Politechnika Lubelska
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Ćwiczenie nr 6a
Badanie przetworników prądowych stosowanych w elektroenergetycznej
automatyce zabezpieczeniowej
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie i wykonanie pomiarów podstawowych parametrów
przetworników prądowych stosowanych w elektroenergetycznej automatyce
zabezpieczeniowej.
2. Wstęp
Przekładnik jest to przetwornik przeznaczony do zasilania przyrządów pomiarowych,
mierników, przekaz
ników i innych podobnych aparatów.
Przekładnik prądowy nazywamy urządzenie w którym prąd wtórny, w normalnych
warunkach pracy, jest praktycznie proporcjonalny do prądu pierwotnego, a jego faza różni się
od fazy prądu pierwotnego o kąt, który jest bliski zeru w przypadku odpowiedniego
połączenia. Jedynym celem instalowania tych urządzeń jest umożliwienie pomiaru prądów
pierwotnych.
Od przekładników pomiarowych wymaga się dużej dokładności transformacji, jednak w
wąskim zakresie zmian wielkości pierwotnej. Przekładniki takie muszą pracować dokładnie w
normalnych warunkach pracy systemu elektroenergetycznego. Od przekładników
zabezpieczeniowych, których właściwą rolą jest dostarczenie informacji o prądach i
napięciach właśnie w stanach awaryjnych, wymagania dokładności transformacji w zakresie
znamionowych prądów i napięć są znacznie bardziej tolerancyjne. Natomiast żąda się
utrzymania dostatecznie dobrej dokładności transformacji przy zwarciach w systemie
elektroenergetycznym, a więc w warunkach znacznych przetężeń prądowych oraz znacznych
obniżeń napięcia.
3. Zasada działania przekładników prądowych
Na rys. 3.1 podano schemat zasady działania przekładnika prądowego w powszechnie
stosowanym wykonaniu indukcyjnym. Przekładnik ten zawiera rdzeń magnetyczny, na
którym jest nawinięte uzwojenie pierwotne i wtórne. Końce uzwojenia pierwotnego są
oznaczone literami P1, P2, natomiast końce uzwojenia wtórnego odpowiednio literami S1,
S2. Litery P1 i S1 oznaczają początki uzwojeń - pierwotnego i wtórnego, a litery P2 i S2 -
końce uzwojeń pierwotnego i wtórnego, nawiniętych w tym samym kierunku.
- 2 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Rys. 3.1. Schemat zasady działania przekładnika prądowego [16]
Rys. 3.2. Schemat rozpływu prądów w obwodach przekładnika prądowego
Przy tak dobranych oznaczeniach prąd wtórny, płynący przez uzwojenie przekładnika
prądowego w kierunku od zacisku S2 do S1, jest w fazie z prądem pierwotnym, płynącym od
zacisku P1 do P2. Gdyby przekładnia przekładnika prądowego wynosiła 1:1, to prąd
pierwotny zachowywałby się tak, jakby przechodził z obwodu pierwotnego do wtórnego
zgodnie ze strzałką kreskową na rys. 3.2. Przy dowolnej przekładni, nierównej 1, można
przeliczyć prądy wtórne na stronę pierwotną lub odwrotnie przez pomnożenie lub podzielenie
przez przekładnię zwojową. [2]
Przepływ strony pierwotnej Ipw1 i wtórnej Isw2 wywołują strumienie magnetyczne skojarzone
z uzwojeniami. W obwodzie jak na rys. 3.1 można wyróżnić strumień Ś� zamykający się w
rdzeniu magnetycznym, wspólny dla obydwu uzwojeń, oraz strumienie rozproszenia Ś1r oraz
Ś2r przenikające wyłącznie przez uzwojenia odpowiednio w1 i w2. Napięcie indukowane w
poszczególnych uzwojeniach przekładnika może być wyrażone następującymi zależnościami:
[16]
- 3 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
d( + )
Ś Ś
� 1r
= ................................................................................................ (3.1)
e w
1 1
dt
oraz
d( + )
Ś Ś
� 2r
=
e w
2 2
dt
............................................................................................... (3.2)
Przekładniki prądowe będące dwoma magnetycznie sprzężonymi uzwojeniami odwzorowuje
się najczęściej przy użyciu schematu zastępczego przeliczonego na jedną liczbę zwojów.
Uwzględniając straty w rdzeniu oraz obciążenie i przeliczając schemat na wtórną liczbę
zwojów w2 otrzymuje się znaną strukturę (rys. 3.3). Indukcyjność L� jest związana ze
strumieniem sprzężonym z obydwoma uzwojeniami, a więc prawie całkowicie zamykającym
się przez rdzeń ferromagnetyczny, natomiast RFe reprezentuje całkowite straty w tym rdzeniu.
W związku z tym, że rdzeń ma dużą przenikalność i małą stratność - tak indukcyjność L� , jak
i rezystancja RFe są znaczne, przy czym na skutek nieliniowej charakterystyki magnesowania
ferromagnetyka są to wielkości nieliniowe.
Rezystancje R1 i R2 są oczywiście rezystancjami uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
Natomiast indukcyjności L`1=L1(w2/w1)2 i L2 można interpretować jako pochodzące od
strumieni sprzężonych tylko z jednym uzwojeniem, a więc od strumieni rozproszonych
zamykających się głównie przez powietrze. Z tego względu indukcyjności te są nieznaczne w
porównaniu z L�. Jeśli pamiętać, że indukcyjności L1 oraz L2 wynikają ostatecznie z
przekształcenia schematu magnetycznego, to można
zauważyć, że są one wielkościami nieliniowymi. O ile jednak indukcyjność L� jest silnie
nieliniowa, o tyle indukcyjności L1 i L2 są słabo nieliniowe, choć zależy to w dużym stopniu
od wzajemnej konfiguracji rdzenia oraz uzwojeń. W praktycznych rozważaniach najczęściej
przyjmuje się, że L1 oraz L2 są wielkościami stałymi.
- 4 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Rys. 3.3. Ogólny schemat zastępczy przekładnika prądowego przeliczony na wtórną liczbę zwojów
Aby zapewnić dokładność transformacji, prąd magnesujący i0 musi być niewielki w
porównaniu z prądem pierwotnym przeliczonym na stronę wtórną i`p, a więc impedancja
obciążenia Zobc musi być mała w porównaniu z impedancja gałęzi magnesowania - czyli
równolegle połączonych L� i RFe.
W elektroenergetyce przekładniki prądowe nie mają dostrzegalnego wpływu na wartość
prądów pierwotnych, napięcia na ich zaciskach pierwotnych są bowiem pomijalnie małe w
porównaniu z napięciami systemu. Dzięki temu można stronę pierwotną traktować jako
z
ródło prądu, co pozwala pominąć w rozważaniach elementy R1 i L1, nie mające wpływu ani
na przebiegi prądu wtórnego - ani prądu pierwotnego. Dzięki temu schemat zastępczy można
sprowadzić do układu z rys. 3.4. Jest to najczęściej w praktyce używana postać schematu
zastępczego przekładnika prądowego. [3]
Rys. 3.4. Pominięcie rezystancji i indukcyjności pierwotnej na schemacie zastępczym przekładnika
Wykres wektorowy prądów i napięć przekładnika prądowego przedstawiono na rys. 3.5. W
uzwojeniu wtórnym płynie prąd Is, który wywołuje spadki napięć na impedancji obciążenia
(Zobc=Robc+jXobc) oraz na impedancji uzwojeń strony wtórnej (Z2=R2+jX2). Suma spadków
- 5 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
napięć jest równa sile elektromotorycznej E2=U�. Jest to napięcie opóz
nione o Ą/2 względem
strumienia Ś�, który je indukuje i jest zgodny z prądem magnesującym I�. Suma prądu gałęzi
poprzecznej I0 oraz prądu wtórnego Is o zmienionym znaku (przepływ strony wtórnej Isws
działa bowiem rozmagnesowująco) daje prąd pierwotny I p  sprowadzony" na stronę wtórną.
Siła elektromagnetyczna E2 jest wywołana przez strumień magnetyczny Ś� obejmujący
uzwojenie wtórne przekładnika. Do wytworzenia tego strumienia niezbędne jest odpowiednie
natężenie pola magnetycznego H oraz przepływ I0w1. Występują następujące zależności:
= +
I w I w I w
0 1 p 1 s 2
............................................................................................... (3.3)
= Hl
I w
0 1
.................................................................................................................. (3.4)
l
Ś
�
=
I w
0 1
S
� �
0 r
........................................................................................................ (3.5)
w których: l, S - średnia droga i przekrój obwodu magnetycznego, �0 -przenikalność próżni
(�0= 4Ą " 10-7 H/m), �r - przenikalność względna materiału ferromagnetycznego.
