UKŁAD DO WZORCOWANIA MIERNIKÓW IMPEDANCJI PĘTLI ZWARCIOWEJ

Transkrypt

1 eszyty Naukoe Wydziału lektrotechniki i Autoatyki Politechniki Gdańskiej Nr 21 XV Seinariu ASTOSOWANI KOMPTÓW W NAC I TCHNIC 25 Oddział Gdański PTTiS KŁA O WOCOWANIA MINIKÓW IMPANCJI PĘTLI WACIOWJ Anna GOLIJANK-JĘJCYK yszard OSKOS Politechnika Gdańska ul. G. Narutoicza 11/ Gdańsk tel. (58) fax (58) e-ail: rroszkosz@ely.pg.gda.pl Mierniki ipedancji pętli zarcioej stosoane są do spradzania skuteczności ochrony przeciporaŝenioej sieciach niskiego napięcia. nane układy i urządzenia do zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej ają ograniczenia ynikające ze skończonej artości ipedancji enętrznej źródeł zasilania. W artykule przedstaiono sposób i układ uoŝliiający dokładne zorcoanie iernikó ipedancji naet o ały zakresie poiaroy. 1. WPOWANI Probleatyka zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej jest istotna głónie ze zględu na to Ŝe na podstaie poiaru artości ipedancji ocenia się skuteczność ochrony przeciporaŝenioej. latego teŝ tak aŝne jest aby spradzanie przyrządu zostało przeproadzone z yaganą dokładnością [1] co jest trudne złaszcza dla iernikó ipedancji pętli o ałych zakresach poiaroych poniŝej 5Ω. Przepisy [1] zalecają spradzanie iernikó ipedancji układzie który stosuje się jako źródło zasilania transforator o ocy nie niejszej niŝ 4 kva o napięciu fazoy 22V ± 22V przekładni 1:1 przyłączony do sieci TN. Przyrząd spradzany połączony szeregoo z zorcoy rezystore dekadoy i z indukcyjną ceką poietrzną poinien być łączony iędzy przeód fazoy a ochronny. Jednocześnie zaleca się aby rozdzielczość zorca była o jeden rząd lepsza niŝ spradzanego iernika ipedancji a ipedancja zorcoa pozalała przesunąć prąd zględe napięcia o kąt zakresie iędzy ϕ 6.Wzorcoanie iernika ipedancji pętli polega na porónaniu artości zierzonych z zorcoyi ustalonych punktach kontrolnych na szystkich zakresach poiaroych i na tej podstaie yznaczeniu błędu podstaoego. W przypadku gdy aksyalna artość błędu podstaoego będzie niejsza od błędu dopuszczalnego iernik zostaje dopuszczony do uŝytku. Metoda ta nie uzględnia ipedancji transforatora która oŝe ynosić kilkanaście Ω o oŝe stanoić kilkunastopro- ecenzent: r hab. inŝ. Leon Sędroski Wydział lektrotechniki i Autoatyki Politechniki Gdańskiej

2 centoy błąd. W ziązku z czy zorcoanie przyrządu ipedancji pętli ty układzie oŝe być obarczone błęde. W praktyce spotykana jest etoda zastępcza zorcoania przyrządó ipedancji pętli która polega na podaniu napięć obliczonych z teoretycznych rozaŝań przez konstruktora (na podstaie teorii i danych konkretnego przyrządu oraz przy załoŝonej artości ipedancji zorcoej) do odpoiednich punktó układu poiaroego. Wadą tej etody jest brak bezpośredniego zorca ipedancji oraz konieczność przeproadzania obliczeń przed przystąpienie do poiaró. rugi znany sposobe zorcoania jest etoda której stosuje się źródło o danej rezystancji enętrznej (poijając reaktancję źródła) oraz ipedancję zorcoą. kład ten stosuje się jedynie do zorcoania iernikó o zakresach poiaroych iększych od 5 Ω.W referacie została przedstaiona etoda i układ do zorcoania iernikó ipedancji pętli który uoŝliia eliinację płyu ipedancji enętrznej źródła zasilania pozalając ty say na spradzanie przyrządó o ałych zakresach poiaroych od 1Ω. 2. POSTAWY TOTYCN MTOY WOCOWANIA MINIKÓW IMPANCJI PĘTLI WACIOWJ φ φ asada zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej oparta na zastosoaniu ipedancyjnego obciąŝenia poiaroego została podana e cześniejszych publikacjach [23]. Przedstaiona ta etoda spradzania iernikó ipedancji pętli dotyczyła jednie przypadku gdy kąt fazoy φ ipedancji zorcoej jest róny ipedancji obciąŝenia poiaroego spradzanego iernika φ W referacie przedstaiono etodę zorcoania iernikó ipedancji pętli z rezystancyjny obciąŝenie poiaroy dzięki czeu oŝlie jest zorcoanie przyrządu ipedancji pętli naet przypadku niedopasoania kątó fazoych ipedancji zorcoej i obciąŝenia poiaroego iernika czyli gdy. W etodzie tej układ składa się ze źródła z o ipedancji enętrznej z który połączona jest ipedancja zorcoa oraz spradzany iernik ipedancji o znanej rezystancji obciąŝenia poiaroego i człon dopełniający obciąŝenia poiaroego o paraetrach identycznych jak zoroany przyrząd (rys. 1) czyli = (1) oraz = (2)

