Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

1. Wiadomości podstawowe Przekładniki, czyli transformator mierniczy, jest to urządzenie elektryczne przekształcające wartość wielkości elektrycznej na inną wartość, odpowiednią do zasilania przyrządów pomiarowych lub zabezpieczających. Rozróżnia się przekładniki prądowe i napięciowe. Badania pełne (typu) przekładników prądowych mają na celu sprowadzenie i ocenę przekładnika prądowego pod względem zastosowanych materiałów, konstrukcji i technologii. Zakres badań pełnych obejmuje: a) Oględziny b) Sprawdzenie wymiarów c) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy doprowadzonym napięciu przemiennym, d) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji międzyzwojowej, e) Sprawdzenie oznaczeń zacisków f) Sprawdzenie dokładności g) Sprawdzenie nagrzewnia h) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy napięciu udarowym i) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolatorów przekładników napowietrznych na zagrożenie zabrudzeniowe j) Sprawdzenie poziomu zakłóceń radioelektrycznych k) Sprawdzenie tłumienia drgań ferrorezonansowych l) Sprawdzenie zanikania napięcia wtórnego. Badania niepełne (wyrobu) mają na celu sprawdzenie, czy w przekładnikach nie popełniono przypadkowych błędów wykonawczych. Zakres badań niepełnych obejmuje: a) Oględziny b) Sprawdzenie wymiarów c) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji przy doprowadzonym napięciu przemiennym, d) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji międzyzwojowej, e) Sprawdzenie oznaczeń zacisków f) Sprawdzenie dokładności g) Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolatorów przekładników napowietrznych na zagrożenie zabrudzeniowe Rozróżnia się następujące układy przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych: układ gwiazdowy, układ Holmgreena, układ V, układ trójkątowy, układ krzyżowy. Do zasilania układów zabezpieczeń w sieciach trójfazowych najpowszechniej stosowany jest układ połączeń w gwiazdę. Schemat połączeń układu gwiazdowego trzech przekładników prądowych przedstawiono na rysunku 1. Układ ten umożliwia pomiar nie tylko prądów w przewodach fazowych, ale również prądu sumarycznego IN, równego sumie geometrycznej

tych prądów, co znajduje zastosowanie w zabezpieczeniach od zwarć doziemnych w sieciach o uziemionym punkcie zerowym. Układ gwiazdowy przekładników prądowych umożliwia zatem stwierdzenie dowolnych zakłóceń o charakterze zwarciowym. Wadą układu zwarciowego jest znaczny koszt wynikający z konieczności zastosowania trzech przekładników i trzech lub czterech amperomierzy. Układ gwiazdowy znalazł zastosowanie w sieciach o skutecznie uziemionym punkcie zerowym, głównie do zasilania przekaźników nadmiarowo-prądowych, odległościowych i kierunkowych. Rys. 1. Układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych Układ Holmgreena jest układem połączeń trzech przekładników prądowych stanowiących filtr składowych zerowych prądów fazowych. Schemat połączeń przekładników prądowych pracujących w układzie Holmgreena przedstawiono na rysunku 2. Układ ten służy do wykrywania zwarć z ziemią poprzez pomiar składowej zerowej prądu w sieciach o nieuziemionym bezpośrednio punkcie zerowym (w sieciach o uziemionym punkcie zerowym można wykorzystać w tym celu układ gwiazdowy). Wadą omawianego filtru składowych

zerowych prądów jest trudność w uzyskaniu należytej czułości. W przypadku, gdy suma prądów po stronie pierwotnej jest równa zeru, w obwodzie wtórnym płynie prąd wyrównawczy równy sumie prądów magnesujących wszystkich trzech przekładników. W przypadku, gdy suma ta jest różna od zera w obwodzie wtórnym płynie prąd nierównowagi. W celu uniknięcia prądów nierównowagi istotne jest aby dobrać przekładniki o możliwie identycznych równych charakterystykach magnesowania oraz eksploatować przekładniki bez żadnych dodatkowych obciążeń. Rys. 2. Układ Holmgreena Układ Holmgreena stosowany jest w zabezpieczeniach ziemnozwarciowych linii napowietrznych z punktem zerowym bezpośrednio nieuziemionym. Jest to jednak układ stosowany powszechnie do zabezpieczeń ziemnozwarciowych stojanów generatorów procujących wprost na szyny zbiorcze oraz do zabezpieczeń od skutków zwarć zwojowych w generatorach i transformatorach.

