Zapoznanie się z budową, zastosowaniem i zasadą pomiaru natężenia prądu przy zastosowania przekładnika prądowego

Nauczyciel: Kubanek Dariusz

Przedmiot: Pomiary elektryczne i elektroniczne Klasa: 1TE

Temat lekcji: Badanie przekładnika prądowego

Data lekcji: 23.04.2020

Wprowadzenie do tematu: Zapoznanie się z budową, zastosowaniem i zasadą pomiaru natężenia prądu przy zastosowania przekładnika prądowego

Przekładniki prądowe stosuje się do celów pomiarowych i zabezpieczeniowych jest konieczna znajomość wartości prądu w wielu miejscach systemu elektroenergetycznego. Wartość prądu w przewodach roboczych jest najczęściej tak duża, że jest niemożliwe bezpośrednie wykorzystanie jego pomiaru. Wynika stąd konieczność zastosowania transformacji prądu w celu zmniejszenia jego wartości. Zadanie to spełniają przekładniki prądowe. Umożliwiają one bezpieczną obsługę i izolację przyłączonych urządzeń.

Przekładnik prądow: a) schemat poglądowy, b) schemat szczegółowy, c) schemat uproszczony. 1- uzwojenie pierwotne z zaciskami K , L o liczbie zwojów z1, 2 - rdzeń, 3 - uzwojenie wtórne z zaciskami k , l o liczbie zwojów z₂, zacisk l uziemiamy ze wzglądu na bezpieczeństwo obsługi.

Impedancja strony pierwotnej jest bardzo mała, więc nie wpływa ona na wartość prądu w obwodzie głównym oraz powoduje niewielki spadek napięcia na uzwojeniu

pierwotnym. Strona wtórna jest obciążona minimalnie, toteż praca normalna przekładnika prądowego odpowiada pracy transformatora w stanie zwarcia. Przekładnia przekładnika prądowego jest równa stosunkowi prądu pierwotnego do wtórnego:

1 2 2

1

N N I

I

Przy czym N1 i N2 oznaczają liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

Przekładnia jest tak dobrana, aby znamionowemu prądowi po stronie pierwotnej odpowiadał po stronie wtórnej prąd 5A lub 1A. Ponieważ przepływy magnetyczne obu uzwojeń wytwarzają przeciwnie skierowane strumienie magnetyczne, zachodzi więc zależność:

I

1

N

1

I

2

N

2

I N

1

w której: I - prąd magnesujący rdzeń.

Gdy w obwodzie wtórnym nastąpi przerwa, prąd I2 = 0 i wówczas:

I

1

N

1

I N

1

Ponieważ iloczyn I1N1 nie zmienił się - zwiększa się znacznie I wytwarzając w rdzeniu duży strumień magnetyczny. Strumień ten powoduje przegrzanie rdzenia oraz indukowanie w uzwojeniu wtórnym bardzo wysokiego napięcia. Napięcie to może wynosić nawet kilkadziesiąt kilowoltów. Wynika stąd, że

uzwojenia wtórnego przekładników prądowych nie wolno przerywać

. W razie konieczności wykonania przełączeń w obwodzie wtórnym przekładnika prądowego należy zewrzeć zaciski wyjściowe. W przekładnikach prądowych wyróżnia się następujące wielkości charakterystyczne:

• napięcie znamionowe UN

• znamionowy prąd pierwotny I_1N

• znamionowy prąd wtórny I2N

• klasę dokładności

• moc znamionową S2N

• liczbę przetężeniową n

• znamionowy prąd jednosekundowy I_t1

• znamionowy prąd szczytowy iNSZ

Ze względu na występowanie strumienia rozproszenia prąd wtórny I2 będzie różnić się nieco od oczekiwanej wartości, wynikającej z przekładni znamionowej. Różnica ta określa dokładność przekładnika prądowego i jest zwana błędem przekładni lub uchybem prądowym.

100 %

1 1 2

I I

n

I

I

Błąd ten na ogół jest określony w procentach. Prąd wtórny I2 wykonuje pewne niewielkie przesunięcie fazowe względem prądu I1. Przesunięcie to mierzone w minutach kątowych nazywa się błędem kątowym przekładnika prądowego.

Błąd przekładni ma wartości ujemne w przekładnikach, w których nie przeprowadzono korekty błędów, np. przez zmniejszenie liczby zwojów uzwojenia wtórnego.

Wiąże się to z występowaniem strumienia rozproszenia.

Przekładniki prądowe podzielono na klasy ze względu na wykazywane błędy.

Znormalizowano klasy: 0,2; 0,5; 1; 3; 5P i 10P. Dla każdej klasy są wyznaczone maksymalne graniczne wartości błędu przekładni i kątowego.

Ze względu na zależność błędów od impedancji obciążenia ten sam przekładnik może być zaliczony do kilku klas, przy różnych impedancjach obciążenia dla każdej klasy. Zamiast impedancji obciążenia Z_on (znamionowej dla danej klasy) na tabliczce znamionowej podaje się często moc znamionową Sn dla danej klasy.

S

n

I

₂²n

Z

on

Błędy przekładnika prądowego zmieniają się wraz z wartością prądu pierwotnego.

Przy prądzie I1 wielokrotnie większym od znamionowego, rdzeń przekładnika zaczyna się nasycać. Strumień magnetyczny zwiększa się w niewielkim stopniu, mimo znacznego przyrostu prądu pierwotnego. Błędy przekładnika wzrastają wtedy znacznie. Na tabliczce znamionowej przekładnika prądowego podaje się krotność prądu pierwotnego znamionowego, przy której błąd przekładni osiąga wartość 10%, zwaną liczbą przetężeniowa 10-procentową n1 0. Liczby przetężeniowe są zawarte praktycznie w przedziale 3...20.