3 ys. 1. kład do zorcoania iernikó ipedancji pętli ys. 2. Przebiegi napięć i sygnału sterującego zięki czeu przy ustaieniu łącznika W pozycji W i W kolejnych cyklach poiaroych (na czas róny krotności okresu napięcia sieci) uzyskuje się stałe napięcie iędzy punktai L-P. Przebiegi napięć zarejestroane przez układy poiaroe iernika P i członu obciąŝenia poiaroego P zostały przedstaione na rysunku 2. Przy odłączony obciąŝeniu poiaroy iernika (pozycja łącznika W ) napięcie ierzone iędzy punktai L a P jest określone zaleŝnością (3) ( ) ( ) ź = (3) Natoiast po załączeniu obciąŝenia poiaroego iernika (pozycja łącznika W ) napięcie iędzy punktai L a P nie zienia się a ierzony jest spadek napięcia na rezystancji obciąŝenia spradzanego iernika który opisuje zór (4)

4 = ( ) ( ) ź o ( ) o (4) Na podstaie zierzonych napięć i i po uzględnieniu zaleŝności (1) i (2) otrzyujey następującą zaleŝność na ipedancję zierzoną : = (5) z której idać Ŝe ipedancja enętrzna źródła zasilającego nie płya na ynik poiaru. Przedstaiony układ do zorcoania uoŝliia spradzanie iernikó ipedancji pętli z rezystancyjny obciąŝenie poiaroy których poiar opiera się o yznaczenie składoych ortogonalnych fazora napięcia [456]. Metodą tego typu jest etoda z przesunięcie fazoy. asada poiaru ipedancji pętli etodą z przesunięcie fazoy ψ (rys. 3) polega na yznaczeniu du odułó napięć jakie ystępują odpoiednio przy łączony i yłączony obciąŝeniu poiaroy oraz kąta przesunięcia fazoego iędzy tyi napięciai ψ który uoŝliia yznaczenie składoych ortogonalnych: składoej czynnej rezystancyjnej i oraz składoej biernej reaktancyjnej X ektora róŝnicy napięć. ys. 3. asada poiaru ipedancji pętli etodą z przesunięcie ψ a) scheat zastępczy obodu badanego b) ykres fazoroy ierzone napięcia przed i po załączeniu obciąŝenia poiaroego oraz yznaczony kąt przesunięcia fazoego ψ pozalają yznaczyć szukaną artość ipedancji pętli określoną zaleŝnością:

5 ψ 1 4 sin 2 2 = (6) 3. KŁA O WOCOWANIA MINIKÓW IMPANCJI PĘTLI WA- CIOWJ Scheat budoy układu do zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej zaierający źródło napięcia o sinusoidalnej SM z oraz ipedancję enętrzną źródła przedstaia rysunek 4. ys. 4. Struktura układu do zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej kład składa się z: ipedancji zorcoej odpoiednio dobranej do zakresu spradzanego iernika spradzanego iernika ipedancji pętli zarcioej z rezystancyjny obciąŝenie poiaroy - złoŝonego z szeregoo połączonej rezystancji oraz łącznika tyrystoroego T członu dopełniającego o paraetrach identycznych jak zorcoany przyrząd czyli = układu poiaroo-sterującego którego głóny eleente jest karta poiaroa ająca na celu akizycję napięcia oraz steroanie pracą łącznikó tyrystoroych T 1 T 2 i T 3 załączających odpoiednio zorcoany przyrząd lub człon obciąŝenia dopełniającego. Integralną częścią układu jest zaprojektoane środoisku LabVIW oprograoanie które a za zadanie: odpoiednich chilach czasoych załączać odpoiednie łączniki tyrystoroe uoŝliiać akizycję sygnału poiaroego oraz yznaczyć paraetry potrzebne do obliczenia ipedancji zorcoej.