Przy zamkniętej przez impedancję obciążenia Zobc stronie wtórnej przekładnika siła
elektromotoryczna E2 jest stosunkowo niewielka. Niewielki jest również strumień Ś�
niezbędny do jej wytworzenia.W konsekwencji również prąd I0, w porównaniu z prądem Ip
jest mały, szczególnie dla przekładników zbudowanych z bardzo dobrych materiałów
ferromagnetycznych (duże wartości �r). Uwzględniając rozmagnesowujące działanie
przepływu strony wtórnej i przy założeniu I0H"0, otrzymuje się zależność
Ipw1H"Isw2................................................................................................................... (3.6)
I
pn
w
2
= H"
K
n
I w
sn 1
......................................................................................................... (3.7)
gdzie Kn  przekładnia (zwojowa) przekładnika prądowego. [16]
- 6 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Rys. 3.5. Wykres wektorowy przekładnika prądowego
4. Błędy przekładnika prądowego
Schemat zastępczy przekładnika prądowego oraz odpowiadający mu wykres wektorowy
mogą służyć do wyjaśnienia teorii liniowej przekładnika pracującego w warunkach pracy
ustalonej w zakresie prądów znamionowych, przy założeniu ich sinusoidalnego przebiegu.
Dokładność przekładnika prądowego w zakresie prądów znamionowych jest określana za
pomocą błędów, do których należą: błąd prądowy, błąd kątowy i błąd całkowity.
Błąd prądowy (błąd przekładni) jest to błąd, który przekładnik wprowadza do pomiaru prądu,
wynikający z tego, że przekładnia rzeczywista nie jest równa przekładni znamionowej. [5]
Błędem prądowym nazywamy różnicę wartości skutecznej prądu wtórnego pomnożoną przez
przekładnię znamionową i wartości skutecznej prądu pierwotnego, wyrażoną w procentach
wartości skutecznej prądu pierwotnego.
Definicję powyższą można napisać w postaci wzoru
( - ) �100
K I I
n s p
"I % =
I
p
......................................................................................... (4.1)
Jeżeli uzwojenia przekładnika prądowego nie są korygowane, tzn. liczby zwojów spełniają
równanie (3.7) to mamy do czynienia z tzw. błędem prądowym nie korygowanym, który
wyraża się zależnością
w
2
-
I I
s p
w
1
= 100
"I
n
I
p
............................................................................................... (4.2)
Po pomnożeniu licznika i mianownika prawej strony równania przez wartość w1 otrzymuje
się:
- 7 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
-
I w I w
s 2 p 1
= 100
"I
n
I w
p 1
.......................................................................................... (4.3)
Inną postać zależności na nie korygowany błąd prądowy otrzymuje się po podzieleniu
licznika i mianownika prawej strony równania przez w2
"
-
I I
s p
= 100
"I
n "
I
p
.................................................................................................. (4.4)
Z zależności tej wynika, że nie korygowany błąd prądowy ma zawsze wartość ujemną,
''
ponieważ wartość skuteczna prądu pierwotnego sprowadzonego do obwodu wtórnego I jest
p
zawsze większa od wartości skutecznej I prądu wtórnego. Błąd ten może mieć wartość
s
dodatnią przy obciążeniu o charakterze pojemnościowym. [1]
Rys. 4.1. Wykres wskazowy ilustrujący nie korygowany błąd prądowy, odcinek ab=Ipw1-Isw2
Błąd kątowy jest to kąt fazowy między wektorami prądów pierwotnego i wtórnego, jeżeli
zwroty tych wektorów są tak dobrane, że w idealnym przekładniku kąt jest równy zeru.
Błąd kątowy jest określany jako dodatni, jeżeli wektor prądu wtórnego wyprzedza wektor
prądu pierwotnego. Zwykle jest on wyrażony w minutach lub centyradianach. [5]
Definicję powyższą można napisać w postaci wzoru
I
s
= arg
�
i
I
p
................................................................................................................. (4.5)
- 8 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Błąd całkowity jest to wartość skuteczna prądu w stanie ustalonym, będącego różnicą między
a) chwilowymi wartościami rzeczywistego prądu wtórnego pomnożonego przez znamionową
przekładnię przekładnika, przy oznaczeniu kierunków prądów pierwotnego i wtórnego
zgodnymi z przyjętą zasadą oznaczania zacisków, a
b) chwilowymi wartościami prądu pierwotnego.
Błąd całkowity jest wyrażony w procentach wartości skutecznej prądu pierwotnego według
wzoru: [5]
T
2
100 1
= - dt
)
� K i i
c +"( n s p
T
I 0
p
................................................................................... (4.6)
Jeżeli prądy są sinusoidalne, to:
-
I K I
s n p
= 100
�
c
I
p
................................................................................................. (4.7)
5. Przekładnik o otwartym obwodzie wtórnym [3]
Rozwarcie obwodu wtórnego przekładnika prądowego nie ma żadnego związku ze stanem
przetężenia prądowego. Cały prąd pierwotny jest prądem magnesującym rozpływającym się
między gałąz
poprzeczną reprezentującą magnesowanie oraz gałąz
odpowiadającą stratom. W
związku z tym, nawet gdy prąd pierwotny nie osiąga wartości znamionowych przekładnik
osiąga stan nasycenia. Problem dokładności transformacji nie istniej w tym przypadku,
ponieważ prąd wtórny nie płynie. Celowe jest określenie napięcia u� , które tworzy w tym
wypadku przepięcie pojawiające się na zaciskach wtórnych przekładnika i mogące być
groz
nym dla izolacji obwodów wtórnych jak i dla bezpieczeństwa personelu.
Przepięcie u� bezpośrednio zależy od impedancji gałęzi magnesowania. Dla dużego
uproszczenia można przyjąć, że przekładnik z otwartym obwodem wtórnym będzie
reprezentowany przez przebieg prostokątny charakterystyki magnesowania (rys.5.1 B)
obciążony indukcyjnością L � wynikającą z nachylenia prostoliniowej części charakterystyki
(rys.5.1C), oraz równoległą rezystancją RFe o charakterystyce z rys.5.1D. Odpowiada temu
schemat zastępczy z rysunku 5.2.
W praktyce eksploatacyjnej L � i RFe są najczęściej nie znane. Natomiast nie ma zazwyczaj
problemów ze zmierzeniem metodą techniczną impedancji wypadkowej widzianej z zacisków
- 9 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
wtórnych przekładnika przy otwartym uzwojeniu pierwotnym. Impedancja ta może być
uważana jako przybliżona wartość impedancji gałęzi poprzecznej Z�. Przy szacowaniu
spodziewanego przepięcia dobre wyniki daje wzór:
U = 2 �" Z�m �" I
�m p
...................................................................................................... (5.1)
Z�m  impedancja gałęzi poprzecznej zmierzona metodą techniczną przy tej wartości prądu I�,
przy której osiąga maksimum.
Wynika z powyższego, że rozwarcie strony wtórnej może wywołać znacznej wartości
przepięcia.
�
A) B) � C) � D) �
�s �s
i
s
0 0 00
i ic i�
c
i i i
���
Rys. 5.1. Zastąpienie idealizowanej pętli histerezy trzema charakterystykami składowymi
Rys. 5.2. Schemat zastępczy do określenia napięć przy rozwartym obwodzie wtórnym
6. Parametry znamionowe przekładników prądowych [5]
Przekładniki prądowe są charakteryzowane wieloma parametrami. Podstawowe wielkości
znamionowe przekładników prądowych to:
1. Znormalizowane wartości znamionowych prądów pierwotnych
- 10 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Znamionowy prąd pierwotny (IP) jest to wartość prądu pierwotnego, do którego odniesiona
jest praca przekładnika.
Przekładniki jednoprzekładniowe: 10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-75A i ich dziesiętne
wielokrotności i części (wartości zalecane: 10-15-20-30-50-75 A).
Przekładniki wieloprzekładniowe wartości jak w jednoprzekładniowych dotyczą
najmniejszych wartości prądu pierwotnego.
2. Znormalizowane wartości znamionowych prądów wtórnych
Znamionowy prąd wtórny (Is) jest to wartość prądu wtórnego, do którego odniesiona jest
praca przekładnika.
Znormalizowanymi wartościami są: 1-2-5 A (zalecaną wartością jest 5 A). W przekładnikach
przeznaczonych do łączenia w trójkąt powyższe wartości podzielone przez 3 są również
wartościami znormalizowanymi.
3. Znamionowy długotrwały prąd cieplny jest to wartość prądu, który może trwale płynąć w
uzwojeniu pierwotnym, przy znamionowym obciążeniu uzwojenia wtórnego, bez wzrostu
temperatury ponad dopuszczalną wartość. Jeżeli nie określono inaczej, znamionowym
długotrwałym prądem cieplnym powinien być znamionowy prąd pierwotny.
4. Znormalizowane wartości mocy znamionowych
Moc znamionowa jest to wartość mocy pozornej, którą przekładnik jest zdolny zasilić obwód
wtórny przy znamionowym prądzie wtórnym i obciążeniu znamionowym.
Wartościami mocy znamionowych do 30 VA są: 2,5-5-10-15-30 VA. Wartości większe od 30
VA mogą być stosowane odpowiednio do potrzeby.