1. Sprawdzenie oznaczenia zacisków

Prawidłowe oznaczenie zacisków przekładnika prądowego ma istotne znaczenie przy współpracy przekładnika z watomierzem, licznikiem energii, przekaźnikiem kierunkowym.

Przy poprawnym oznaczaniu zacisków kierunek przepływu prądu I₂ w obwodzie wtórnym odpowiada kierunkowi przepływu w obwodzie pierwotnym.

Sprawdzeniu podlega odpowiedniość zacisków, tj. czy zaciskowi K jest poprawnie przyporządkowany zacisk k. Stosowane są dwie metody sprawdzenia: metoda woltomierzowa, w której mierzy się spadek napięcia na uzwojeniu pierwotnym (lub wtórnym) oraz sum spadków napięcia na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym. Przy poprawnym oznaczeniu zacisków, suma spadków napięcia na obu uzwojeniach jest większa od spadku napięcia na jednym uzwojeniu. Metoda ta może być stosowana do przekładników prądowych o małej przekładni, gdzie spadki napięcia na obu uzwojeniach mają wartości, które można mierzyć na jednym zakresie pomiarowym woltomierza (np. pozostające w stosunku do siebie jak 1:10). Szersze zastosowanie ma metoda Scheringa, w której sprawdza się, czy przy dołączeniu źródła prądu stałego do przekładnika odpowiednie zaciski (K i k oraz L i l) mają taką samą biegunowość.

a) Metoda Scheringa.

Do przekładnika prądowego przyłącza się źródło prądu stałego o znanej biegunowości i woltomierz magnetoelektryczny z oznaczonymi zaciskami, jak na schemacie poniżej. Przy zamykaniu wyłącznika W wskazówka odchyli się w prawo, jeśli zaciski są oznaczone prawidłowo, jeśli w lewo to zaciski są oznaczone przeciwnie.

Schemat układu pomiarowego:

B - bateria, akumulator lub

zasilacz

prądu stałego (1,5...6 V), R - rezystor (1...10Ω).

b) Metoda woltomierzowa.

Układ pomiarowy połączyć jak na rysunku poniżej. Zaciski są oznaczone prawidłowo, jeśli napięcie między zaciskami K , L (lub k l ) będzie mniejsze niż między K l, przy przepływie prądu I1 przez przekładnik. Prąd I₁ powinien być mniejszy od prądu pierwotnego znamionowego, a czas przepływu ograniczony z uwagi na możliwość przegrzania rdzenia przekładnika prądowego.

Schemat układu pomiarowego:

2. Wyznaczanie przekładni oraz liczby przetężeniowej przekładnika prądowego

Dokładne sprawdzenie przekładni przekładnika prądowego, wraz z wyznaczeniem jego błędów i określeniem klasy dokładności, wykonuje producent za pomocą specjalnych mostków pomiarowych. Przybliżone sprawdzenie przekładni - z dokładnością zależną od użytych amperomierzy - może być wykonane w układzie przedstawionym poniżej. Schemat układu pomiarowego:

3. Pomiar rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji przekładnika prądowego.

Pomiary rezystancji uzwojeń umożliwiają wykrycie przerwy w uzwojeniach oraz wykrycie zwarć zwojowych (głównie w uzwojeniu pierwotnym o małej liczbie zwojów, gdzie zwarcie zwojowe powoduje dużą zmianę wartości rezystancji). Aby uniezależnić się od wpływu temperatury na wynik pomiaru, zmierzone wartości rezystancji przelicza się, sprowadzając je do umownej temperatury 75⁰C.

0 0

75

235

R 310 R

przy czym: ϑ0 - temperatura uzwojeń, R0 - rezystancja zmierzona.

Rezystancję uzwojeń mierzy się na ogół mostkiem Thomsona (małe wartości rezystancji).

Pomiary rezystancji izolacji wykonuje się najczęściej miernikiem izolacji o napięciu 500 V lub 1000 V dla przekładników prądowych niskiego napięcia i napięciu, co najmniej 2500 V dla przekładników wysokiego napięcia. Wartości minimalne rezystancji izolacji głównej (dla uzwojenia pierwotnego) wynoszą 1 MΩ na 1 kV napięcia znamionowego, a dla uzwojenia wtórnego 3...5 MΩ. Rezystancję izolacji mierzy się włączając miernik izolacji między:

- zacisk uzwojenia pierwotnego i rdzeń wraz z przyłączonym do niego uzwojeniem wtórnym,

- zacisk uzwojenia wtórnego i rdzeń wraz z przyłączonym do niego uzwojeniem pierwotnym.

Praca własna: Zapoznać się z materiałem. Odpowiedzieć na pytania i przesłać podpisaną do 28.04.2020 n/w e-mail

Pytania kontrolne

1. Podaj przykłady zastosowań przekładników prądowych i napięciowych.

2. Czy praca przekładnika prądowego przy rozwartym obwodzie wtórnym jest dopuszczalna?

– odpowiedź uzasadnij.

3. Po co uziemia się uzwojenie wtórne przekładników prądowych?

Informacja zwrotna: d.kubanek67@gmail.com

1. Apanel Jakub 2. Bylski Bartosz 3. Gołuch Adam 7. Jarząbek Andrzej 9. Kamiński Daniel 10. Kłyk Damian 11. Knieć Damian 15. Piątek Tomasz

17. Rozwadowski Adrian 18. Strauss Marcin

19. Szeląg Tomasz 22. Wołoszyński Kacper

.