Dobór przekładników prądowych do układów pomiarowych i zabezpieczeniowych

Transkrypt

1 mgr inż. Marcin Gołuszka EP Kraków S.A. mgr inż. Katarzyna Strzałka-Gołuszka F.P.. ELDES Kraków Dobór przekładników prądowych Dobór przekładników prądowych do układów pomiarowych i zabezpieczeniowych 1. Wprowadzenie Przekładniki prądowe są jednym z podstawowych elementów układów pomiarowych i zabezpieczeniowych. Są to przetworniki przeznaczone do zasilania przyrządów pomiarowych, mierników, przekaźników i innych podobnych aparatów, w których w normalnych warunkach pracy prąd wtórny jest praktycznie proporcjonalny do prądu pierwotnego, a jego faza różni się od fazy prądu pierwotnego o kąt bliski zeru. Standardowe przekładniki prądowe są jednofazowymi transformatorami z rdzeniem ferromagnetycznym wykonanym zwykle z taśm blach krzemowych zimnowalcowanych o niskiej stratności, pracującymi w warunkach znamionowych przy bardzo małej indukcji. W układach trójfazowych są stosowane odpowiednie układy połączeń przekładników prądowych. Zastosowanie przekładników prądowych umożliwia odizolowanie obwodów wtórnych z wymaganą dokładnością oraz ograniczenie elektrodynamicznych i cieplnych skutków pierwotnych prądów zwarciowych na stronę wtórną. W ostatnich latach dokonuje się duży postęp rozwoju zastosowań cyfrowych urządzeń pomiarowych i zabezpieczających stanowiących znacznie mniejsze obciążenia dla przekładników, w porównaniu ze stosowanymi wcześniej urządzeniami elektromechanicznymi. Wpływa to w istotny sposób na dobór przekładników prądowych do układów pomiarowych i zabezpieczeniowych. W niniejszym artykule przedstawiono podział i podstawowe parametry przekładników prądowych (PP), wymagania ogólne dotyczące przekładników prądowych stosowanych w układach pomiarowo-rozliczeniowych oraz zasady doboru PP przeznaczonych do układów pomiarowych i zabezpieczeniowych. 2. Podział przekładników prądowych Występuje bardzo duża różnorodność przekładników prądowych pod względem ich wykonania. Różnice w budowie wynikają z szeregu aspektów, które wpływają na konstrukcję uzwojeń i rdzenia oraz technologię układu izolacyjnego PP. Nr 161 9

2 Poniżej przedstawiono najczęściej spotykany podział PP: Z punktu widzenia przewidywanych warunków pracy w miejscu zainstalowania PP dzieli się na: wnętrzowe, napowietrzne. Z punktu widzenia liczby rdzeni PP dzieli się na: jednordzeniowe, wielordzeniowe. Z punktu widzenia sposobu instalowania PP dzieli się na: wsporcze, przepustowe, szynowe. Z punktu widzenia znamionowego prądu wtórnego PP dzieli się na przekładniki o prądzie: 5 A, 1 A. Z punktu widzenia wytrzymałości zwarciowej PP rozróżnia się wykonania: zwykłe, o zwiększonej wytrzymałości zwarciowej. Z punktu widzenia przeznaczenia PP dzieli się na przeznaczone do zasilania: obwodów pomiarowych, zabezpieczeń przekaźnikowych, obwodów pomiarowo-przekaźnikowych. Norma [6] dzieli przekładniki prądowe na: przekładniki do pomiarów, przekładniki do zabezpieczeń. Przekładniki prądowe pomiarowe stosuje się do zasilania przyrządów pomiarowych (amperomierzy, mierników mocy, mierników cosφ, liczników energii). Wymaga się od nich dokładnej transformacji prądu, ale tylko w zakresie 0,2 1,2 prądu znamionowego. Dokładność określana jest klasą przekładnika, podającą wartości błędu prądowego przy znamionowym prądzie i znamionowym obciążeniu. Przekładniki pomiarowe powinny zapewniać ochronę przyłączonych do nich przyrządów przy przewężeniach poprzez nasycenie rdzenia ferromagnetycznego i wzrost prądu magnesowania. Przekładniki do zabezpieczeń stosuje się do zasilania układów zabezpieczeń przekaźnikowych. Powinny one zapewnić względnie poprawną transformację prądów znacznie większych od znamionowych, gdyż takimi są prądy zwarciowe, przy których zabezpieczenia powinny działać poprawnie. Zakres tej poprawnej transformacji wyznacza znamionowy graniczny prąd pierwotny. 10