5. Znamionowe prądy krótkotrwałe
Znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (Ith) jest to wartość skuteczna prądu pierwotnego,
którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać przez jedną
sekundę bez uszkodzenia. Znamionowe czasy inne niż jedna sekunda, jak 0,5-2-3 s mogą być
przedmiotem umowy.
Znamionowy prąd dynamiczny (Idyn) jest to wartość szczytowa prądu pierwotnego, którą
przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać, bez uszkodzenia
elektrycznego lub mechanicznego w wyniku działania sił elektromagnetycznych.
- 11 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Wartość znamionowego prądu dynamicznego zwykle powinna być 2,5 razy większa od
znamionowego krótkotrwałego prądu cieplnego i powinna być podana na tabliczce
znamionowej.
Tablica 6.1. Dopuszczalne przyrosty temperatury uzwojeń
Klasa izolacji (wg IEC 85) Największy przyrost
temperatury (K)
Izolacja wszystkich klas nasycona olejem 60
Izolacja wszystkich klas nasycona olejem i zamknięta hermetycznie 65
Izolacja wszystkich klas nasycona masą bitumiczną 50
Nie nasycona olejem lub masą bitumiczną izolacja klasy:
Y 45
A 60
E 75
B 85
F 110
H 135
6. Dopuszczalne przyrosty temperatury
Przyrost temperatury przekładnika prądowego podczas przepływu prądu pierwotnego
równego znamionowemu długotrwałemu prądowi cieplnemu, przy obciążeniu znamionowym
o współczynniku mocy równym jedności, nie powinien przekraczać odpowiedniej wartości
podanej w tablicy 6.1.
7. Klasyfikacja badań [5]
Są trzy rodzaje badań: typu, wyrobu i specjalne.
Badania typu są wykonywane na przekładniku każdego typu w celu stwierdzenia, czy
wszystkie przekładniki wyprodukowane według tej samej dokumentacji technicznej spełniają
wymagania nie objęte badaniami wyrobu. (Badanie typu może być uznane za ważne, jeżeli
jest wykonane na przekładniku wyprodukowanym z niewielkimi zmianami. Zaleca się, aby
zmiany te były przedmiotem uzgodnienia między wytwórcą a nabywcą).
Badania wyrobu są wykonywane na każdym przekładniku.
- 12 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Badania specjalne są to badania inne niż badania typu lub badania wyrobu, uzgodnione
między wytwórcą a nabywcą.
Badania typu:
- próby prądem krótkotrwałym,
- próba nagrzewania,
- próba napięciem udarowym piorunowym,
- próba napięciem udarowym łączeniowym,
- próba napięciowa na mokro przekładników napowietrznych,
- sprawdzenie dokładności.
Badania wyrobu:
- sprawdzenie oznaczeń zacisków,
- próba izolacji uzwojenia pierwotnego napięciem o częstotliwości sieciowej,
- pomiar wyładowań niezupełnych,
- próba izolacji uzwojeń wtórnych napięciem o częstotliwości sieciowej,
- próba izolacji między sekcjami uzwojeń napięciem o częstotliwości sieciowej,
- próba izolacji międzyzwojowej,
- sprawdzenie dokładności.
Badania specjalne:
- próba izolacji uzwojenia pierwotnego udarem uciętym,
- pomiar pojemności i współczynnika strat dielektrycznych,
- próba izolacji uzwojenia pierwotnego wielokrotnymi udarami uciętymi,
- próby mechaniczne.
8. Przekładniki prądowe do pomiarów
Przekładnik prądowy do pomiarów przeznaczony jest do zasilania przyrządów wskazujących,
liczników i podobnych aparatów. [5]
- 13 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Znamionowy prąd bezpieczny przyrządu (IPL), oznacza najmniejszą wartość prądu
pierwotnego, przy którym błąd całkowity przekładnika prądowego jest równy lub większy niż
10 % przy obciążeniu znamionowym (rys. 8.1). [16]
Znamionowy współczynnik bezpieczeństwa przyrządu FS, równa się stosunkowi
znamionowego prądu bezpiecznego przyrządu do znamionowego prądu pierwotnego
przekładnika; bezpieczeństwo przyrządów zasilanych przez przekładnik jest większe, gdy
wartość współczynnika bezpieczeństwa FS jest mniejsza. [16]
Wtórna graniczna siła elektromotoryczna, równa się iloczynowi współczynnika
bezpieczeństwa przyrządu FS, znamionowego prądu wtórnego oraz sumy wektorowej
obciążenia znamionowego i impedancji uzwojenia wtórnego. [5]
Rys. 8.1. Krzywe zależności prądu wtórnego od prądu pierwotnego przekładników prądowych o
współczynniku bezpieczeństwa FS 5 oraz 10
- 14 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Krotności prądów równe współczynnikowi FS odpowiadają warunkom, w jakich indukcja w
rdzeniu jest bliska wartości, przy której następuje przegięcie charakterystyki magnesowania,
praktycznie 1,4-1,7 T (rys. 8.2).
Przetężenia o krotnościach większych niż współczynnik FS nie powodują istotnego
zwiększenia prądu po stronie wtórnej. Jest to ważne ze względu na ochronę przed
zniszczeniem mierników i przyrządów, wywołanym cieplnymi skutkami przepływu prądu o
wartościach przekraczających parametry znamionowe.
Przekładniki w obwodach zasilających mierniki powinny mieć małe (5 lub 10) współczynniki
FS, aby niezależnie od wartości prądu pierwotnego prąd po stronie wtórnej był relatywnie
niewielki. [16]
Rys. 8.2. Charakterystyka magnesowania materiałów magnetycznych stosowanych na rdzenie
przekładników prądowych. 1 - stop nikiel-żelazo (ok. 75 % Ni) do stosowania w przekładnikach
pomiarowych, 2 - stop nikiel-żelazo (ok. 50 % Ni) do stosowania w przekładnikach zabezpieczeniowych, 3
- żelazo krzemowe zimnowalcowane
- 15 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
8.1. Oznaczenie klasy dokładności przekładników prądowych do pomiarów
W przekładnikach prądowych do pomiarów klasa dokładności jest oznaczana przez
największy dopuszczalny procentowy błąd prądowy przy prądzie znamionowym,
przypisanym tej klasie dokładności. [5]
8.2. Znormalizowane klasy dokładności [5]
Znormalizowanymi klasami dokładności przekładników prądowych do pomiarów są:
0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 - 3 - 5.
8.3. Wartości graniczne błędów prądowego i kątowego przekładników
prądowych do pomiarów
W przekładnikach o klasach 0,1 - 0,2 - 0,5 i 1 błędy prądowy i kątowy przy znamionowej
częstotliwości nie powinny przekraczać wartości podanych w tablicy 8.1, przy obciążeniu
wtórnym o dowolnej wartości zawartej w przedziale od 25 % do 100 % obciążenia
znamionowego.
Tablica 8.1. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników do pomiarów (klasy 0,1
do 1)
Procentowy błąd prądowy
Błąd kątowy przy podanych poniżej procentowych wartościach
(przekładni) przy podanych
prądu znamionowego, + lub -
Klasa
poniżej procentowych
dokła-
wartościach prądu
minuty centyradiany
dności
znamionowego, + lub -
5 20 100 120 5 20 100 120 5 20 100 120
0,1 0,4 0,2 0,1 0,1 15 8 5 5 0,45 0,24 0,15 0,15
0,2 0,75 0,35 0,2 0,2 30 15 10 10 0,9 0,45 0,3 0,3
0,5 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 30 2,7 1,35 0,9 0,9
1 3,0 1,5 1,0 1,0 180 90 60 60 5,4 2,7 1,8 1,8
- 16 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Tablica 8.2. Granice błędu prądowego przekładników do pomiaru (klasy 3 i 5). Dla klas 3 i 5
nie określa się granic błędu kątowego.
Procentowy błąd prądowy (przekładni) przy podanych
poniżej procentowych wartościach prądu znamionowego,
Klasa dokładności
+ lub -
50 120
3 3 3
5 5 5
8.4. Sprawdzenie dokładności przekładników prądowych do pomiarów w
badaniach typu
Sprawdzenie w badaniach typu dokładności powinno, w przypadku przekładników klas od
0,1 do 1, być wykonane dla każdej wartości prądu podanej tablicy 8.1 przy 25 % i 100 %
obciążenia znamionowego, lecz przy obciążeniu nie mniejszym niż 1 VA.
Przekładniki o rozszerzonym zakresie prądowym większym niż 120 % powinny być
sprawdzane przy prądzie rozszerzonego zakresu prądowego zamiast przy 120 % prądu
znamionowego.