Układ V powstaje jeżeli z układu gwiazdowego przedstawionego na rysunku 1 usunie się jeden przekładnik. Układ V jest zatem układem z dwoma przekładnikami prądowymi, połączonymi w niepełną gwiazdę. Mniejsza ilość przekładników prądowych sprawia, że tym samym jest on oszczędniejszy od układu gwiazdowego. Układ V umożliwia pomiar prądu we wszystkich trzech fazach pod warunkiem, że suma prądów fazowych jest równa zeru: gdyż wówczas: I L11 + I L21 + I L31 = 0 1.1 I L21 = I L11 + I L31 1.2 Układ V może być zatem stosowany do pomiarów i zabezpieczeń tylko w sieciach o punkcie zerowym nieuziemionym bezpośrednio, dla których słuszna jest zależność 1.1. Układ V przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Układ V dwóch przekładników prądowych

Do otrzymania prądów skojarzonych: I L1L2 = I L1 I L2 I L2L3 = I L2 I L3 I L3L1 = I L3 I L1 1.3 stosowane jest połączenie przekładników prądowych w trójkąt. Schemat połączeń przekładników prądowych w trójkąt przedstawiono na rysunku 4. Układ trójkątowy jest to układ, w którym przekładniki prądowe połączone są w trójkąt, a amperomierze AL1L2, AL2L3, AL3L1 w gwiazdę. Przez amperomierze AL1L2, AL2L3, AL3L1 płyną prądy będące różnicami geometrycznymi odpowiednich prądów fazowych przetransformowanych na stronę wtórną. Składowe zerowe prądów fazowych nie dopływają do amperomierzy, lecz zamykają się w obwodzie trójkątowym przekładników prądowych. Rys. 4. Układ trójkątowy trzech przekładników prądowych

Stosowalność układu trójkątnego przekładników prądowych dla zabezpieczeń nadprądowych jest stosunkowo ograniczona wskutek tego, że reaguje on z różną czułością na rozmaitego rodzaju zwarcia. Znalazł on jednak zastosowanie do: zabezpieczeń odległościowych, które wymagają przy włączeniu cewek napięciowych przekaźników odległościowych na napięcie międzyprzewodowe doprowadzenia prądów skojarzonych, przez co uzyskuje się te same warunki pomiaru odległości zwarcia, niezależnie od rodzaju zwarcia międzyfazowego, zabezpieczenia różnicowego transformatorów o przynajmniej jednym uzwojeniu połączonym w gwiazdę, zasilania przekaźników kierunkowych o kącie schematu równym 60º. Układ krzyżowy (rys. 5) jest niekompletnym, bo tylko z dwoma przekładnikami prądowymi, układem trójkątowym. Może być on stosowany tylko w sieci o nieuziemionym bezpośrednio punkcie zerowym, gdyż podobnie jak układ V, nie reaguje na zwarcie z ziemią tej z faz, w której nie ma przekładnika prądowego. Rys. 5. Układ krzyżowy dwóch przekładników prądowych