3 3. Podstawowe parametry przekładników prądowych Dobór przekładników prądowych Do podstawowych parametrów przekładników prądowych norma [6] zalicza: napięcie znamionowe izolacji (U ni ) czyli skuteczna wartość napięcia międzyprzewodowego, do którego dostosowana jest oznaczona izolacja przekładnika; znamionowy prąd pierwotny ( pn ) wartość prądu pierwotnego, do którego odniesiona jest praca przekładnika. Znormalizowane wartości tych prądów to: 10-12, A ich dziesiętne krotności (wartości zalecane pogrubiono); znamionowy prąd wtórny ( sn ) wartość prądu wtórnego, do którego odniesiona jest praca przekładnika. Znormalizowane wartości tych prądów to: A (pogrubiono wartość zalecaną). W przekładnikach przeznaczonych do łączenia w trójkąt powyższe wartości podzielone przez 3 są również wartościami znormalizowanymi; znamionowa przekładnia zwojowa stosunek liczby zwojów pierwotnych do liczby zwojów wtórnych; pn K n = (1) sn przekładnia rzeczywista stosunek rzeczywistego prądu pierwotnego do rzeczywistego prądu wtórnego: p K r = (2) s moc znamionowa (S a ) wartość mocy pozornej (w VA przy określonym współczynniku mocy), którą przekładnik jest zdolny zasilić obwód wtórny przy znamionowym prądzie i obciążeniu znamionowym. Znormalizowane wartości mocy znamionowych to: 2, VA. Wartości większe mogą być stosowane w razie potrzeby; obciążenie przekładnika (Z s ) impedancja obwodu wtórnego przy określonym współczynniku mocy. Obciążenie zwykle wyrażane jest jako moc pozorna w VA, przy określonym współczynniku mocy; klasa dokładności określa dopuszczalne błędy przekładnika prądowego. Znormalizowane klasy dokładności PP pomiarowych: 0,1-0,2-0, ; zabezpieczeniowych: 5P i 10P. Norma [6] wyszczególnia również PP pomiarowe do specjalnych zastosowań o klasach: 0,2S i 0,5S. Dopuszczalne wartości błędów prądowych i kątowych zależą od wartości prądu pierwotnego (Tabela 1-4); Nr

4 Tabela 1. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników do pomiarów (klasa 0,1 1) [6]. Klasa dokładności 12 0,1 0,2 0,5 1 Procentowy błąd prądowy (przekładni) przy podanych poniżej procentowych wartościach prądu znamionowego (±) Błąd kątowy przy podanych niżej procentowych wartościach prądu znamionowego (±) minuty centyradiany 5% 20% 100% 120% 5% 20% 100% 120% 5% 20% 100% 120% 0,4 0,75 1,5 3,0 0,2 0,35 0,75 1,5 0,1 0,2 0,5 1,0 0,1 0,2 0,5 1, ,45 0,9 2,7 5,4 0,24 0,45 1,35 2,7 Tabela 2. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników do pomiarów dla specjalnych zastosowań [6]. Klasa dokładności 0,2 S 0,5 S Procentowy błąd prądowy (przekładni) przy podanych poniżej procentowych wartościach prądu znamionowego (±) 0,15 0,3 0,9 1,8 0,15 0,3 0,9 1,8 Błąd kątowy przy podanych niżej procentowych wartościach prądu znamionowego (±) minuty centyradiany 1% 5% 20% 100% 120% 1% 5% 20% 100% 120% 1% 5% 20% 100% 120% 0,75 1,5 0,35 0,75 0,2 0,5 0,2 0,5 0,2 0, ,9 2,7 0,45 1,35 Tabela 3. Granice błędu prądowego przekładników do pomiaru klasy 3 i 5 (dla tych klas nie określa się granic błędu kątowego) [6]. Klasa dokładności 3 5 0,3 0,9 0,3 0,9 Procentowy błąd prądowy (przekładni) przy podanych poniżej procentowych wartościach prądu znamionowego, + lub 50% 120% Tabela 4. Granice błędu przekładników do zabezpieczeń [6]. Klasa dokładności 5P 10P Błąd prądowy przy znamionowym prądzie pierwotnym 3 5 Błąd kątowy przy znamionowym prądzie pierwotnym 3 5 0,3 0,9 Błąd całkowity przy znamionowym granicznym prądzie pierwotnym % minuty centyradiany % ±1 ±3 ±60 błąd prądowy (błąd przekładni) błąd, który przekładnik wprowadza do pomiaru prądu, wynikający z tego, że przekładnia rzeczywista nie jest równa przekładni znamionowej. Jest on określany wzorem: K n s p % = 100% (3) p ±1,8 5 10