Przekładniki klas 3 i 5 powinny być badane przy dwu wartościach prądu podanych w tablicy
8.2 przy 50 % i 100 % obciążenia znamionowego (lecz nie mniejszym niż 1 VA). [5]
8.5. Sprawdzenie dokładności przekładników prądowych do pomiarów w
badaniach wyrobu
Sprawdzenie dokładności w badaniach wyrobu jest takie samo jak w badaniach typu, lecz
dopuszczalne jest jej wykonanie przy zmniejszonej liczbie prądów i/lub obciążeń, pod
warunkiem, że w badaniach typu wykazano na podobnym przekładniku, iż tak zmniejszona
liczba prób jest wystarczająca. [5]
8.6. Współczynnik bezpieczeństwa przyrządu
Badania typu mogą być wykonane z użyciem następującej próby pośredniej: przy otwartym
uzwojeniu pierwotnym, uzwojenie wtórne zasilane jest napięciem praktycznie sinusoidalnym
o częstotliwości znamionowej i o wartości skutecznej równej wtórnej granicznej SEM(równa
się iloczynowi współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS, znamionowego prądu wtórnego
oraz sumy wektorowej obciążenia znamionowego i impedancji uzwojenia wtórnego. [5])
- 17 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
UWAGI
1 - Przy obliczaniu wtórnej granicznej SEM należy przyjąć impedancję uzwojenia wtórnego
jako równą rezystancji uzwojenia wtórnego, zmierzonej w temperaturze otoczenia i
skorygowanej do temperatury 75 �C.
2 - Przy określaniu błędu całkowitego metodą pośrednią, może nie być brana pod uwagę
ewentualna różnica między przekładnią zwojową i przekładnią znamionową. [5]
Wywołany nim prąd wzbudzający (Iexc), wyrażony w procentach znamionowego prądu
wtórnego (Isn) pomnożonego przez współczynnik bezpieczeństwa przyrządu FS, powinien
być równy lub większy od wartości znamionowej błędu całkowitego równej 10 %.
I
exc
�"100 e" 10%
FS
I
sn
..................................................................................................... (8.1)
Jeżeli ten wynik budzi wątpliwości, należy wykonać pomiar kontrolny w próbie
bezpośredniej i ten wynik uznać za obowiązujący. [5]
8.7. Oznaczenia na tabliczce znamionowej przekładników prądowych do
pomiarów
Klasa dokładności i współczynnik bezpieczeństwa przyrządów powinny być podane po
odpowiedniej mocy znamionowej (np. 15 VA klasa 0,5 FS 10).
W przekładnikach prądowych o rozszerzonym zakresie prądowym prąd pierwotny
rozszerzonego zakresu powinien być podany bezpośrednio po oznaczeniu klasy (np. 15 VA
klasa 0,5 ext. 150 %). [5]
9. Przekładniki prądowe do zabezpieczeń
Przekładnik prądowy do zabezpieczeń jest to przekładnik przeznaczony do zasilania
przekaz
ników zabezpieczających.
Wykres wektorowy
Jeżeli przyjmie się, że rozpatrywany przekładnik prądowy zawiera tylko liniowe elementy
elektryczne i magnetyczne oraz, że jego obciążenie ma również charakter liniowy, wówczas
przy założeniu, że prąd pierwotny jest sinusoidalny, wszystkie prądy, napięcia i strumienie
będą również sinusoidalne, a działanie przekładnika może być przedstawione za pomocą
wykresu wskazowego pokazanego na rysunku 9.1.
- 18 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Na rysunku 9.1 Is przedstawia prąd wtórny, który płynąc przez impedancję uzwojenia
wtórnego i impedancję obciążenia określa wartości kierunek indukowanego napięcia Es i
strumienia Ś prostopadłego do wskazu napięcia, który jest wywołany przez prąd wzbudzający
Ie. Jego składowa magnesująca Im jest równoległa do strumienia, a składowa strat Ia jest
równoległa do napięcia. Sumę wskazów prądu wtórnego Is i prądu wzbudzającego Ie
przedstawia wektor I"p prądu pierwotnego podzielonego przez przekładnię zwojową
(stosunek liczby zwojów wtórnych do liczby zwojów pierwotnych).
Rys. 9.1. Wykres wektorowy przedstawiający zasadę działania przekładnika
Tak więc dla przekładnika prądowego, którego przekładnia zwojowa jest równa przekładni
znamionowej, różnica długości wektorów Is i I"p odniesiona do długości I"p jest błędem
prądowym, a różnica kątowa � stanowi błąd kątowy.
Poprawka zwojowa
Jeżeli przekładnia zwojowa jest inna (zwykle mniejsza) niż znamionowa przekładnia
prądowa, to przekładnik prądowy ma poprawkę zwojową. Wtedy, przy określaniu działania,
należy rozróżniać I"p - prąd pierwotny podzielony przez przekładnię zwojową - od I p - prądu
pierwotnego podzielonego przez przekładnię prądową. Brak poprawki zwojowej oznacza, że
I p = I"p. Jeżeli jest poprawka zwojowa, to I p różni się od I"p i, jeżeli I"p występuje na
wykresie wektorowym, a I p jest użyte do określania błędu prądowego, wówczas poprawka
zwojowa ma wpływ na błąd prądowy (i może być celowo wykorzystana). Ponieważ wektory
I p i I"p mają ten sam kierunek, to poprawka zwojowa nie ma wpływu na błąd kątowy.
Poprawka zwojowa ma mniejszy wpływ na błąd całkowity niż na błąd prądowy.
- 19 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Trójkąt błędów
Na rysunku 9.2 jest odtworzona górna część rysunku 9.1 w dużej skali przy założeniu, że błąd
kątowy jest tak mały, że dla celów praktycznych można przyjąć równoległość wektorów Is i
I"p. Zakładając, że nie zastosowano poprawki zwojowej i rzutując Ie na Ip widać, że w
przybliżeniu składowa równoległa ("I) prądu Ie może być przyjęta zamiast arytmetycznej
różnicy prądów I"p i Is, do określenia błędu prądowego, i podobnie składowa prostopadła
("Iq) prądu Ie może być stosowana do określania błędu kątowego.
Przy powyższych założeniach prąd wzbudzający Ie podzielony przez I"p jest równy błędowi
całkowitemu.
Rys. 9.2. Wykres wektorowy
Dlatego w przypadku przekładnika prądowego bez poprawki zwojowej i w warunkach, gdy
przedstawienie w formie wektorowej jest możliwe, błędy prądowy, kątowy i całkowity
tworzą trójkąt prostokątny.
W tym trójkącie przeciwprostokątna przedstawiająca błąd całkowity zależy od całkowitej
wartości impedancji obciążenia, składającej się z impedancji obciążenia i impedancji
uzwojenia wtórnego, podczas gdy podział na błędy prądowy i kątowy zależy od
współczynników mocy impedancji całkowitego obciążenia i prądu wzbudzającego. Błąd
kątowy będzie równy zeru, wówczas gdy obydwa współczynniki mocy będą równe, tj. gdy Is i
Ie są w fazie.
Błąd całkowity
Stosowanie pojęcia błędu całkowitego ma szczególne uzasadnienie w przypadkach, gdy
posługiwanie się wykresem wektorowym nie jest możliwe, ponieważ elementy nieliniowe
- 20 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
powodują występowanie wyższych harmonicznych prądu jałowego i wtórnego (patrz rysunek
9.3).
Rys. 9.3. Wyższe harmoniczne
Z tego powodu błąd całkowity został zdefiniowany jak w podpunkcie 4, a nie jako suma
wektorowa błędu prądowego i błędu kątowego, jak to pokazano na rysunku 9.2.
Wtedy w ogólnym przypadku, błąd całkowity reprezentuje także odchylenia od idealnego
przekładnika prądowego powodowane obecnością w uzwojeniu wtórnym wyższych
harmonicznych, które nie występują w uzwojeniu pierwotnym. (Prąd pierwotny jest w PN-EN
60044-1 uznawany zawsze za sinusoidalny). [5]
9.1. Dodatkowe wymagania dotyczące przekładników prądowych do
zabezpieczeń
Znamionowy graniczny prąd pierwotny jest to wartość skuteczna prądu pierwotnego, od
której przekładnik spełnia wymagania w zakresie błędu całkowitego.
Współczynnik graniczny dokładności jest to stosunek znamionowego granicznego prądu
pierwotnego do znamionowego prądu pierwotnego.
Wtórna graniczna siła elektromotoryczna jest to iloczyn współczynnika granicznego
dokładności, znamionowego prądu wtórnego oraz sumy wektorowej obciążenia
znamionowego i impedancji uzwojenia wtórnego.
9.1.1. Znormalizowane współczynniki graniczne dokładności
Znormalizowanymi współczynnikami granicznymi dokładności są:
5 - 10 - 15 - 20 - 30
W obwodach zabezpieczeń, w niektórych przypadkach niezbędna jest dokładna transformacja
prądu zwarciowego, która zapewni poprawne działanie zabezpieczeń. Niekiedy konieczna jest
znajomość przebiegów przejściowych okresowych i nieokresowych prądu zwarciowego.
