentach, to różnica pomiędzy rzeczywistą wartością skuteczną prądu wtórnego I_s pomnożoną przez przekładnię znamionową przekładnika K_n, a rzeczywistą wartością skuteczną prądu pierwotnego I_p, odniesiona do I_p:

(2)

Błąd kątowy to kąt fazowy pomiędzy wektorami prądów pierwotnego i wtórnego, jeżeli zwroty tych wektorów są tak dobrane, że w idealnym przekładniku jest on równy zeru.

Błąd całkowity ε_c to wartość skuteczna prądu w stanie ustalonym, będącego różnicą pomiędzy chwilowymi wartościami prądu pierwotnego i_p, a chwilowymi wartościami rzeczywistego prądu wtórnego i_s pomnożonymi przez znamionową przekładnię przekładnika K_n, przy oznaczeniu kierunku przepływu prądów pierwotnego i wtórnego, zgodnymi z przyjętą zasadą oznaczania zacisków.

Błąd całkowity jest wyrażany w procentach wartości skutecznej prądu pierwotnego, zgodnie z zależnością:

(3)

gdzie: T - czas trwania jednego okresu.

Przekładniki prądowe stosowane w elektroenergetyce dzieli się na:

1. przekładniki do pomiarów, które służą do zasilania przyrządów pomiarowych, takich jak np. amperomierze, cewki prądowe watomierzy i liczników energii elektrycznej,

2. przekładniki do zabezpieczeń, których zadaniem jest zasilanie obwodów automatyki zabezpieczeniowej w stacjach elektroenergetycznych.

UWAGA! Praca przekładnika prądowego przy

rozwartym obwodzie wtórnym jest niedopuszczalna.

REALIZACJA ĆWICZENIA

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi cechami przekładników prądowych. Wyznaczenie doświadczalne podstawowych parametrów przekładników oraz wykreślenie charakterystyk roboczych tych elementów.

2. Program ćwiczenia

1. Sprawdzanie oznaczenia zacisków

Właściwe oznaczenie zacisków przekładnika prądowego ma istotne znaczenie przy współpracy przekładnika z watomierzem, licznikiem energii, przekaźnikiem kierunkowym. Przy poprawnym oznaczeniu zacisków kierunek przepływu prądu I₂ w obwodzie wtórnym odpowiada kierunkowi przepływu w obwodzie pierwotnym. Stosowane są dwie metody sprawdzania :metoda woltomierzowa, w której mierzy się spadek napięcia na uzwojeniu pierwotnym(lub wtórnym) oraz sumę spadków napięcia na uzwojeniu wtórnym i pierwotnym. Przy poprawnym oznaczeniu zacisków suma spadków na obu uzwojeniach jest większa od spadku napięcia na jednym uzwojeniu. Metoda ta może być stosowana do przekładników o małej przekładni gdzie spadki napięcia na obu uzwojeniach mają wartości, które można mierzyć na jednym zakresie pomiarowym woltomierza.

Szersze zastosowanie ma metoda Scheringa, w której sprawdza się, czy dołączeniu źródła prądu stałego do przekładnika odpowiednie zaciski (K i k oraz L i l ) mają taką samą biegunowość.

1. metoda woltomierzowa

Układ pomiarowy przedstawiono na rys. 1. Zaciski są oznaczone prawidłowo jeśli napięcie między zaciskami K L (lub k l) będzie mniejsze niż pomiędzy zaciskami K l, przy przepływie prądu I₁ przez przekładnik. Prąd I₁ winien być mniejszy od prądu pierwotnego znamionowego, a czas przepływu ograniczony z uwagi na możliwość przegrzania się rdzenia przekładnika.

Rys. 1. Schemat układu do badania oznaczenia zacisków metodą woltomierzową

2. metoda Scheringa

Do przekładnika prądowego przyłącza się źródło prądu stałego o znanej biegunowości i woltomierz magnetoelektryczny (galwanometr) z zerem po środku z oznaczonymi zaciskami jak na rys. 2. Przy zamykaniu wyłącznika W wskazówka odchyli się w prawo, jeśli zaciski oznaczone są prawidłowo.

Rys. 2. Schemat układu do badania oznaczenia zacisków metodą Scheringa

1. Wyznaczanie przekładni i liczby przetężeniowej przekładnika

Dokładne sprawdzenie przekładni przekładnika prądowego, wraz wyznaczeniem jego błędów i określeniem klasy dokładności, podaje producent przy użyciu specjalnych mostków pomiarowych. Przybliżone sprawdzenie przekładni może być wykonane w układzie jak na rys. 3.