5 K n przekładnia znamionowa, p rzeczywisty prąd pierwotny, s rzeczywisty prąd wtórny; błąd kątowy (δ i ) kąt fazowy między odwróconym wektorem prądu wtórnego s a wektorem prądu pierwotnego p. Błąd ten jest dodatni, jeżeli odwrócony wektor prądu wtórnego wyprzedza wektor prądu pierwotnego; błąd całkowity jest wartością skuteczną różnicy wartości chwilowych: prądu wtórnego i s, przemnożonego przez przekładnię znamionową oraz prądu pierwotnego i p wyrażoną w procentach: T ε c = ( K nis ip ) dt (4) p T 0 K n przekładnia znamionowa, p wartość skuteczna prądu pierwotnego, i p wartość chwilowa prądu pierwotnego, i s wartość chwilowa prądu wtórnego, T czas trwania jednego okresu; znamionowy krótkotrwały prąd cieplny ( th ) wartość skuteczna prądu pierwotnego, którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać przez 1 s bez uszkodzenia (w zależności od konstrukcji przekładnika th wynosi (60-250) pn ); znamionowy prąd dynamiczny (i dyn ) wartość szczytowa prądu pierwotnego, którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać bez uszkodzenia elektrycznego lub mechanicznego w wyniku działania sił elektromagnetycznych (przeważnie i dyn = 2,5 th ); znamionowy długotrwały prąd cieplny ( cth ) wartość prądu, który może trwale płynąć w uzwojeniu pierwotnym, przy znamionowym obciążeniu uzwojenia wtórnego, bez wzrostu temperatury ponad dopuszczalną wartość. Przekładniki o klasach dokładności od 0,1 do 1 mogą być oznaczone jako przekładniki o rozszerzonym zakresie prądowym, jeżeli spełniają następujące dwa wymagania [6]: znamionowy długotrwały prąd cieplny jest znamionowym prądem pierwotnym rozszerzonego zakresu, wyrażonym w procentach znamionowego prądu pierwotnego; granice błędów prądowego i kątowego przypisane do 120% znamionowego prądu pierwotnego, podane w tabeli 2, są zachowane do wartości znamionowego prądu pierwotnego rozszerzonego zakresu. Jako znormalizowane wartości znamionowego prądu pierwotnego rozszerzonego zakresu norma [6] określa 120%, 150% i 200% znamionowego prądu pierwot- Nr

6 nego. Zalecane przez normę [6] oznaczenia zacisków przekładników prądowych przedstawiono na rys. 1. a) b) P1 P2 P1 P2 S1 S2 S1 S2 S3 c) d) C1 C2 P1 P2 P1 S1 S2 P2 1S1 1S2 2S1 2S2 S 1 S 1 S 2 S Rys. 1. Oznaczenia zacisków PP pierwotne P, C; wtórne S, a) przekładnik jednoprzekładniowy, b) przekładnik z zaczepem w uzwojeniu wtórnym, c) przekładnik z uzwojeniem pierwotnym o dwu sekcjach do łączenia szeregowego lub równoległego, d) przekładnik z dwoma uzwojeniami wtórnymi, każde na własnym rdzeniu Do 1994 r. stosowane były oznaczenia K i L dla zacisków pierwotnych oraz k i l dla zacisków wtórnych. Norma [6] wprowadza dodatkowe pojęcia dla przekładników prądowych do układów pomiarowych oraz dla przekładników prądowych do układów zabezpieczeniowych. W odniesieniu do przekładników prądowych do pomiarów zdefiniowano dodatkowo: znamionowy prąd pierwotny bezpieczny przyrządu ( pl ) wartość skuteczna minimalnego prądu pierwotnego, przy którym błąd całkowity przekładnika prądowego do pomiarów jest równy lub większy niż 10% przy obciążeniu znamionowym; współczynnik bezpieczeństwa przyrządu (FS) dawniej liczba przetężeniowa stosunek znamionowego prądu pierwotnego bezpiecznego przyrządu do znamionowego prądu pierwotnego (rys. 2): pl FS = (5) pm 14