- 21 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Dokładność transformacji tych przebiegów zależy od wartości indukcji w rdzeniu. Przy
dużym prądzie zwarciowym przekładnik pracuje najczęściej w stanie nasycenia, prąd jest
mocno odkształcony, zaś transformacja obarczona znacznym błędem. Aby otrzymać w miarę
dokładne przebiegi prądu zwarciowego, wraz ze składowymi przejściowymi prądu, należy
stosować przekładniki o dużych (15, 20 lub 30) współczynnikach Kalf. Są to przekładniki o
większych przekrojach rdzenia (niewielkie wartości indukcji znamionowej) i małych
obciążeniach strony wtórnej.
Rzeczywista wartość współczynnika Kalf (oznaczona nB) zależy od obciążenia strony wtórnej
przekładnika według zależności
+
S S
N wp
=
n K
B alf
+
S S
B wp
.................................................................................................. (9.1)
w której: SN - moc znamionowa przekładnika, Swp -  moc własna przekładnika powodowana
impedancją uzwojeń, równa (0,05�0,20) SN, SB - obciążenie strony wtórnej przyłączone do
zacisków przekładnika. Rzeczywiste wartości nB współczynnika Kalf w zależności od
obciążenia strony wtórnej SB mogą zatem bardzo się różnić od jego wartości znamionowej nN.
Przy obciążeniu przekładnika mocą SB=0,5SN współczynnik Kalf zwiększa się 1,7�1,9 razy,
przy obciążeniu zaś mocą SB=2SN zmniejsza się 0,52�0,59 razy. Oznacza to w pierwszym
przypadku, że przy znacznych przetężeniach przyrządy pomiarowe nie są chronione przed
zniszczeniem, nie występuje bowiem ograniczające działanie nasycenia rdzenia
magnetycznego i prąd strony wtórnej może osiągać bardzo znaczne wartości, wprost
proporcjonalne do wartości prądu strony pierwotnej. Z kolei przy obciążeniu przekładnika
mocą SB=2SN już przy stosunkowo niewielkich przetężeniach może występować
transformacja prądu z dużym błędem ujemnym, co może być przyczyną błędnych działań
zabezpieczeń.
Z tego powodu, gdy obciążenie strony wtórnej SB jest znacznie mniejsze od znamionowego
SN, może być konieczne włączenie w obwód pomiarowy dodatkowej rezystancji tak, aby
SBH"SN. [16]
9.1.2. Klasy dokładności przekładników prądowych do zabezpieczeń
Klasy dokładności przekładników prądowych do zabezpieczeń jest oznaczona przez
największy dopuszczalny błąd całkowity wyrażony w procentach, przy znamionowym
granicznym prądzie pierwotnym dla danej klasy dokładności, poprzedzający literę P. [5]
- 22 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Znormalizowane klasy dokładności przekładników zabezpieczeniowych:
5P i 10P.
9.1.3. Wartości graniczne błędów przekładników prądowych do zabezpieczeń
Przy znamionowej częstotliwości i znamionowym obciążeniu błędy prądowy, kątowy i
całkowity nie mogą przekraczać wartości podanych w tablicy 9.1.
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. [5]
Tablica 9.1. Granice błędów przekładników do zabezpieczeń
Błąd prądowy przy Błąd kątowy przy Błąd całkowity przy
znamionowym prądzie znamionowym prądzie znamionowym granicznym
Klasa dokładności
pierwotnym pierwotnym prądzie pierwotnym
% %
minuty centyradiany
5P 5
ą1 ą60 ą1,8
10P 10
- -
ą3
9.1.4. Określenie błędu całkowitego w badaniach typu
Zgodność z wymaganiami w zakresie granicznych wartości błędu całkowitego, podanego w
tablicy 9.1, powinna być wykazana w próbie bezpośredniej, w której praktycznie sinusoidalny
prąd równy znamionowemu granicznemu prądowi pierwotnemu płynie przez uzwojenie
pierwotne, a do uzwojenia wtórnego przyłączone jest obciążenie o wartości znamionowej,
lecz o współczynniku mocy zawartym, według wyboru wytwórcy, między 0,8 indukcyjnym, a
równym jedności.
Próba może być wykonana na podobnym przekładniku z tym wyjątkiem, że może być użyta
zredukowana izolacja, jednak powinny być zachowane nie zmienione warunki geometryczne.
UWAGA - W przypadku przekładników prądowych o bardzo dużych prądach pierwotnych z
uzwojeniem pierwotnym w postaci pojedynczego pręta, zaleca się, aby odległość między
- 23 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
pierwotnym przewodem powrotnym a przekładnikiem była brana pod uwagę z punktu
widzenia odtworzenia warunków pracy.
W przypadku przekładników prądowych mających praktycznie bezszczelinowe rdzenie
pierścieniowe, równomiernie rozłożone uzwojenie wtórne oraz centrycznie umieszczony
przewód pierwotny albo równomiernie rozłożone uzwojenie pierwotne, próba bezpośrednia
może być zastąpiona przez następującą próbę pośrednią, pod warunkiem że oddziaływanie
powrotnego przewodu pierwotnego jest pomijalne.
Przy otwartym uzwojeniu pierwotnym należy zasilić uzwojenie wtórne napięciem praktycznie
sinusoidalnym o częstotliwości znamionowej i o wartości skutecznej równej wtórnej
granicznej SEM(równa się iloczynowi współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS,
znamionowego prądu wtórnego oraz sumy wektorowej obciążenia znamionowego i
impedancji uzwojenia wtórnego. [5])
UWAGI
1 - Przy obliczaniu wtórnej granicznej SEM należy przyjąć impedancję uzwojenia wtórnego
jako równą rezystancji uzwojenia wtórnego, zmierzonej w temperaturze otoczenia i
skorygowanej do temperatury 75 �C.
2 - Przy określaniu błędu całkowitego metodą pośrednią, może nie być brana pod uwagę
ewentualna różnica między przekładnią zwojową i przekładnią znamionową. [5]
Wywołany w ten sposób prąd wzbudzający, wyrażony w procentach znamionowego prądu
wtórnego pomnożonego przez współczynnik graniczny dokładności, nie powinien
przekraczać wartości odpowiadającej granicznej wartości błędu całkowitego, podanego w
tablicy 9.1.
UWAGI
1 - Przy obliczaniu wtórnej granicznej SEM należy przyjąć impedancję uzwojenia wtórnego
jako równą rezystancji uzwojenia wtórnego, zmierzonej w temperaturze otoczenia i
skorygowanej do temperatury 75 �C.
2 - Przy określaniu błędu całkowitego metodą pośrednią, może nie być brana pod uwagę
ewentualna różnica między przekładnią zwojową i przekładnią znamionową. [5]
- 24 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
9.1.4.1 Bezpośredni pomiar błędu całkowitego
Rys. 9.4. Obwód przekładnika prądowego o przekładni zwojowej 1/1 do bezpośredniego pomiaru błędu
całkowitego
Na rysunku 9.4 przedstawiono przekładnik prądowy o przekładni zwojowej 1/1. Jest on
połączony ze z
ródłem (sinusoidalnego) prądu pierwotnego i obciążeniem wtórnym ZB o
charakterystyce liniowej oraz z amperomierzem w ten sposób, że zarówno prąd pierwotny,
jak i wtórny płyną przez amperomierz, lecz w przeciwnych kierunkach. Wypadkowy prąd
płynący przez amperomierz jest równy prądowi wzbudzającemu występującemu w
warunkach sinusoidalnego prądu pierwotnego, a jego wartość skuteczna odniesiona do
wartości skutecznej prądu pierwotnego jest błędem całkowitym, przy czym stosunek ten jest
wyrażony w procentach. [5]
Tak więc na rysunku 9.4 przedstawiono obwód do bezpośredniego pomiaru błędu
całkowitego.
Rys. 9.5. Obwód przekładnika prądowego o przekładni różnej od jedności ale o takiej samej przekładni
znamionowej do bezpośredniego pomiaru błędu całkowitego
Na rysunku 9.5 przedstawiono podstawowy obwód do bezpośredniego pomiaru błędu
całkowitego w przypadku przekładników prądowych o przekładni różnej od jedności ale o
takiej samej przekładni znamionowej. Przekładnik prądowy oznaczony symbolem N ma
pomijalnie mały błąd całkowity w przyjętych warunkach (minimalne obciążenie), podczas
- 25 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
gdy do badanego przekładnika prądowego, oznaczonego symbolem X dołączone jest
obciążenie znamionowe.
Oba przekładniki są zasilane z tego samego z
ródła pierwotnego prądu sinusoidalnego, a
amperomierz A2 mierzy różnicę prądów wtórnych. W tych warunkach skuteczna wartość
prądu mierzonego przez amperomierz A2, odniesiona do skutecznej wartości prądu
mierzonego przez amperomierz A1, jest błędem całkowitym przekładnika X, jeżeli stosunek
ten wyrażony jest w procentach.
