Ćw 6a Badanie przetworników prądowych stosowanych w automatyce zabezpieczeniowej, Politechnika Lubelska, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
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, przekaźników 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
I
p
w
1
i wtórnej
I
s
w
2
wywołują strumienie magnetyczne skojarzone
z uzwojeniami. W obwodzie jak na rys. 3.1 można wyróżnić strumień
Φ
µ
zamykający się w
rdzeniu magnetycznym, wspólny dla obydwu uzwojeń, oraz strumienie rozproszenia
Φ
1r
oraz
Φ
2r
przenikające wyłącznie przez uzwojenia odpowiednio
w
1
i
w
2
. Napięcie indukowane w
poszczególnych uzwojeniach przekładnika może być wyrażone następującymi zależnościami:
[16]
- 3 -
Badanie przetworników prądowych stosowanych...
e
=
w
d
(
Φ
+
µ
Φ
1
r
)
................................................................................................ (3.1)
1
1
dt
oraz
e
=
w
d
(
Φ
+
Φ
2
r
)
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
w
2
otrzymuje się znaną strukturę (rys. 3.3). Indukcyjność
L
µ
jest związana ze
strumieniem sprzężonym z obydwoma uzwojeniami, a więc prawie całkowicie zamykającym
się przez rdzeń ferromagnetyczny, natomiast
R
Fe
reprezentuje całkowite straty w tym rdzeniu.
W związku z tym, że rdzeń ma dużą przenikalność i małą stratność - tak indukcyjność
L
µ
, jak
i rezystancja
R
Fe
są znaczne, przy czym na skutek nieliniowej charakterystyki magnesowania
ferromagnetyka są to wielkości nieliniowe.
Rezystancje
R
1
i
R
2
są oczywiście rezystancjami uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
Natomiast indukcyjności
L`
1
=
L
1
(
w
2
/
w
1
)
2
i
L
2
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
µ
. Jeśli pamiętać, że indukcyjności
L
1
oraz
L
2
wynikają ostatecznie z
przekształcenia schematu magnetycznego, to można
zauważyć, że są one wielkościami nieliniowymi. O ile jednak indukcyjność
L
µ
jest silnie
nieliniowa, o tyle indukcyjności
L
1
i
L
2
są słabo nieliniowe, choć zależy to w dużym stopniu
od wzajemnej konfiguracji rdzenia oraz uzwojeń. W praktycznych rozważaniach najczęściej
przyjmuje się, że
L
1
oraz
L
2
są wielkościami stałymi.
- 4 -
µ
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Rys. 3.3. Ogólny schemat zastępczy przekładnika prądowego przeliczony na wtórną liczbę zwojów
Aby zapewnić dokładność transformacji, prąd magnesujący
i
0
musi być niewielki w
porównaniu z prądem pierwotnym przeliczonym na stronę wtórną
i`
p
, a więc impedancja
obciążenia
Z
obc
musi być mała w porównaniu z impedancja gałęzi magnesowania - czyli
równolegle połączonych
L
µ
i
R
Fe
.
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
źródło prądu, co pozwala pominąć w rozważaniach elementy
R
1
i
L
1
, 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
I
s
, który wywołuje spadki napięć na impedancji obciążenia
(
Z
obc
=
R
obc
+j
X
obc
) oraz na impedancji uzwojeń strony wtórnej (
Z
2
=
R
2
+j
X
2
). Suma spadków
- 5 -
[ Pobierz całość w formacie PDF ]