Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat: Badanie przekaźnika pomiarowego napięciowego Laboratorium z przedmiotu: Elektroenergetyczna Automatyka Zabezpieczeniowa Opracował: dr inż. Dariusz Sajewicz Białystok 2015

1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami oraz sposobami badania przekaźników pomiarowych napięciowych stosowanych w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ). W ćwiczeniu należy wykonać wybrane badania pozwalające poznać działanie przekaźnika pomiarowego napięciowego RET-430N oraz jego najważniejsze własności. Zakres ćwiczenia obejmuje następujące czynności: oględziny przekaźnika, pomiary napięcia rozruchu i zadziałania, pomiary czasów zadziałania przekaźnika, sprawdzenie członu czasowego przekaźnika, pomiar poboru mocy. 2. Wprowadzenie Przekaźniki napięciowe są to przekaźniki pomiarowe reagujące na obniżenie się napięcia poniżej wartości nastawionej (przekaźniki podnapięciowe) lub jego wzrost powyżej wartości nastawionej (przekaźniki nadnapięciowe). Zadziałanie przekaźnika podnapięciowego następuje z chwilą zmniejszenia się napięcia poniżej wartości nastawionej na podziałce, względnie przy zaniku napięcia (odwzbudzenie się przekaźnika). Następuje wówczas zamknięcie zestyku. Z chwilą, gdy napięcie osiągnie wartość określoną współczynnikiem powrotu, następuje wzbudzenie przekaźnika i rozwarcie jego zestyku zwiernego. Współczynnik powrotu określony jest wzorem: p k p (1) r napięcie rozruchowe przekaźnika, p napięcie powrotu przekaźnika. Dla przekaźników podnapięciowych współczynnik powrotu ma wartość większą od jedności. Zadziałanie przekaźnika nadnapięciowego następuje z chwilą wzrostu napięcia ponad wartość nastawioną na podziałce (wzbudzenie przekaźnika). Gdy napięcie zmaleje do wartości określonej współczynnikiem powrotu, następuje odwzbudzenie przekaźnika i powrót do położenia początkowego. W przekaźnikach nadnapięciowych współczynnik powrotu jest mniejszy od jedności. Od przekaźników napięciowych wymaga się: małego poboru mocy, dobrego, bliskiego jedności współczynnika powrotu, dużej niezawodności. Aby zapobiec zadziałaniu przekaźników napięciowych wskutek krótkotrwałych zmian napięcia, współpracują one często z przekaźnikami czasowymi. Ze względu na zasadę działania rozróżniamy przekaźniki napięciowe elektromechaniczne (najczęściej elektromagnetyczne) i statyczne (elektroniczne). Przekaźniki napięciowe elektromagnetyczne Przekaźniki napięciowe elektromagnetyczne wykonywane są w oparciu o takie same konstrukcje, jak przekaźniki prądowe. Inne jest tylko wykonanie uzwojeń elektromagnesu. r 2

Oporności uzwojeń są dość duże, a przekrój przewodów mniejszy. Prąd w uzwojeniu przekaźnika wymuszony jest przez przyłożone napięcie, zgodnie z zależnością I (2) Z p impedancja uzwojenia przekaźnika, napięcie przyłożone do uzwojenia przekaźnika. Aby uzyskać dużą czułość przekaźnika, należy utrzymać stałą wartość prądu podczas jego działania. zwojenie powinno posiadać znaczną przewagę rezystancji nad reaktancją, dzięki czemu zmiana szczeliny powietrznej podczas ruchu zwory, powodująca wzrost indukcyjności uzwojenia, w niewielkim stopniu będzie wpływać na zmianę impedancji uzwojenia. Wpływa to na poprawę współczynnika powrotu. Przekaźniki napięciowe elektromechaniczne wykonywane są z obrotową zworą. W celu uniknięcia wibracji zestyku zwora połączona jest z bębenkiem o odpowiedniej bezwładności. Zestyk jest połączony równolegle z układem RC, dla zwiększenia zdolności łączeniowej zestyku przy prądzie stałym. Cewki przekaźnika wykonane są przeważnie jako dwudzielne i mogą być połączone szeregowo lub równolegle, dzięki czemu przekaźnik ma dwa zakresy pomiarowe. Jeżeli napięcie przyłożone do uzwojenia elektromagnesu przekaźnika przekroczy wartość rozruchową dla przekaźnika nadnapięciowego lub wartość powrotu dla przekaźnika podnapięciowego, powstaje moment pokonujący moment zwrotny sprężyny, zwora zostaje przyciągnięta i styki ruchome zmieniają swoje położenie. Po obniżeniu napięcia poniżej wartości rozruchowej dla przekaźników podnapięciowych lub poniżej wartości powrotu dla przekaźnika nadnapięciowego, moment zwrotny sprężyny przezwycięża działanie momentu pochodzącego od strumienia magnetycznego. Zwora odpada, następuje przełączenie styków przekaźnika. Przekaźniki napięciowe statyczne Przekaźniki statyczne są stosowane coraz częściej dzięki następującym zaletom: mały pobór mocy, duża szybkość działania, szeroki zakres nastawień, możliwość otrzymania różnorodnych charakterystyk, duża odporność na wibracje i korozję. Przekaźniki statyczne posiadają również wady, do których należą: mała odporność na przepięcia o dużej amplitudzie, zależność parametrów zabezpieczeń od temperatury i czasu pracy (starzenie się elementów), brak odpowiednich układów zasilania, trudna lokalizacja uszkodzeń. Budowę przekaźnika statycznego przedstawiono na przykładzie przekaźnika typu Ret-1, którego schemat blokowy zamieszczono na rysunku 1. Kontrolowane napięcie jest transformowane (T), prostowane (P) i po odfiltrowaniu (F) jest porównywane poprzez potencjometryczny dzielnik napięcia ze stabilizowanym napięciem odniesienia, otrzymywanym z diody Zenera. Wartość i znak różnicy porównywanych napięć określają stan pracy przekaźnika elektronicznego, sterującego przekaźnikiem Z p 3