W metodzie tej jest konieczne, aby błąd całkowity przekładnika N był pomijalny w
warunkach próby. Nie jest wystarczające, aby błąd całkowity przekładnika N był znany,
ponieważ z powodu znacznie skomplikowanego charakteru błędu całkowitego (odkształcony
przebieg prądu), żaden znany błąd całkowity przekładnika wzorcowego N nie może być
wykorzystany do skorygowania wyników próby. [5]
9.1.4.2 Alternatywny sposób bezpośredniego pomiaru błędu całkowitego
Do pomiaru błędu całkowitego można stosować alternatywne sposoby, a jeden z nich jest
podany na rysunku 9.6.
Układ pokazany na rysunku 9.5 wymaga specjalnego przekładnika wzorcowego N o takiej
samej przekładni znamionowej jaką ma przekładnik X i o pomijalnie małym błędzie
całkowitym przy znamionowym granicznym prądzie pierwotnym, a układ pokazany na
rysunku 9.6 umożliwia stosowanie zwykłych przekładników wzorcowych N i N' pracujących
przy ich znamionowych prądach pierwotnych, lub w pobliżu tych wartości. Wymaganie
dotyczące pomijalnego błędu całkowitego tych przekładników wzorcowych jest nadal sprawą
zasadniczą, lecz łatwiejszą do spełnienia.
Rys. 9.6. Alternatywny obwód do pomiaru błędu całkowitego
- 26 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Na rysunku 9.6 symbolem X oznaczono przekładnik badany, N jest wzorcowym
przekładnikiem odniesienia o znamionowym prądzie pierwotnym tego samego rzędu, co
znamionowy graniczny prąd pierwotny przekładnika X (prądu, przy którym wykonuje się
próbę). Symbolem N' oznaczono wzorcowy przekładnik pośredniczący o znamionowym
prądzie pierwotnym tego samego rzędu co prąd wtórny, odpowiadający znamionowemu
granicznemu prądowi pierwotnemu przekładnika X. Należy zauważyć, że przekładnik N'
stanowi część obciążenia ZB przekładnika X, które należy uwzględnić przy określaniu
wartości obciążenia Z'B. Przyrządy A1 i A2 są amperomierzami i należy zadbać, aby
amperomierz A2 mierzył różnicę prądów wtórnych przekładników N i N'.
Jeżeli przekładnię znamionową przekładnika N oznaczyć jako Kn przekładnika X jako Knx i
przekładnika N' - jako K n to przekładnia Kn będzie się równała iloczynowi K n i Knx:
na przykład Kn= K n" Knx
Wówczas wartość skuteczna prądu mierzonego przez amperomierz A2, odniesiona do
wskazań amperomierza A1, jest błędem całkowitym przekładnika X, przy czym wartość ta
wyrażona jest w procentach.
UWAGA - W metodach pokazanych na rysunku 9.5 i 9.6 zaleca się stosować amperomierz
A2 o małej impedancji, gdyż występujące na nim napięcie (podzielone przez przekładnię
przekładnika N' w przypadku układu z rysunku 9.6) stanowi część napięcia występującego na
obciążeniu przekładnika X i powoduje zmniejszenie obciążenia tego przekładnika.
Analogicznie napięcie na amperomierzu A2 powoduje zwiększenie obciążenia przekładnika
N. [5]
9.1.5. Określenie błędu całkowitego w badaniach wyrobu
Dla wszystkich przekładników spełniających wymaganie 9.1.4 b), badania wyrobu są takie
same jak badania typu.
W przypadku innych przekładników może być zastosowana próba pośrednia polegająca na
pomiarze prądu wzbudzającego, lecz powinien być zastosowany współczynnik korekcyjny,
który należy określić przez porównanie otrzymanego w ten sposób wyniku z wynikiem próby
bezpośredniej wykonanej na przekładniku tego samego typu (patrz uwaga 2 poniżej), jeżeli
współczynnik graniczny dokładności i warunki obciążenia są takie same.
W takich przypadkach sprawozdania z próby bezpośredniej powinny być dostępne u
wytwórcy.
- 27 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
UWAGI
1 - Współczynnik korekcyjny jest równy stosunkowi wartości błędu całkowitego
otrzymanego metodą bezpośrednią do wartości otrzymanej metodą pośrednią wg 9.1.4 b).
2 - Wyrażenie  przekładnik tego samego typu" oznacza, że amperozwoje są takie same
niezależnie od przekładni i że parametry geometryczne, materiały magnetyczne i uzwojenia
wtórne są identyczne. [5].
9.2. Zasady doboru przekładników prądowych do zabezpieczeń
Przekładniki, przeznaczone do zasilania zabezpieczeń powinny spełniać różne wymagania.
Najważniejsze z nich, te które należy sprawdzić przy projektowaniu instalacji
elektroenergetycznych, są następujące:
Napięcie znamionowe izolacji przekładnika prądowego powinno być dobrane do
międzyprzewodowego napięcia roboczego w miejscu pracy tego przekładnika. Naturalnie
zawsze dopuszczalne jest zastosowanie przekładnika o napięciu znamionowym wyższym od
napięcia sieci, ale wiąże się to najczęściej z zawyżeniem kosztów - cena przekładnika rośnie
bowiem wraz ze wzrostem napięcia znamionowego.
Znamionowy prąd szczytowy przekładnika prądowego powinien być co najmniej równy
udarowemu prądowi zwarciowemu w punkcie zainstalowania tego przekładnika, a
wytrzymałość cieplna - co najmniej równa wskaz
nikowi cieplnemu prądu zwarciowego.
Znamionowy prąd pierwotny przekładnika prądowego określa się z warunków pracy
normalnej obiektu zabezpieczanego, połączonego szeregowo z tym przekładnikiem. W
obwodach maszyn elektrycznych i transformatorów przyjmuje się za podstawę prąd
znamionowy tych obiektów, a w obwodach linii napowietrznych i kabli - prąd maksymalnego
dopuszczalnego obciążenia tych obiektów. Wartość znamionowego prądu pierwotnego
przyjmuje się przez zaokrąglenie tak wybranego prądu w górę, do najbliższej wartości
znormalizowanej.
W niektórych przypadkach może się zdarzyć, że wytrzymałość dynamiczna lub cieplna
przekładnika, którego prąd pierwotny został wybrany wg podanych zasad, może się okazać
niedostateczna. W takich przypadkach prąd znamionowy pierwotny przekładnika prądowego
dobiera się odpowiednio większy, tak aby spełnić wymagania wytrzymałości zwarciowej.
Znamionowy prąd wtórny przekładnika prądowego wybiera się przeważnie jako równy 5 A.
Jedynie w razie dużych odległości między przekładnikami prądowymi i przekaz
nikami można
- 28 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
stosować przekładniki o prądzie znamionowym 1 A. Dzięki temu uzyskuje się 25-krotne
zmniejszenie strat mocy w przewodach łączących przekaz
niki z zabezpieczeniami, co daje
znaczne zmniejszenie obciążenia tych przekładników oraz umożliwia stosowanie mniejszych
przekrojów przewodów.
Stosuje się również przekładniki prądowe o znamionowym prądzie wtórnym 2 A, a przy
prądach znamionowych pierwotnych 4000 A lub większych - o prądach wtórnych 10 A lub
20 A.
Dokładność transformacji przekładnika prądowego jest zróżnicowana i to zarówno w stanach
normalnych, jak i przetężeniowych czy też nieustalonych. Wymagania jednak są bardzo różne
w zależności od rodzaju - a nawet typu stosowanych zabezpieczeń. Niejednokrotnie tylko
wytwórca aparatury zabezpieczeniowej może je sformułować w sposób ścisły. Dlatego też
zalecenia podane niżej mają charakter dość ogólny i nie mogą być stosowane bezwzględnie.
Wynikają one z trzech podstawowych wymagań, stawianych zabezpieczeniom, a mianowicie:
- Zabezpieczenia powinny działać z jak najmniejszą zwłoką przy każdym zwarciu w
obrębie chronionego obiektu.
- Zabezpieczenia powinny pozostawać niewrażliwe w normalnych stanach pracy i przy
wszelkich zwarciach poza chronionymi urządzeniami.
Zbędne działanie lub nadmierne opóz
nienie przy właściwym działaniu nie powinny być
wywołane przez jakiekolwiek operacje łączeniowe czy to w obwodach pierwotnych czy
wtórnych. [2][3]
10. Cewka Rogowskiego
Do zasilania przekaz
ników zabezpieczeniowych w sieci wysokiego napięcia stosowane są
coraz częściej czujniki prądu w postaci cewek Rogowskiego. Znana od 1912 roku cewka
Rogowskiego ma sygnał wyjściowy proporcjonalny do pochodnej prądu.
W zastosowaniach wysokonapięciowych, całkowanie sygnału wyjściowego czujnika nie
zawsze jest dokonywane przy samej cewce, która może być pozbawiona pomocniczego
zasilania elektrycznego, lecz raczej w przekaz
niku, co prowadzi do obniżenia kosztów.
W cewce powietrznej uzwojenie wtórne jest nawinięte na niemagnetycznym korpusie (rys.