7 Rys. 2. Krzywe zależności prądu wtórnego od prądu pierwotnego przekładników prądowych o współczynniku bezpieczeństwa FS5 oraz FS10 [2] Krotności prądów równe współczynnikowy FS odpowiadają warunkom, w jakich indukcja w rdzeniu jest bliska wartości, przy której następuje przegięcie charakterystyki magnesowania, praktycznie przetężenia o krotnościach większych niż współczynnik FS nie powodują istotnego zwiększenia prądu po stronie wtórnej. Z kolei w odniesieniu do przekładników prądowych do zabezpieczeń zdefiniowano dodatkowo: znamionowy graniczny prąd pierwotny ( pg ) wartość skuteczna prądu pierwotnego, do której przekładnik spełnia wymagania w zakresie błędu całkowitego; współczynnik graniczny dokładności (K G ) stosunek znamionowego granicznego prądu pierwotnego do znamionowego prądu pierwotnego: pg K G = (6) pn Norma [6] wprowadza dwie klasy przekładników przeznaczonych do zasilania zabezpieczeń: 5P oraz 10P. Znormalizowane wartości współczynnika K G to: , natomiast wartości graniczne błedów podano w tabeli 4. Zakłada się przy tym, że przekładniki obciążone są impedancją znamionową o współczynniku mocy 0,8 (indukcyjnym). Tak więc znamionowo obciążony przekładnik transformuje prąd pierwotny z względnie dobrą dokładnością, póki nie przekroczy wartości pg. Przekroczenie granicznego prądu pierwotnego pg powoduje pojawienie się znacznym błędów wywołanych nasyceniem rdzenia ferromagnetycznego. Zmniejszenie impedancji obciążającej uzwojenie wtórne przekładnika pozwala na powiększenie tego zakresu. Przekładniki prądowe klasyfikuje się w trzech kategoriach temperaturowych (tabela 5). Nr

8 Tabela 5. Kategorie temperaturowe PP [6] 16 Kategoria Minimalna temperatura C Maksymalna temperatura C -5/40-25/40-40/ Przyrost temperatury PP podczas przepływu znamionowego prądu pierwotnego, przy obciążeniu znamionowym o współczynniku mocy równym jedności, nie powinien przekraczać dopuszczalnych wartości uzależnionych od klasy izolacji podanych w normie [6]. 4. Wymagania ogólne dotyczące układów pomiarowo-rozliczeniowych Wymagania dotyczące układów pomiarowo-rozliczeniowych podaje Rozporządzenie systemowe MG z r., które w Załączniku nr 1 w rozdziale w punkcie 2 podpunkcie 4) wprowadza dla odbiorców o mocy pobieranej nie mniejszej niż 40 kw i nie większej niż 800 kw (wyłącznie) lub rocznym zużyciu energii elektrycznej nie mniejszym niż 200 MWh i nie większym niż 4 GWh (wyłącznie) wymaganie, aby: 1) przekładniki prądowe i napięciowe w układach pomiarowo-rozliczeniowych powinny mieć rdzenie uzwojenia pomiarowego o klasie dokładności nie gorszej niż 1 (zalecana klasa 0,5) służące do pomiaru energii czynnej, 2) liczniki energii elektrycznej w układach pomiarowo-rozliczeniowych powinny mieć klasę dokładności nie gorszą niż 1 dla energii czynnej i nie gorszą niż 2 dla energii biernej, 3) układy pomiarowo rozliczeniowe powinny umożliwiać rejestrowanie i przechowywanie w pamięci pomiarów mocy czynnej w okresach od 15 do 60 minut w czasie określonym przez operatora systemu dystrybucyjnego elektroenergetycznego, nie dłużej jednak niż przez dwa okresy rozliczeniowe. Układy te powinny także automatycznie zamykać okres rozliczeniowy, 4) układy pomiarowo-rozliczeniowe powinny umożliwiać transmisję danych pomiarowych nie częściej niż raz na dobę. Nie wymaga się dostarczania danych o mocy pobieranej i energii biernej. W załączniku tym podano również w punkcie 3, że dodatkowe wymagania w zakresie układów pomiarowo-rozliczeniowych powinna określać instrukcja. Poniżej podano dodatkowe wymagania dotyczących przekładników prądowych i liczników montowanych w rozliczeniowych układach pomiarowych: liczniki montowane w rozliczeniowych układach pomiarowych muszą być legalizowane i posiadać ważną cechę legalizacyjną, w rozliczeniowych układach pomiarowych należy montować tylko legalizowane przekładniki prądowe, które dostarcza i montuje w układzie pomiarowym odbiorca, przed montażem rozdzielnic i instalacją w nich przekładników należy przekładniki prądowe rozliczeniowych układów pomiarowych dostarczyć do sprawdze