6 WYNIKI BAANIA MOL MATMATYCNGO KŁA O WOCOWANIA MINIKÓW IMPANCJI PĘTLI WACIOWJ Mierzona ipedancja układzie do zorcoania zgodnie z zaleŝnościai (3) (4) i (6) jest funkcją następujących paraetró: ) ( τ f = (7) Tak ięc dokładność zorcoania iernikó ipedancji pętli zarcioej prezentoany układzie zaleŝy od: dokładności ykonania rezystancji obciąŝenia poiaroego spradzanego przyrządu oraz rezystancji członu dopełniającego dokładności ykonania ipedancji zorcoej oraz artości arguentu φ dokładności poiaru napięć i dokładności poiaru przesunięcia τ iędzy zierzonyi napięciai etodzie z przesunięcie ψ. Maksyalny bezzględny błąd poiaru ax ipedancji zdefinioano następująco: τ τ ax (8) Wóczas błąd zględny poiaru ax określa zaleŝność: τ τ τ = ax ax (9) Wpły tolerancji ykonania rezystancji obciąŝenia poiaroego i będzie iał iejsce zasze gdyŝ rezystory ykonane są z peną tolerancją określoną przez producenta. W przypadku 5% dokładności ykonania rezystoró obciąŝenia poiaroego iernika i członu dopełniającego błąd zorcoania ax nie przekroczy 9% a jego artość zaleŝy od arguentu φ i przyjuje najniejszą artość dla φ = 6 o. Ipedancja zorcoa zgodnie z [1] poinna ieć rozdzielczość skazań przynajniej o jeden rząd iększą niŝ spradzany przyrząd ziązku z ty tolerancja ykonania zorca nie płya znacząco na dokładność procesu zorcoania. Prezentoany układ do zorcoania iernikó ipedancji pętli jest systee poiaroy z cyfroy algoryte poiaru których ynik poiaru obarczony jest rónieŝ błęde konersji a/c sygnału poiaroego. latego teŝ konieczny było przeproadzenie analizy płyu dokładności przetarzania napięcia na dokładność zorcoania. Jak się okazało przypadku poiaru typoą kartą poiaroą 12-bitoą [7] do-

7 kładność zorcoania ynikająca z przetarzania napięcia będzie poniŝej 2% a dla karty 16-bitoej poniŝej 1% (rys. 5) Analizując dokładność zorcoania naleŝy rónieŝ uzględnić błędy ynikające z zasady działania iernika. W przypadku etody z przesunięcie iędzy napięciai istotną rolę odrya dokładność poiaru przesunięcia linioego iędzy napięciai τ (rys. 6). la τ = 8µs oŝe być rzędu 3%czyli jest to paraetr doinujący nad pozostałyi (zór 7) i szczególności naleŝy zadbać o to inializację tego czynnika. ys. 5. ax = f() dla danych =1Ω = = 1Ω φ = o = =Ω τ= s =1 5 1 V ys. 6. ax = f(τ) dla danych =1Ω = = 1Ω φ = 75 o = =V = =Ω =Ω Całkoity błąd zorcoania ax = f(φ ) dla danych: =1Ω = = 1Ω φ = o ==5V = = 1Ω = 1Ω τ=2. µs obliczony zgodnie ze zore (8) poinien być niejszy od 3 Ω (3%) (rys. 7a). W przypadku ziększenia artości ipedancji zorcoej =1Ω óczas całkoity błąd zorcoania ax nie przekroczy 1% (rys. 7b). a) b) ys. 7. ax = f(φ ) dla danych = = 1Ω φ = o = =5V = = 5Ω = 5Ω τ= 2µs a) =1Ω b) =1Ω

8 WNIOSKI Przedstaiona referacie analiza dokładności zorcoania proponoanego układu do spradzania iernikó ipedancji pętli pozoli na budoę fizycznego układu który będzie charakteryzoał się ysoką dokładnością zorcoania oraz uniezaleŝnienie błędu zorcoania od artości ipedancji źródła. 5. BIBLIOGAFIA 1. ziennik rzędoy Miar i Probiernicta nr 3 z dnia 3 arca 1999r. arządzenie Prezesa Głónego rzędu Miar i Probiernicta nr 12 i 13 spraie proadzenia przepisó etrologicznych i instrukcji spradzania iernikó pętli zarcia. 2. Pradzik P.: rządzenie do skaloania iernikó rezystancji i ipedancji pętli zarcioej. Patent nr Saicki J. oskosz.: kład do spradzania iernikó rezystancji zarcioej. Sypozju Naukoo-Techniczne MA-SM Warszaa oskosz.: Sposób i układ do poiaru składoych ortogonalnych oraz odułu ektora ipedancji pętli zarcioej z eliinacją płyu ybranych haronicznych na ynik. Patent P nr oskosz.: Przyrząd do poiaru ipedancji pętli zarcioej sieciach o napięciu odkształcony. lektryka nr 86 eszyt Naukoe Politechniki Gdańskiej Gdańsk 2 6. oskosz.: Sposób i układ do poiaru odułu ipedancji pętli zarcioej. Patent P nr Katalog firy National Instruents 21 AANGMNT FO CALIBATION TH LOOP IMPANC MTS Loop ipedance eters are used for testing the effectiveness of protective neutral earthing. Knon arrangeents and equipents for calibration the loop ipedance eters have liitation resulting fro significant value the ipedance of supplying source. The paper presents ethod and arrangeent enabling accurate calibration of loop ipedance eters even ith lo easureent range.