10.1). Brak materiału ferromagnetycznego powoduje, że czujnik ma dobrą liniowość,
wynikającą z braku nasycenia i histerezy. W rezultacie, cewki powietrzne mają dobre
właściwości w stanie ustalonym i w stanie przejściowym.
- 29 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Rys. 10.1. Odosobniona cewka powietrzna
Z prawa Ampere a zastosowanego do cewki powietrznej wynika, że napięcie wyjściowe
cewki obciążonej impedancją Z o dużej wartości jest funkcją prądu pierwotnego Ip(t) w
przewodzie przechodzącym przez okno cewki.
Rdzeń pierścieniowy
Przybliżone równanie dla nieokreślonego przekroju poprzecznego
" (t)
i
p
e(t) H" �" N �" A�"
�
0
"t
........................................................................................... (10.1)
Równanie dla przekroju prostokątnego
�" �" h " (t)
�
N ra i
w p
0
e(t) H" �" ln �"
2Ą ri "t
.............................................................................. (10.2)
gdzie:
Vs
-7 Ą# ń#
�0 przenikalność magnetyczna powietrza
= 4Ą �"
10
ó# Ą#
Am
Ł# Ś#
N liczba zwojów na jednostkę długości obwodu [zwojów/m]
A przekrój poprzecznego zwoju [m2]
2ra średnica zewnętrzna [m]
2ri średnica wewnętrzna [m]
h wysokość
Nw liczba zwojów cewki powietrznej
e(t) napięcie wyjściowe cewki powietrznej [V] przy małym obciążeniu (Rb")
- 30 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Przy uwzględnieniu przybliżenia
�" h
ra
N
w
M = �" ln H" �" N �" A
� �
0 0
2Ą ri
.......................................................................... (10.3)
napięcie wyjściowe cewki powietrznej przybiera postać
" (t)
i
p
e(t) = M �"
"t
....................................................................................................... (10.4)
lub dla prądu sinusoidalnego w stanie ustalonym:
E = M �" j �"� �"
I
p
....................................................................................................... (10.5)
Na rysunku 10.2 pokazano schemat zastępczy cewki powietrznej.
Rezystancja Ra, która jest opcjonalna, jest używana do kalibracji przekładnika. Na tabliczce
znamionowej może być podany także współczynnik korekcyjny. Rezystor Ra lub
współczynnik korekcyjny służą do skompensowania tolerancji wymiarowych korpusu
podtrzymującego uzwojenie i liczby zwojów. Umożliwiają one także zamienność czujników i
urządzeń elektrycznych.
Podstawą poniższych równań jest schemat zastępczy przedstawiony na rysunku 10.2.
E = j� �" M �"
I
p
......................................................................................................... (10.6)
R
b
= �" E
U
s
+ + + j�L
R R R
t a b
................................................................................. (10.7)
R
b
= �" j� �" M �"
U I
s p
+ + + j�L
R R R
t a b
.................................................................. (10.8)
dla "
R
b
= E = j� �" M �"
U I
s p
............................................................................................... (10.9)
E
s
= - j
I
p
� �" M
........................................................................................................ (10.10)
- 31 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Rys. 10.2. Schemat zastępczy przekładnika prądowego z cewką powietrzną i wyjściem napięciowym
Oznaczenia
Ip prąd pierwotny
e(t) siła elektromotoryczna indukowana w cewce powietrznej
Lf indukcyjność rozproszenia uzwojenia wtórnego
L Lf+Lw
Lw indukcyjność przewodów
Rt rezystancja wypadkowa uzwojenia wtórnego i przewodów
Us(t) napięcie wtórne
Ra rezystor do kalibracji (opcjonalnie)
Z impedancja obciążenia lub
Rb impedancja obciążenia o współczynniku mocy 1
CC zastępcza pojemność kabla
W praktycznym zastosowaniu odosobnionej cewki powietrznej układ całkujący stanowi część
systemu zabezpieczeń lub układu pomiarowego.
W celu dokonania pomiaru błędu chwilowego za pomocą odosobnionej cewki powietrznej
trzeba zastosować układ całkujący o odpowiedniej stałej czasowej.
Impedancja wejściowa układu całkującego musi być znamionową impedancją obciążenia
odosobnionej cewki powietrznej. [9]
11. Cęgi Dietza
Przystawki cęgowe służą do pomiarów stosunkowo dużych prądów, przy współpracy ze
zwykłym multimetrem, a także z oscyloskopem. Podobnie jak multimetry cęgowe, są one
stosowane do pomiaru prądu bez ingerencji w obwód pomiarowy.
- 32 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Przystawki umożliwiające tylko pomiar prądu przemiennego są transformatorem prądowym o
przekładni 1:1000. Cewka umieszczona w cęgach przystawki jest uzwojeniem wtórnym tego
transformatora. Uzwojenie pierwotne tego transformatora stanowi przewód, przez który
płynie prąd mierzony. Multimetr współpracujący z taką przystawką powinien mieć zakres
pomiarowy miliwoltów. Przy przekładni cęgów 1:1000, napięcie 1 mV na skali
(wyświetlaczu) multimetru powinno odpowiadać prądowi 1 A. Ułatwi to odczyt wartości
zmierzonego prądu przy poprawnym położeniu przecinka (kropki) dziesiętnej. Przy
pomiarach prądów odkształconych, których kształt odbiega znacznie od sinusoidy, należy
stosować multimetry z funkcją TrueRMS, czyli z pomiarem prawdziwej wartości prądu i
napięcia przemiennego. Odkształcenia takie (występują wyższe harmoniczne) powstają w
układach zawierających nieliniowe obciążenia, np. silniki elektryczne czy komputery, i
powodują nadmierne grzanie się uzwojeń silników, transformatorów oraz przewodów
neutralnych sieci zasilającej. Pomiar prądu przemiennego odkształconego za pomocą
multimetru nie wyposażonego w funkcję TrueRMS, może być obarczony błędem
dochodzącym nawet do 50 %. Zaletą przystawek służących wyłącznie do pomiaru prądu
przemiennego jest brak w nich układów elektronicznych oraz z
ródeł napięcia zasilania. Ze
względu na to są polecane do pomiarów w warunkach silnych pól zakłócających. [17]
Cęgi Dietza działają na zasadzie przekładników prądowych małej mocy z rdzeniem
ferromagnetycznym.
Przekładnik prądowy małej mocy z rdzeniem ferromagnetycznym (LPCT - Low - Power
Current Transformer) reprezentuje rozwiązanie stanowiące rozwinięcie klasycznego
przekładnika prądowego indukcyjnego. Przekładnik LPCT może być konstruowany dla
dużych impedancji obciążenia Rb, ponieważ nowoczesne urządzenia elektryczne wymagają
małej mocy wejściowej. W konsekwencji ulega poprawie charakterystyka klasycznego
przekładnika prądowego indukcyjnego w warunkach nasycania się w przypadku bardzo
dużych (niesymetrycznych) prądów pierwotnych. Prowadzi to do bardzo znacznego
rozszerzenia zakresu pomiarowego.
Zmniejszenie całkowitego poboru mocy umożliwia, bez nasycania się przekładnika, pomiar z
dużą dokładnością prądów przetężeniowych aż do prądów zwarciowych, a także prądów
zwarciowych z maksymalnym udziałem składowej nieokresowej. Mimo szerokiego zakresu
pomiarowego, przekładniki LPCT mogą być wykonywane o mniejszych gabarytach niż
klasyczne przekładnika prądowe indukcyjne. Tak więc rozróżnienie między przekładnikami
do pomiarów i zabezpieczeń staje się niepotrzebne. Szeroki zakres zastosowań może być
- 33 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
zapewniony pojedynczym, wielozadaniowym (uniwersalnym) rozwiązaniem przekładnika
prądowego.
Przekładnik LPCT składa się z przekładnika prądowego indukcyjnego z uzwojeniem
pierwotnym, małym rdzeniem i uzwojeniem wtórnym o minimalnym rozproszeniu
połączonym z bocznikiem rezystancyjnym Rsh. Rezystor ten stanowi integralną część
przekładnika LPCT i ma duże znaczenie dla działania i stabilności metrologicznej
przekładnika. Dlatego przekładnik LPCT nadaje się zasadniczo do zasilania obwodów
napięciowych.
Bocznik rezystancyjny Rsh jest dobrany tak, że moc obciążenia przekładnika jest minimalna
(prawie zero). Prąd wtórny Is wywołuje na boczniku spadek napięcia Us, który jest
proporcjonalny do prądu pierwotnego (wykazuje zgodność co do amplitudy i fazy). Wobec
tego taki przekładnik jest korzystniejszy zarówno co do zakresu pomiarowego i dokładności,
mniejszej mocy obciążenia strony wtórnej oraz wewnętrznych strat mocy.
Działanie przekładnika LPCT może być opisane następująco:
Jeżeli Rsh jest przykładowo tak dobrany, że Usmax odpowiada Ith.