Zaletą układu krzyżowego przekładników prądowych jest to, że jest on bardzo tani, ponieważ wymaga stosowania zaledwie dwóch przekładników prądowych i jednego amperomierza. Z tego powodu zaleca się go stosować w sieciach o napięciu do 15 kv, gdzie wskutek dużej liczby zabezpieczeń ograniczenie liczby amperomierzy i przekładników może przynieść poważne oszczędności. Wadą układu krzyżowego jest to, że wartość natężenia prądu płynącego przez amperomierz zależy nie tylko od wartości natężenia prądu zwarciowego w obwodzie pierwotny m, ale również od rodzaju zwarcia, tzn. przewodów, które zostały zwarte. Jeżeli przyjąć taką samą wartość prądu zwarciowego dla rozmaitego rodzaju zwarć, to prądy płynące przez amperomierz w przypadku zwarcia dwufazowego faz L1 L2, faz L2 L3 oraz w przypadku zwarcia trójfazowego L1 L2 L3 mają się do siebie w stosunku 1:2: 3. 2. Przebieg ćwiczenia Zakres niniejszego ćwiczenia obejmuje zapoznanie się ze stosowanymi w sieciach trójfazowych trzy- i czteroprzewodowych układami połączeń przekładników prądowych. W tym celu należy zamodelować układy połączeń przedstawione w pkt 1. A. Układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 1. b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 1, tzn. przy pomiarze: 1 wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte, 2 rozłącznik Q3 powinien być otwarty, 3 rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte. Tabela 1. Wyniki pomiarów układ gwiazdowy trzech przekładników prądowych IL11 IL21 IL31 IN1 IL12 IL22 IL32 IN2 IL12 IL22 IL32 IN2 A A A A A A A A A A A A 1 0,5 0,5 0,5 2 0,5 0,5 0 3 0,5 0 0 B. Układ Holmgreena a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2. b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 2, tzn. przy pomiarze: 1 wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte, 2 rozłącznik Q3 powinien być otwarty, 3 rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte. Tabela 2. Wyniki pomiarów układ Holmgreena IL11 IL21 IL31 IN1 IN2 IN2 = υ IN2 A A A A A A 1 0,5 0,5 0,5 2 0,5 0,5 0 3 0,5 0 0

C. Układ V a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3. b) Pomiary zamieścić w tabeli 3. W trakcie pomiaru: 1 wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte, 2 wykonać pomiaru dla różnych przypadków obciążeń obciążenie symetryczne i niesymetryczne (w skrajnym przypadku otworzyć rozłącznik Q2 lub Q3) Tabela 3. Wyniki pomiarów układ V 1 2 3 IL11 IL21 IL31 IL12 IL22 IL32 IL12 IL22 IL32 A A A A A A A A A D. Układ trójkątowy a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4. b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 4, tzn. przy pomiarze: 1 wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte, 2 rozłącznik Q3 powinien być otwarty, 3 rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte. Tabela 4. Wyniki pomiarów układ trójkątowy trzech przekładników prądowych IL11 IL21 IL31 IN1 IL12 IL22 IL32 IL1L2 IL2L3 IL3L1 A A A A A A A A A A 1 0,5 0,5 0,5 2 0,5 0,5 0 3 0,5 0 0 1 2 3 IL11 IL21 IL31 IL12 IL22 IL32 IL1L2 IL2L3 IL3L1 A A A A A A A A A E. Układ krzyżowy a) Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 5. b) Pomiary wykonać zgodnie z tabelą 5, tzn. przy pomiarze: 1 wszystkie rozłączniki powinny być zamknięte, 2 rozłącznik Q3 powinien być otwarty, 3 rozłączniki Q2 i Q3 powinny być otwarte. Tabela 5. Wyniki pomiarów układ trójkątowy trzech przekładników prądowych IL11 IL21 IL31 I I = υ I A A A A A 1 2 3

3. Opracowanie wyników pomiarów a) W oparciu o wartości przekładni znamionowej użytych przekładników prądowych sprowadzić do strony pierwotnej przekładników pomierzone natężenia prądów po stronie wtórnej poszczególnych układów i otrzymane wyniki porównać z rzeczywiście występującymi natężeniami prądu w obwodzie, b) Dla układu krzyżowego sporządzić wykresy wektorowe badanych przypadków obciążeń (odpowiadały one zwarciu trójfazowemu i zwarciom dwufazowym różnych faz) i wykazać słuszność podanego w omówieniu stosunku prądów płynących przez amperomierz.