kontaktronowym, który z kolei pobudza wyjściowy przekaźnik elektromechaniczny. W celu zmniejszenia poboru mocy z obwodu pomiarowego, przekaźnik wyjściowy jest zasilany z oddzielnego obwodu napięcia pomocniczego. Rys.1. Schemat blokowy przekaźnika statycznego Ret-1 Przekaźnik Ret -1 w zakresie od minimalnego napięcia skali do napięcia znamionowego pracuje jako podnapięciowy, a od napięcia znamionowego do maksymalnego napięcia skali, jako nadnapięciowy. Zastosowanie przekaźników podnapięciowych Zastosowanie przekaźników podnapięciowych jest oparte głównie na wykorzystaniu zjawiska obniżania się napięcia podczas zwarć (rysunek 2). Rys.2. Przebieg napięć w linii trójfazowej przy zwarciach: a) trójfazowym, b) dwufazowym faz B i C, c) jednofazowym doziemnym fazy A, d) dwufazowym doziemnym faz i C 4

Przekaźniki podnapięciowe znalazły zastosowanie w następujących układach zabezpieczeń: zabezpieczenie generatorów synchronicznych od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi, zabezpieczenie transformatorów od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi, zabezpieczenie silników od obniżenia się napięcia, układy samoczynnego załączania rezerwy (SZR). W celu poprawienia czułości zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego generatorów od zwarć zewnętrznych, tzn. aby lepiej rozróżniało przetężenia od zwarć, wprowadza się blokadę podnapięciową. Zabezpieczenie nie może działać w stanie normalnej pracy układu, dlatego napięcie rozruchowe przekaźników podnapięciowych powinno spełniać warunek min r (3) k k n min najmniejsza wartość napięcia generatora (0,95 n ), k b współczynnik bezpieczeństwa (1,1), k p współczynnik powrotu, n u przekładnia przekładników napięciowych. Jednocześnie z relacją (3) musi być spełniony warunek czułości zabezpieczenia kc Z r (4) n z największa wartość napięcia zwarcia, w przypadku zwarcia na końcu odcinka o największej impedancji, przyłączonego do szyn zbiorczych generatora, k c współczynnik czułości (1,3 1,4). Zabezpieczenie transformatora od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi jest uzupełniane blokadą napięciową w celu poprawienia czułości zabezpieczenia i odstrojenia od prądów przeciążeniowych (rysunek 3). b p u u Rys.3. Zabezpieczenie nadprądowo-zwłoczne transformatora uzupełnione układem blokady napięciowej Napięcie rozruchowe przekaźników podnapięciowych powinno spełniać zależności: kb min r (5) k n p u 5