Przekładnia klasycznego przekładnika prądowego (jak podano w IEC 60044-1) zawiera
zwykle odniesienie do znamionowego prądu pierwotnego. W przypadku przekładnika LPCT,
wskutek jego zdolności do transformowania bez nasycenia prądów o dużych wartościach,
racjonalnie jest odnoszenie zakresu pomiarowego do maksymalnego przewidywanego prądu
w sieci. [9]
N
p
= �" �" przy czym:
U R I p
s sh
N
s
1
N
s
= �" i = �"
I K U K
p R s R
R N
sh p
- 34 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Rys. 11.1. Przekładnik prądowy z rdzeniem ferromagnetycznym
Rys. 11.2. Schemat zastępczy przekładnika prądowego z rdzeniem ferromagnetycznym i wyjściem
napięciowym
Oznaczenia
Ip prąd pierwotny
RFe rezystancja odwzorowująca straty w rdzeniu
Lm indukcyjność magnesowania
Rt rezystancja wypadkowa uzwojenia wtórnego i przewodów
Rsh rezystancja bocznika (przetwornik prąd-napięcie)
CC zastępcza pojemność kabla
Us(t) napięcie wtórne
Rb rezystancja obciążenia (w omach)
- 35 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
12. Stanowisko laboratoryjne
Rys. 12.1. Płyta czołowa stanowiska laboratoryjnego
Szkielet konstrukcji stanowiska wykonany jest z kątownika perforowanego 25 mm oraz
płaskownika perforowanego 25 mm. Poszczególne elementy szkieletu są przymocowywane
do siebie za pomocą śrub Ś 6 mm. Z przodu stanowiska umieszczona jest płyta montażowa o
wymiarach 500x300x5 mm (szerokość/wysokość/grubość) za pomocą śrub Ś 2 mm. W płycie
tej wykonane są trzy otwory o wymiarach 90x90 mm, w których umieszczamy amperomierze.
Pod każdym z amperomierzy nawiercamy po trzy otwory o średnicy 6mm, w których
umieszczamy zaciski elektryczne. Przednia część stanowiska wykończona jest za pomocą
kątownika PCV 30 mm, który zamocowany jest dzięki śrubom Ś 2 mm. Dno stanowiska
wykonane jest z materiału izolacyjnego o wymiarach 495x245x5 mm, na którym
przymocowane są rezystory, będące znamionowym obciążeniem strony wtórnej
przekładników prądowych. Wszystkie połączenia wykonane są za pomocą przewodów
miedzianych. Wymiary całego stanowiska wynoszą: 500x300x250 mm.
Rys. 12.2. Schemat elektryczny stanowiska laboratoryjnego
- 36 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
W1 - wyłącznik tablicowy
Dł - dławik do regulacji napięcia, typ A
K-15, ~500 V, 15 A
TP - transformator prądowy, typ TW1a, NF 313104 rok 1967, napięcie 220 V, moc 1 kVA,
napięcie prob. 2 kV, częstotliwość 50 Hz
A - amperomierz elektromagnetyczny prądu przemiennego Lumel EA 19, klasa 1,5; pionowe
położenie pracy miernika, zakres pracy 20 A
P1 - przekładnik prądowy ZWAWN PRLT, typ IPZO, NF 1379 R1965, 0,6/3 kV, 45 VA, 50
Hz, 600/5 A, klasa 3, n10 1,5
P2 - przekładnik prądowy ZWAR PRLT, typ IPZOT, NF 5345/91 N3, 0,66/3 kV, 15 VA, 50
Hz, 600/5 A, klasa 0,5; FS 6 ext. 120 %
P3 - przekładnik prądowy typ ISS, NF 06/93, 0,66/3 kV, 15 VA, 50 Hz, 600/5 A, klasa 0,5; FS
10
P4 - przekładnik prądowy typ ABK 20, NF 2477185, 50 Hz, 600/5 A, pomiarowy: Szn 15 VA,
n 10, klasa 0,5; zabezpieczeniowy: Szn 30 VA, n 10, klasa 10P
P5 - cęgi elastyczne (cewka rogowskiego). Parametry techniczne (podane dokładności przy
23�C ą5�C i wilgotności względnej 80% lub mniej). Średnica obejmowanego przewodu: 254
mm maks. Mierzony prąd: 5000 A AC/500 A AC (podzakres przełączany ręcznie) pomiar
skuteczny od 10 % do 100 % podzakresu. Napięcie na wyjściu przetwornika: 500 mV AC
(pełne wskazanie). Dokładność (w zakresie od 45 do 66 Hz) Amplituda: ą2,0 % w.w. ą1,5
mV. Kąt fazowy: ą1,0 % lub mniej. Zakres mierzonych częstotliwości: od 10 Hz do 20 kHz
(ą3 dB). Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego: 7,5 A maks. przy natężeniu pola 400
A/m maks. Wpływ niecentrycznego umieszczenia przewodu: w zakresie ą3,0 % (w każdym
kierunku od osi cęgów). Maksymalne napięcie w testowanym obwodzie: 1000 Vsk (przewód
izolowany). Maksymalny, dopuszczalny prąd w obwodzie: 10000 Ask, ciągły (od 45 Hz do
66 Hz). Wytrzymałość na przebicie wysokim napięciem: 7,4 kVsk między cęgami a układem
(50/60 Hz, 1 minuta). Spełniane normy: PN-EN61010-2-032: 1995 kat. III 1000 V EMC
(kompatybilność elektromagnetyczna) PN-EN61326-1:1997 +A1: 1998. Typ złącza
wyjściowego: BNC. Zakres temperatur pracy: od 0 �C do 40 �C. Zakres wilgotności
względnych pracy: 80 % lub mniej, brak kondensacji. Zasilanie: 4 szt. baterii alkalicznych
LR03 (praca ciągła maks. 168 h) lub zasilacz sieciowy.
P6 - cęgi pomiarowe (cęgi Dietza)
- 37 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
Zakres Zakres pomiarowy
1 A 1 mA do 30 mA
(1 mV / 1 mA) 30 mA do 1 A
10 A 0,1 A do 1 A
( 1 mV / 10 mA) 1 A do 10 A
100 A
1 A do 10 A
(1 mV / 0,1 A)
1000 A 10 A do 100 A
(1 mV / 1 A)
100 A do 1200 A
Warunki pracy:
temperatura otoczenia 23 �C ą3�C
wilgotność powietrza 20 % do 75 %
częstotliwość 48 Hz do 65 Hz
mV - multimetr cyfrowo-analogowy MAX 3000
Dane techniczne podczas pomiaru prądu z zastosowaniem cęgów
Zakres 30 A 300 A 3000 A
0,5 A 5 A 50 A
Zakres pomiaru
30 A 300 A 3000 A
Rozdzielczość cyfrowa 10 mA 0,1 A 1 A
Impedancja wyjściowa 200 k&!
Dokładność 1 % w.m. +0,4 % zakr. pom. (16 Hz  500 Hz)
Pasmo przy - 0,5 dB 1 kHz 5 kHz 8 kHz
Przy pomiarach z użyciem cęgów należy uwzględnić również ich dokładność.
13. Wykonanie ćwiczenia
13.1. Pomiar błędu prądowego "I%
W celu wyznaczenia błędu prądowego "I% należy zbudować układ według rys. 12.2. Za
pomocą dławika DA
zmieniamy prąd pierwotny Ip, który powinien wynosić nIpn gdzie n = 1,
- 38 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
2, 3, 4. Dla każdego z tych nastawień odczytujemy prąd wtórny Is. Wyniki pomiarów
wpisujemy w tablicę 13.1, i po niezbędnych obliczeniach wykreślamy charakterystyki
Is/Isn=f(Ip/Ipn), "I%=f(Ip/Ipn).
Tablica 13.1.
P1 P2 P3 P4 P5 P6
Ip
Is "I% Is "I% Is "I% Is-p "I%-p Is-z "I%-z Us Iz "I% Us Iz "I%
A A % A % A % A % A % mV A % V A %
13.2. Wyznaczanie współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS dla
przekładników pomiarowych
Należy wyznaczyć współczynnik FS dla przekładnika wskazanego przez prowadzącego dla
różnych wartości obciążenia strony wtórnej przekładnika metodą pośrednią (wg punktu 8.6),
oraz metodą pośrednią (wg punktu 9.1.4.2.) korzystając ze schematu na rys. 9.6. W przypadku
pomiaru przy obciążeniu innym niż znamionowym należy wynik skorygować korzystając z
zależności:
+ +
S S S S
N wp B wp
= FS �! FS =
n n
B B
+ +
S S S S
B wp N wp
R75=RŃ[1+ą(75-Ń)] ąCu=0,004
Swp=R75*I2
13.3. Określenie błędu całkowitego przekładników do zabezpieczeń
Należy wyznaczyć wartość błędu całkowitego dla przekładnika wskazanego przez
prowadzącego metodą pośrednią (wg punktu 9.1.4.), oraz metodą bezpośrednią (wg punktu
9.1.4.2.) korzystając ze schematu na rys. 9.6.
- 39 -