9 Nr 161 Dobór przekładników prądowych nia do Oddziału Pomiarów Wydziału Technicznej Obsługi Klientów Zakładu Energetycznego, przekładniki pomiarowe należy łączyć w układ połączeń gwiazda. Obwody wtórne przekładników należy uziemić: w przekładnikach prądowych należy uziemiać początki uzwojeń wtórnych, przekładniki prądowe niskiego napięcia powinny być osłonięte niepalną przeźroczystą płytą z tworzywa sztucznego, przystosowaną do plombowania, ze względu na konieczność wyprowadzenia bezpośrednio zza przekładników prądowych nn obwodów napięciowych układu pomiarowego wskazany jest wybór tych przekładników w rozwiązaniu szynowym, tabliczki znamionowe przekładników powinny być fabrycznie trwale przymocowane do przekładników, np. poprzez nitowanie albo poprzez ich odciśnięcie w materiale izolacyjnym, którym przekładniki prądowe są pokryte. Tabliczki te nie powinny być papierowe, przeklejane do przekładników. Przekładniki montowane w rozliczeniowych układach pomiarowych powinny być przekładnikami jednordzeniowymi, przekładniki w rozliczeniowych układach pomiarowych powinny posiadać tabliczki przyłączeniowe, przekładniki prądowe i napięciowe w rozliczeniowych układach pomiarowych nie powinny mieć po stronie uzwojeń wtórnych przyłączonych innych przyrządów poza przyrządami stanowiącymi elementy układu pomiarowego, moc przekładników prądowych i napięciowych powinna być dobrana prawidłowo do obciążenia ich obwodów wtórnych, tak aby obciążenie to nie było mniejsze niż 25% i większe niż 100% ich mocy znamionowej. Nie jest dopuszczalne dociążanie obwodów wtórnych przekładników pomiarowych rezystorami mocy. Moc przekładników powinna być prawidłowo dobrana do obciążenia ich obwodów wtórnych, przy doborze przekładników prądowych należy uwzględniać dopuszczalne 20% trwałe przeciążenie przekładników, przekładniki prądowe nie mogą pracować bez obciążeń, gdyż grozi to przegrzaniem rdzenia oraz przebiciem izolacji uzwojenia, w przekładnikowych obwodach pomiarowych należy umieszczać licznik energii i mocy czynnej oraz liczniki energii biernej. W przypadku zastosowania w instalacji elektrycznej odbiorcy kompensacji mocy biernej należy obwód pomiarowy rozbudować dodatkowo o drugi licznik energii biernej, obwody napięciowe pośrednich i półpośrednich układów pomiarowych (przekładnikowych układów pomiarowych) należy wprowadzać zza przekładników prądowych. Między licznikami przekładnikowych układów pomiarowych obwody napięciowe należy prowadzić z zacisków jednego licznika na zaciski drugiego licznika. Ostatnim elementem takiego obwodu ma być układ kontrolny objętości napięcia, do którego przewody fazowe doprowadza się z ostatniego licznika układu pomiarowego, a przewód zerowy z licznika energii czynnej, jeżeli układ pomiarowy ma licznik kontrolny energii czynnej, z tego licznika, 17

10 w przekładnikowych układach pomiarowych obwody prądowe między pierwszymi dwoma licznikami należy prowadzić poprzez listwę Ska, a jeżeli obwód pomiarowy składa się z 3 lub 4 liczników, kolejne dodatkowe liczniki należy łączyć bezpośrednio w szereg, należy dołączyć do tego, by przewody obwodów prądowych układu pomiarowego pomiędzy przekładnikami prądowymi a listwą pomiarowo-kontrolną były jak najkrótsze, liczniki elektroniczne i obwody sumujące należy synchronizować za pomocą zegarów frankfurckich. Montowane w obwodach pomiarowych listwy Ska powinny posiadać przezroczystą osłonę zacisków, w przypadku układów pomiarowych, w których montowane są liczniki impulsowe lub obwody sterujące, należy umożliwić zdalną transmisję danych, tj. w pobliże układu sterującego należy doprowadzić komutowaną linię (numer telefoniczny automatyczny, załączony przez całą dobę) i zamontować modem, przez który odbywałoby się przesyłanie danych do ZE, oprzewodowanie układu pomiarowego należy wykonać jednożyłowymi przewodami miedzianymi typu DY 2,5 mm 2 w izolacji kolorowej, innego koloru (o kolorach przewidzianych przez PN) dla poszczególnych faz. Przewody doprowadzane do listwy Ska powinny być ciągłe, niedopuszczalne są żadne elementy pośredniczące. Przewody te należy prowadzić w rurkach osłonowych, oddzielnie przewody napięciowe, oddzielnie przewody prądowe, w sposób umożliwiający łatwą kontrolę i łatwy do nich dostęp. Dla odległych połączeń między przekładnikami a listwą Ska, jeżeli wyraźnie zmniejsza to straty mocy w przewodach prądowych, dopuszcza się połączenia wykonane przewodami DY o przekroju żyły 4 mm 2. Poniżej przedstawiono podstawowe zasady doboru: Układ połączeń przekładników: W zależności od potrzeb przekładniki prądowe instalowane w sieciach trójfazowych mogą pracować w różnych układach połączeń. W tabeli 6 przedstawiono podstawowe układy połączeń PP stosowane zarówno w systemach pomiarowych, jak i zabezpieczeniowych oraz wzory do wyznaczania obciążenia strony wtórnej przekładników w różnych stanach pracy układu. Tabela 6. Najczęściej stosowane układy połączeń przekładników prądowych i wzory do obliczania obciążenia strony wtórnej w różnych stanach pracy. Lp. 1 Układ gwiazdowy: Układ połączeń Stan układu praca normalna Obciążenie strony wtórnej Współczynnik schematu zwarcie 1-fazowe 18 zwarcie 3-fazowe