k c Z r (6) nu min minimalne napięcie robocze zasilające transformator (0,9-0,95) n, Z największa wartość napięcia zwarcia, przy zwarciu na końcu odcinka o największej impedancji, przyłączonego do szyn zbiorczych, zasilanych przez transformator, k b współczynnik bezpieczeństwa (0,9), k p współczynnik powrotu przekaźników napięciowych, k c współczynnik czułości (1,3 1,4), n u przekładnia przekładników napięciowych. Zabezpieczenie silników od skutków obniżenia się napięcia wykonywane jest jako podnapięciowe zwłoczne (rysunek 4). Rys.4. Zabezpieczenie silników wysokiego napięcia od zaniku napięcia: a) schemat ideowy, b) obwody napięciowe Napięcie rozruchowe przekaźników podnapięciowych przyjmuje się w przybliżeniu (60 70)% n. Zabezpieczenie to działa ze zwłoką 0,5 s dla silników nie podlegających samorozruchowi oraz (6 10) s dla silników podlegających samorozruchowi. W układzie samoczynnego załączania rezerwy przekaźniki podnapięciowe kontrolują napięcie na szynach rezerwowanych. Napięcie rozruchowe dobiera się z zależności s r (7) k k n s napięcie na szynach zbiorczych podczas samorozruchu silników (0,3 0,6) n, k b współczynnik bezpieczeństwa (1,1 1,3), k p współczynnik powrotu. Zastosowanie przekaźników nadnapięciowych Przekaźniki nadnapięciowe znalazły zastosowanie w następujących układach zabezpieczeń: zabezpieczenia nadnapięciowe zerowe sieci o małym prądzie zwarcia z ziemią, zabezpieczenia generatorów od zwarć międzyzwojowych, zabezpieczenia generatorów od pojedynczych zwarć doziemnych w obwodzie wzbudzenia, zabezpieczenia hydrogeneratorów od podwyższenia napięcia w uzwojeniu stojana, b p u 6

układy samoczynnego załączania rezerwy. W zabezpieczeniach nadnapięciowych zerowych linii średniego napięcia, wspólny dla całej sieci układ kontroli izolacji oparty jest na pomiarze składowej zerowej napięcia (rysunek 5). W czasie normalnej pracy napięcie ab 0 (uchyby przekładni oraz trzecia harmoniczna napięcia są pomijalne). Rys.5. Schemat układu kontroli izolacji sieci Przy doziemieniu napięcie ab (rysunek 5) osiąga wartość 3 3 f ab 0 (8) n n n ut przekładnia przekładników napięciowych odniesiona do układu otwartego trójkąta. Zasada zabezpieczania generatorów od zwarć międzyzwojowych oparta jest na pomiarze napięcia między sztucznym punktem zerowym uzwojeń pierwotnych przekładników napięciowych oraz punktem zerowym uzwojeń generatora (rysunek 6). W przypadku zwarć zwojowych pojawia się napięcie w obwodzie otwartego trójkąta przekładników napięciowych, a więc i na zaciskach przekaźnika nadnapięciowego. ut ut Rys.6. Zabezpieczenie od zwarć międzyzwojowych generatora Zabezpieczenie hydrogeneratorów od podwyższenia napięcia w uzwojeniu stojana realizowane jest jako nadnapięciowe zwłoczne, włączone na napięcia międzyprzewodowe. Zwłoka czasowa zabezpieczenia przyjmowana jest na poziomie 0,5 s. Napięcie rozruchowe zabezpieczenia dobiera się z zależności n r ( 1,2 1,4) (9) n n napięcie znamionowe hydrogeneratora. u 7

W zabezpieczeniu generatora od pojedynczych zwarć doziemnych w obwodzie wzbudzenia przekaźnik nadnapięciowy jest włączony między dowolny punkt obwodu wzbudzeniowego i ziemię (rysunek 7). W przypadku zwarcia w obwodzie wzbudzenia przekaźnik jest zasilany napięciem występującym między punktem zwarcia, a punktem przyłączenia przekaźnika do opornika. Rys.7. Schemat układu do kontroli stanu izolacji obwodu wzbudzenia: W gs wirnik generatora, W Z wzbudnica W układach samoczynnego załączania rezerwy (SZR) przekaźniki nadnapięciowe kontrolują napięcie w torze rezerwowym, aby dopuścić jego załączenie tylko w przypadku, gdy jego wartość umożliwi samorozruch silników, tj. k ( ) (10) r b kr napięcie utyku silnika, Δ spadek napięcia między silnikami i stacją rozdzielczą (miejsce pomiaru), spowodowany samorozruchem silników, k b współczynnik bezpieczeństwa (1,05 1,1). kr 3. Opis cyfrowego przekaźnika napięciowego RET-430N Trójfazowy przekaźnik napięciowo-czasowy typu RET-430N jest urządzeniem cyfrowym przeznaczonym do stosowania w układach automatyki przemysłowej i w układach zabezpieczeń elektroenergetycznych jako element kontrolujący wartość skuteczną napięcia sinusoidalnie przemiennego o częstotliwości 50 Hz. Przekaźnik RET-430N jest urządzeniem cyfrowym, które zostało wyposażone w następujące bloki funkcjonalne: układy wejściowe, przetwornik analogowo-cyfrowy, mikroprocesorowy układ pomiarowo-logiczny, układ nastawczy, układ wskaźników cyfrowych, układ zasilający, układ wykonawczy i układ sygnalizacji optycznej. kład wykonawczy wyposażono w trzy przekaźniki wykonawcze. Elementy konstrukcyjne przekaźnika umieszczone zostały w obudowie CN100AK wyposażonej w śrubowe zaciski przyłączeniowe umożliwiające przyłączenie przewodów o przekroju do 2,5 mm 2. Zasada działania Przekaźnik RET-430N jest urządzeniem cyfrowym, kontrolno-pomiarowym, które kontroluje wartości skuteczne napięć wejściowych, wybiera ich wartość maksymalną i porównuje z wartością nastawczą wprowadzoną przez użytkownika. Podczas pracy nadnapięciowej, gdy wartość skuteczna jednego z napięć kontrolowanych jest większa od wartości nastawczej, następuje pobudzenie i po nastawionym czasie zadziałanie urządzenia. Stan pobudzenia i zadziałania jest sygnalizowany. kład sygnalizacji optycznej 8

