Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A www.kueitwn.pollub.pl LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH Instrukcja do ćwiczenia nr 8 Układy przekładników prądowych Lublin 2009
1. Cel ćwiczenia Ćw. 8. Układy przekładników prądowych Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z układami przekładników prądowych stosowanymi w technice zabezpieczeniowej oraz przy pomiarach prądu, mocy i energii. 2. Opis stanowiska laboratoryjnego Stanowisko służące do badania układów przekładników prądowych przedstawia model linii napowietrzno-kablowej średniego napięcia z izolowanym punktem neutralnym i linii napowietrznej wysokiego napięcia z uziemionym punktem neutralnym. Widok płyty czołowej stanowiska przedstawia rysunek 1. Stanowisko załączamy przez przyciśnięcie przycisku sterowniczego oznaczonego na tablicy symbolem ZAŁ. Wyłączenie stanowiska następuje po przyciśnięciu przycisku sterowniczego oznaczonego symbolem WYŁ. Jeżeli nie wyłączymy stanowiska przed upływem 30 sekund od momentu załączenia, to po upływie tego czasu linia zostanie wyłączona spod napięcia przy pomocy przekaźnika czasowego. Rys. 1. Widok płyty czołowej stanowiska do badania układów przekładników prądowych Opis płyty czołowej: ZAŁ przycisk załączający; WYŁ przycisk wyłączający; L1, L2, L3 odpowiednio fazy 1, 2 i 3; N przewód neutralny; N1 przełącznik rodzaju linii: pozycja (1) linia napowietrzna 110 kv z uziemionym punktem neutralnym, pozycja (2) linia napowietrzna 15 kv z izolowanym punktem neutralnym; N2 przełącznik załączający dodatkową linię stosowany do układu Holmgreena; Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 2
Q1 wyłącznik główny na tablicy zasilającej; Q2 stycznik wbudowany w stanowisko; A PL1, A PL2, A PL3, A PN amperomierze mierzące natężenie prądu po stronie pierwotnej odpowiednio w fazach L1, L2, L3 i w przewodzie neutralnym; A S amperomierze do podłączenia w obwodzie wtórnym; P L1, P L2, P L3, P N przyciski sterownicze modelujące w odpowiednich liniach ( modelowane są za pomocą 4 styczników); H L1, H L2, H L3, H N lampki sygnalizacyjne dla odpowiednich linii. UWAGA!!! Badając różne układy przekładników prądowych należy pamiętać, aby w układzie niepełnej gwiazdy i układzie krzyżowym, była zwarta strona wtórna przekładnika, który nie jest wykorzystywany przy badaniu, gdyż nie wykonanie tego grozi pojawieniem się wysokiego napięcia na zaciskach przekładnika lub jego uszkodzeniem termicznym. 3. Sposób przeprowadzenia pomiarów 3.1 Układ pełnej gwiazdy Układ połączeń w pełną gwiazdę przekładników prądowych umożliwia pomiar prądów fazowych oraz potrójnej składowej prądu zerowego. Obydwa punkty neutralne (po stronie pierwotnej i wtórnej) układu powinny być ze sobą połączone, aby stworzyć drogę dla przepływu prądu zerowego, który może pojawić się podczas zwarć doziemnych sieci, w której zainstalowane są przekładniki. Współczynnik schematowy K s (stosunek prądu płynącego przez przekaźnik do prądu płynącego przez uzwojenie wtórne przekładnika) równy jest jedności. Układy połączeń przekładników w pełną gwiazdę należy stosować w tych wszystkich przypadkach, gdzie zabezpieczenia powinny reagować zarówno na zwarcie międzyfazowe jak i na zwarcie doziemne, a więc w sieciach z uziemionym punktem neutralnym do zasilania przekaźników nadprądowych, odległościowych i kierunkowych. Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 3
Rys. 2. Układ połączeń przekładników prądowych w pełną gwiazdę Tabela 1. Tabela pomiarowa dla napięcia 110 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I SL1 I SL2 I SL3 I SN A A A A A A A A Tabela 2. Tabela pomiarowa dla napięcia 15 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I SL1 I SL2 I SL3 I SN A A A A A A A A Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 4
3.2 Układ niepełnej gwiazdy Układ połączeń w niepełną gwiazdę (układ V) może być stosowany w przypadkach, gdy zabezpieczenia mają reagować jedynie na międzyfazowe, gdyż nie jest on w stanie wykryć doziemnego w fazie, w której nie zainstalowano przekładnika prądowego (np. faza L2) jest to tzw. układ oszczędnościowy. Stosuje się go w sieciach z izolowanym punktem neutralnym, w celu wykrywania zwarć międzyfazowych. Współczynnik schematu tego układu jest równy jedności. Rys. 3. Układ połączeń przekładników prądowych w niepełną gwiazdę (układ V) Tabela 3. Tabela pomiarowa dla napięcia 110 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I SL1 I SL2 I SL3 A A A A A A Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 5