11 Lp. Układ połączeń 2 Układ gwiazdowy z aparatami w dwóch fazach: Stan układu praca normalna zwarcie 3-fazowe Obciążenie strony wtórnej Współczynnik schematu 3 Układ niepełnej gwiazdy: praca normalna zwarcie 3-fazowe L1-L3 L1-L2 lub L2-L3 zwarcie 1-fazowe L1-N lub L3-N za trafo o grupieyd 4 Układ trójkątowy: praca normalna zwarcie 1-fazowe zwarcie 3-fazowe 5 Układ krzyżowy: praca normalna zwarcie 3-fazowe 6 Układ pojedynczy: L1-L3 L1-L2, L2-L3 praca normalna zwarcie 1-fazowe zwarcie 3-fazowe 7 Układ Holmgreena: zwarcie 1-fazowe Nr

12 Napięcie znamionowe izolacji U ni : Napięcie znamionowe izolacji powinno spełniać warunek: 20 U (7) ni U ns U ns napięcie znamionowe sieci Znamionowy prąd pierwotny pn : Znamionowy prąd pierwotny przekładnika prądowego powinien być dobrany zgodnie z zależnością: pn rmax (8) lub w przypadku dopuszczenia 20-procentowego trwałego przeciążenia przekładnika 1,2 pn rmax (9) rmax prąd roboczy maksymalny. Znamionowy prąd wtórny sn : Przekładniki prądowe budowane są zazwyczaj na znamionowy prąd wtórny 5 A. W szczególnych przypadkach na przykład przy bardzo dużej odległości pomiędzy przekładnikami a przyłączonymi do nich aparatami oraz do zasilania obwodów automatyki należy stosować przekładniki o prądzie znamionowym wtórnym równym 1 A lub 2 A. Klasa dokładności: Klasę dokładności przekładników prądowych pomiarowych dobiera się w zależności od przeznaczenia układów pomiarowych i zasilanej aparatury pomiarowej. W tabeli 7 zestawiono wymagane przez obowiązujące Rozporządzenie systemowe [8], klasy dokładności przekładników prądowych w zależności od przeznaczenia układów pomiarowych. Tabela 7. Wymagane klasy dokładności przekładników prądowych w zależności od zasilanej aparatury pomiarowej [3]. Rodzaj aparatury pomiarowej Wymagana klasa dokładności liczniki do rozliczeniowego pomiaru energii 0,2; 0,5 mierniki kontrolne: liczniki amperomierze, watomierze, waromierze, fazomerze, rejestratory 1 wskaźniki prądu 3 Moc znamionowa S n : Moc znamionowa przekładnika prądowego 2 S = Z Z n znamionowa impedancja obciążeniowa przekładnika. n sn n (10)

13 Dla zapewnienia znamionowej klasy dokładności przekładnika zastosowanego w układzie pomiarowym, norma [6] wymaga, aby obciążenie wtórne (S n ) spełniało warunek: 0,25 Sn Ss Sn (11) S n obciążenie znamionowe przekładnika [VA]. Obciążenie strony wtórnej przekładnika S s w VA w zależności od układu połączeń przekładników i stanu pracy układu wyznaczyć należy według wzorów podanych w tabeli 6. We wzorach tych S p to strata mocy w przewodzie łączącym PP z przyrządami pomiarowymi określana ze wzoru: 2 Sp sn p R p rezystancja przewodu obliczona z zależności: = R (12) l R p = [ Ω] (13) δ S w której: l długość przewodu w m, δ konduktywność materiału przewodowego dla miedzi δ = 54 [m/ω mm 2 ], S przekrój przewodu w mm 2. Przy wyznaczaniu obciążenia strony wtórnej przekładników prądowych należy uwzględnić R z powiększając rezystancję każdego z przewodów R p o ok. 0,05 Ω. S ap moc aparatów przyłączonych do uzwojenia wtórnego, k s stosunek prądu płynącego przez przyrząd do prądu płynącego przez uzwojenie wtórne PP. Pobory mocy przez przyrządy pomiarowe i przekaźniki przyłączone do uzwojenia wtórnego PP podane są w tabeli 8. Tabela 8. Pobór mocy przez przyrządy pomiarowe oraz obwody wejściowe przekaźników [1]. Zapotrzebowanie na moc na wejściu Typ Rodzaj przekaźnika prądowym [VA] napięciowym [VA] Pomiar prądu (ruchome żelazo) 0,1 0,6 Pomiar napięcia (ruchome żelazo) 0,9 4 Miernik mocy czynnej 3,8 1,4 Elektromechaniczne Miernik cosφ 2 4,4 Przekaźnik nadprądowy Przekaźnik odległościowy (SN) Przekaźnik odległościowy (WN) Nr