Rys. 3. Schemat układu do wyznaczenia przekładni przekładnika i określenia liczby przetężeniowej

Zaleca się użycie w ćwiczeniu gotowego przekładnika prądowego o niewielkiej przekładni np. 10/5 A/A. W układzie użyć można transformatora pomocniczego TP o przekładni np. 220/24V, umożliwiającego osiągnięcie większych prądów I₁ przy odpowiednio mniejszym prądzie obciążającym autotransformator regulacyjny Atr.

W ćwiczeniu należy: zanotować dane znamionowe przekładnika prądowego z tabliczki znamionowej lub katalogu. Określić impedancję obciążenia znamionową przekładnika, jeśli nie jest bezpośrednio podana obliczyć ją ze wzoru:

Z_ON=S_N/I²_2N

Przygotować rezystor o rezystancji równej impedancji Z_0N, np. z rezystora suwakowego, nastawiając rezystancję wg wskazań omomierza. Nastawiając prąd I₁ Atr zmierzyć prądy I₁ i I₂. Prąd I₁ nastawić aż do osiągnięcia nasycenia rdzenia przekładnika, co objawi się tym, że prąd I₂ przestanie praktycznie narastać proporcjonalnie do I₁. Nastawić nową wartość obciążenia przekładnika np. R=0,5Z_ON i powtórzyć czynności.

Dane przekładnika
TYP			UN				I1N			I2N
KLASA			SN				ZOn			n1o
KLASA			SN				ZOn			n1o
ZO[Ω]	I1
	I2
	I2

2. Wyznaczanie charakterystyki stanu jałowego przekładnika prądowego

Przez porównanie charakterystyki stanu jałowego (odpowiadającej charakterystyce magnesowania rdzenia przekładnika) przekładnika badanego z wzorcową charakterystyką przekładnika tego samego typu, można wykrywać zwarcia między zwojami uzwojenia wtórnego oraz zwarcia między blachami rdzenia. Przekładnik prądowy ze zwarciem w rdzeniu będzie osiągać napięcia U_O niższe niż wzorcowy, zaś przy zwarciu zwojowym napięcie U_O będzie bardzo niskie, a charakterystyka U_O=f(I_O) będzie mieć przebieg praktycznie liniowy. Ponadto z charakterystyki stanu jałowego można wyznaczyć liczby przetężeniowe przekładnika prądowego.

Rys. 4. Schemat układu do wyznaczania charakterystyki stanu jałowego

W układzie pomiarowym rys. 4 należy użyć woltomierza i amperomierza elektromagnetycznego, zapewniających poprawny pomiar napięć i prądów odkształconych występujących przy pomiarze charakterystyki stanu jałowego przekładnika.

Stan przekładnika	IO	A	0,5	1	2	3	4	5	6
Nieuszkodzony	UO	V
Zwarty zwój	UO	V
Zwarte blachy w rdzeniu	UO	V

W ćwiczeniu należy: w układzie rys. 4 nastawiać prąd, poczynając od zera i mierzyć napięcie. Pomiary napięcia wykonywać przy wartościach prądu podanych w tabeli. Po osiągnięciu prądu 6A i wykonaniu pomiarów zmniejszyć prąd do zera i dopiero wtedy wyłączyć układ. Nałożyć na rdzeń zwój zwarty ( lub jeśli to możliwe, zewrzeć dwa sąsiednie zwoje uzwojenia wtórnego) i ponownie wyznaczyć charakterystykę. Zewrzeć blachy rdzenia w dwóch miejscach tak, aby powstał zamknięty obwód elektryczny obejmujący część strumienia magnetycznego. Wyznaczyć charakterystykę.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

1. temat, cel i zasadnicze zagadnienia ćwiczenia,

2. schematy i tabele pomiarowe,

3. tabele obliczeniowe i przykłady wykonanych obliczeń,

4. charakterystyki stanu jałowego dla trzech badanych przypadków. Wykresy I₂=f(I₁) dla dwóch wartości obciążeń przekładnika prądowego. Przekładnię znamionową przekładnika wyznaczoną przy prądzie I₂=5A. Wyznaczyć prąd I₁ przy którym błąd przekładni wynosi 10%. Obliczyć liczby przetężeniowe dla dwóch badanych obciążeń przekładnika prądowego.

5. wnioski i spostrzeżenia.

3. Literatura

[1] PN-EN 60044-1 Przekładniki. Przekładniki prądowe. PKN 2000.

[2] Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa, 2001.

[3] Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki, WNT, Warszawa, 1972.

1

10

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

Wydział Transportu

Zakład Elektrotechniki i Energetyki

ul. Malczewskiego 29

tel.: [phone]

A

---