Tabela 4. Tabela pomiarowa dla napięcia 15 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I SL1 I SL2 I SL3 A A A A A A 3.3 Układ Holmgreena W przypadku gdy pomiar prądów fazowych nie jest potrzebny, stosuje się filtr składowej zerowej prądu, stanowiący zestaw trzech przekładników prądowych, zwany również układem Holmgreena. Układ ten służy do wykrywania zwarć z ziemią. Prąd płynący przez amperomierz A 2 jest sumą geometryczną prądów wtórnych. Układ Holmgreena ma zastosowanie w zabezpieczeniach od zwarć doziemnych sieci z izolowanym punktem zerowym i generatorów oraz skutków zwarć zwojowych w generatorach i transformatorach. Przy badaniu układu Holmgreena należy dodatkowo załączyć przełącznikiem N2 linię, która z linią pokazaną na tablicy czołowej stanowiska (rys. 1) tworzy układ promieniowy sieci. Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 6
Rys. 4. Układ Holmgreena do pomiaru składowej zerowej prądu Tabela 5. Tabela pomiarowa dla napięcia 110 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I 2 A A A A A Tabela 6. Tabela pomiarowa dla napięcia 15 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I 2 A A A A A Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 7
3.4 Układ trójkątowy W układzie trójkątowym przekładniki prądowe są połączone w trójkąt, a przekaźniki w gwiazdę. Układ umożliwia pomiar prądów będących różnicami odpowiednich prądów przewodowych. W przypadku zupełnej symetrii prądów przewodowych wartość skuteczna prądu płynącego przez cewkę przekaźnika jest 3 razy większa od wartości skutecznej prądu płynącego przez uzwojenie wtórne przekładnika prądowego (K s = 3 ). Układ ten jest stosowany do zasilania zabezpieczeń odległościowych, do zabezpieczenia różnicowego transformatorów o grupie połączeń Dy lub Yd oraz do zasilania niektórych przekaźników kierunkowych. Wadą kładu jest to, że zasilane z niego przekaźniki układu reagują z różną czułością na różnego rodzaju, co wyklucza celowość stosowania tego układu do zabezpieczeń nadprądowych. Rys. 4. Układ połączeń przekładników prądowych w trójkąt Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 8
Tabela 7. Tabela pomiarowa dla napięcia 110 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I SL1 I SL2 I SL3 I P I P I P A A A A A A A A A A Tabela 8. Tabela pomiarowa dla napięcia 15 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I SL1 I SL2 I SL3 I P I P I P A A A A A A A A A A 3.5 Układ krzyżowy Układ ten służy do zasilania jednego tylko przekaźnika różnicą prądów dwóch faz I = I L1 -I L3 Nie wyklucza się możliwości zastosowania tego układu również do pomiaru prądów w dwóch fazach. Układ ten może być stosowany podobnie jak układ niepełnej gwiazdy, tj. tylko do wykrywania zwarć międzyfazowych w sieci z izolowanym punktem neutralnym, gdyż nie reaguje na z ziemią fazy bez przekładnika prądowego. Osobliwością układu krzyżowego przekładników prądowych jest to, że prąd płynący przez przekładnik, włączony na różnicę prądów Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 9
fazowych, zależy nie tylko od natężenia prądu w obwodzie pierwotnym, ale również od rodzaju. Gdyby przyjąć taką samą wartość prądu zwarciowego dla różnych rodzajów zwarć, to prądy płynące przez przekaźnik w przypadku dwufazowego faz, dwufazowego oraz w przypadku trójfazowego faz -L3 miałyby się do siebie w stosunku 1/2/ 3. Czyli dla faz: I = I L1 I = 2 I L1 -L3 I = 3 I L1 Rys. 4. Układ krzyżowy przekładników prądowych Tabela 5. Tabela pomiarowa dla napięcia 110 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I 2 A A A A A Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 10
Tabela 6. Tabela pomiarowa dla napięcia 15 kv -N -L3 I PL1 I PL2 I PL3 I PN I 2 A A A A A 4. Opracowanie sprawozdania Sprawozdanie powinno zawierać: schematy układów pomiarowych; tabele wyników przeprowadzonych pomiarów; przykładowe obliczenia; do każdego z badanych układów przekładników prądowych należy narysować wykresy wskazowe (w odpowiedniej skali) prądów pierwotnych i wtórnych dla każdego rodzaju tzn: o zwarcie 1-fazowe z ziemią; o zwarcie 2-fazowe z ziemią; o zwarcie 2-fazowe; o zwarcie 3-fazowe; uwagi i wnioski odnośnie warunków i sposobu przeprowadzania badań oraz dyskusję nad otrzymanymi wynikami. 5. Literatura 1. Markiewicz H., Urządzenia elektroenergetyczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2005 2. Królikowski Cz., Technika łączenia obwodów elektroenergetycznych. Państwowe Wydawnictwa Naukowe, 1990 3. Markiewicz H., Instalacje elektryczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2002 Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 11
4. Markiewicz H., Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2002 5. Musiał E., Instalacje i urządzenia elektroenergetyczne. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 1998 6. Maksymiuk J., Aparaty elektryczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1992 7. Bełdowski T., Markiewicz H., Stacje i urządzenia elektroenergetyczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1980 Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 12