14 Statyczne Cyfrowe 22 Typ Rodzaj przekaźnika Zapotrzebowanie na moc na wejściu prądowym [VA] Przekaźnik nadprądowy 0,1 6 Przekaźnik różnicowy 4 11 napięciowym [VA] Przekaźnik odległościowy 0,35 1,35 15 Przekaźniki zabezpieczeniowe i mierniki 0,05 0,1 (1A CT) ~0,3 (5A CT) 0,1 0,3 Współczynnik bezpieczeństwa: Przekładniki pomiarowe powinny zapewniać ochronę przyłączonych do ich strony wtórnej aparatów przy przewężeniach. Poziom tej ochrony wyznacza współczynnik bezpieczeństwa FS. Przekładniki w obwodach zasilających mierniki powinny mieć małe współczynniki FS5 lub FS10, aby niezależnie od wartości prądu pierwotnego prąd po stronie wtórnej był relatywnie mały, gdyż przy występujących krotnościach prądu pierwotnego indukcja w rdzeniu osiąga wartość odpowiadającą przegięciu charakterystyki magnesowania. Rzeczywista wartość współczynnika FS (oznaczana N B ) zależy od obciążenia strony wtórnej przekładnika według zależności: SN + Swp NB = N N (14) Ss + Swp N N współczynnik bezpieczeństwa FS znamionowy, S N moc znamionowa przekładnika, S s obciążenie strony wtórnej przyłączone do zacisków przekładnika, S wp moc własna przekładnika powodowana impedancją uzwojeń równa (0,05 0,20) S N. Przy obciążeniu przekładnika mocą S s < S N współczynnik FS zwiększa swoją wartość, a więc przyrządy są słabiej chronione przed zniszczeniem. Z kolei dla S s > S N współczynnik FS zmniejsza swoją wartość, co wpływa na lepszą ochronę przyrządów, ale ulegają powiększeniu błędy związane z transformacją prądu pierwotnego. Znamionowy prąd cieplny: Znamionowy prąd cieplny th przekładnika określony jako krotność prądu znamionowego pierwotnego PP określa jego wytrzymałość cieplną zwarciową jednosekundową. Powinien on spełniać warunek: th zastępczy prąd zwarciowy cieplny, T k czas trwania zwarcia. T th(n 1) th k (15)

15 Nr 161 Dobór przekładników prądowych Znamionowy prąd dynamiczny: Znamionowy prąd dynamiczny i dyn przekładnika określony jako krotność znamionowego prądu cieplnego lub prądu znamionowego pierwotnego PP określa jego wytrzymałość zwarciową dynamiczną i powinien spełniać warunek: i p udarowy prąd zwarciowy. idyn i p (16) 5. Dobór przekładników prądowych do układów pomiarowych Do zasilania przyrządów pomiarowych (amperomierzy, watomierzy, liczników energii i mierników cosφ) stosowane są przekładniki prądowe pomiarowe, charakteryzujące się wysoką dokładnością transformacji przy wartościach prądów pierwotnych zbliżonych do znamionowych. Przy doborze przekładników prądowych pomiarowych, oprócz ustalenia typu i rodzaju wykonania przekładnika, należy określić i dobrać: układ połączeń przekładników, najwyższe dopuszczalne napięcie przekładnika, znamionowy prąd pierwotny, znamionowy prąd wtórny, klasę dokładności, moc znamionową, współczynnik bezpieczeństwa, znamionowy prąd cieplny, znamionowy prąd dynamiczny. 6. Dobór przekładników prądowych do układów zabezpieczeniowych Przekładniki prądowe stosowane do zasilania układów zabezpieczeń powinny charakteryzować się dużą dokładnością transformacji prądów głównie w stanach dużych przetężeń oraz przy przebiegach odkształconych. Podstawowe parametry przekładników zabezpieczeniowych dobiera się identycznie jak dla przekładników pomiarowych wg zasad podanych wyżej w rozdziale 5. Różnice w zasadach doboru dotyczą klasy dokładności PP w stanach przetężeniowych. Norma [6] wprowadza dwie klasy przekładników prądowych przeznaczonych do zasilania zabezpieczeń: klasę 5P oraz 10P oraz pięć znormalizowanych wartości granicznego współczynnika dokładności KG wynoszące: i 30. Przykładowo, jeśli K G = 20 przy klasie 10P, co oznacza się jako 10P20, przy prądzie pierwotnym wynoszącym PG = 20 pn, błąd całkowity przekładnika nie przekroczy 10%. Przy przekroczeniu wartości prądu PG następuje znaczny wzrost błędu przekładnika, ze względu na nasycenie rdzenia ferromagnetycznego. Wielkość błędu zależy też od obciążenia strony wtórnej przekładnika i przy zmniejszeniu się tego obciążenia następuje powiększenie jego zakresu. 23

16 Właściwy dobór PP do zabezpieczeń zależy zarówno od spodziewanego prądu zwarciowego w obwodzie, jak i od typu zabezpieczenia. Poniżej przedstawiono zasady wyznaczania współczynnika granicznego dokładności (K G ) przekładników prądowych oraz doboru jego klasy w zależności od zasilanego typu zabezpieczenia [4]: Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne lub bezzwłoczne (odcinające) klasa dokładności przekładników prądowych 10P r Zsr KG 1, 5 (17) Z Zabezpieczenie nadprądowe ziemnozwarciowe przyłączone do układu Holmgreena klasa przekładników prądowych 5P r Zsr KG 1, 5 (18) Z Zabezpieczenia różnicowe klasa przekładników prądowych 10P ' pm Zsr 1,25 K t KG Z 1 1,5 K pn Zabezpieczenia odległościowe klasa przekładników prądowych 5P pm Zsr KG 1, 5 (20) pn Zsn r prąd rozruchowy zabezpieczenia, pn prąd znamionowy pierwotny PP, sn prąd znamionowy wtórny przekładników prądowych, pm składowa początkowa prądu zwarciowego wyznaczona dla najniekorzystniejszych warunków zwarciowych poza strefą chronioną, Z sr rzeczywista impedancja obwodu wtórnego, Z sn znamionowa impedancja obwodu wtórnego, Z sr zastępcza całkowita impedancja gałęzi wzdłużnej, K t współczynnik przejściowy (w praktyce K t = 10), K r współczynnik pozostałości magnetycznej (w praktyce K r = 0,3). Norma [7] podaje specjalne wymaganie, jakie muszą spełniać przekładniki prądowe przeznaczone do pracy w stanach przejściowych. Wyróżnia się trzy klasy: Klasa TPX przekładniki o rdzeniu zamkniętym, którego przekrój jest duży; Klasa TPY przekładniki o rdzeniach z niewielkimi szczelinami powietrznymi; Klasa TPZ przekładniki linearyzowane z rdzeniami, w których występują duże poprzeczne szczeliny powietrzne. sn sn sn sn sn r (19) 24

17 Dobór PP o odpowiedniej mocy znamionowej odgrywa aktualnie dużą rolę, ze względu na coraz powszechniejsze stosowanie w miejsce przyrządów i przekaźników elektromechanicznych charakteryzujących się znacznym poborem mocy, przyrządów i przekaźników cyfrowych o znacznie niższym poborze mocy. Stosowanie więc przekładników o dużej mocy (np. 30 VA) przy obciążeniu ich nowoczesnymi aparatami cyfrowymi o małym poborze mocy może skutkować naruszeniem wymagań dotyczących klasy dokładności. Błąd transformacji przekładnika prądowego zależy od wartości mierzonego prądu pierwotnego oraz od mocy pobieranej po stronie wtórnej przekładnika. Szczegółowe omówienia wpływu stosowania nowoczesnych urządzeń pomiarowych i zabezpieczeniowych na dobór przekładników prądowych przedstawiono w [1]. 7. Literatura 1. Bachry A., Braisch D.: Dobór przekładników prądowych. Wiadomości Elektrotechniczne, nr 9, 2011 r., str Borowik L., Czaja P.: Parametry przekładników prądowych. Śląskie Wiadomości Elektryczne. Nr 2, 2012 r., str Czaja P.: Dobór przekładników prądowych do pomiarów zabezpieczeń. Śląskie Wiadomości Elektryczne. Nr 2, 2012r., str Kuśmierek Z., Groszek S.: Technika pomiarów i badań urządzeń elektroenergetycznych, WNT, Warszawa Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa 2001 r. 6. Norma PN-EN :2000, A1:2003, A2:2004 Przekładniki. Przekładniki prądowe. 7. Norma PN-EN :2000 Przekładniki Wymagania dotyczące przekładników prądowych do zabezpieczeń w stanach przejściowych. 8. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. nr 93, 623 z późn. zm.). 9. Strojny J., Strzałka J.: Projektowanie urządzeń elektroenergetycznych. Skrypt AGH, Kraków Ustawa Prawo Energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 r. (Dz. U. nr 89 z 2006 r. poz. 625 z późn. zm.). 11. Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych, WNT, Warszawa 2004 r. 12. Wiszniewski A.: Przekładniki w elektroenergetyce, WNT, Warszawa 1992 r. Nr