sygnalizuje podanie napięcia pomocniczego ( Z ), stan pobudzenia (POBDZENIE) i stan zadziałania (ZADZIAŁANIE). rządzenie realizuje również funkcję pomocniczą polegającą na ciągłym wyświetlaniu ekstremalnej wartości napięcia kontrolowanego oraz zapamiętaniu i wyświetleniu jego wartości po zadziałaniu przekaźnika. Dane techniczne przekaźnika RET-430N Napięcie znamionowe N 400 V Częstotliwość znamionowa 50 Hz (+5%, - 5%) Znamionowa impedancja wejściowa > 200 kω Obciążalność trwała obwodu napięciowego 1,2 N Zakres nastawczy napięcia rozruchowego R = (10... 456) V co 1V Znamionowe napięcie pomocnicze PN Zakres roboczy napięcia pomocniczego P 110 220 V DC/110 230 V AC 88 253 V DC/AC Pobór mocy w obwodach napięciowych 0,5 VA/fazę Pobór mocy ze źródła napięcia pomocniczego P < 6 W Klasa dokładności przekaźnika napięciowego 2,5 Współczynnik powrotu 0,94 < Kp < 0,99 Czas własny zadziałania < 100 ms Czas powrotu < 100 ms Zakres nastawczy przekaźnika czasowego t = (0... 9,9 ) s co 0,1 s Klasa dokładności przekaźnika czasowego 1% ± 5 ms chyb pomiaru wartości napięcia 2,5 % (przy pomiarach statycznych) Wytrzymałość cieplna (1 s) 1,5n Wytrzymałość dynamiczna 2n Wytrzymałość elektryczna izolacji 2,5kV/50Hz/1min. Przekaźniki wykonawcze (RM96P): - bezzwłoczny przy pobudzeniu, - zwłoczne przy zadziałaniu 1 przełączany: (K1 -) 2 przełączane: (K2, K3 -t) zdolność łączenia zestyków: - obciążalność prądowa trwała, - otwieranie obwodu przy obciążeniu ind. 8 A 0,12 A/250 V DC (L/R=40 ms) Normalne środowiskowe warunki pracy: - temperatura otoczenia podczas pracy, - temperatura przechowywania, - wilgotność względna w temp. 20 C Stopień ochrony obudowy Wymiary (wys. x szer. x głęb.) Masa Opis płyty czołowej 268... 313K (-5 C... +40 C) 248... 343K (-25 C... +70 C) < 80 % IP40 (zaciski IP20) 75x100x120 mm ok. 0,8 kg Rys.9. Widok płyty czołowej przekaźnika RET-430N 9

Na płycie czołowej urządzenia umieszczono: 2 wskaźniki cyfrowe LED (3 cyfry napięcie, 2 cyfry czas), układ diod sygnalizacyjnych LED: Pobudzenie, Zadziałanie, i Z, których świecenie odpowiednio oznacza: Pobudzenie (żółta) pobudzenie przekaźnika napięciowego (sygnalizacja z podtrzymaniem), Zadziałanie (czerwona) zadziałanie przekaźnika napięciowo-czasowego po nastawionym czasie opóźnienia (sygnalizacja z podtrzymaniem), Z (zielona) sygnalizacja poprawnej pracy przekaźnika (dioda nie świeci przy awarii zasilacza lub zaniku napięcia pomocniczego), układ przycisków impulsowych, których funkcje przedstawiają się następująco: SET włączanie funkcji zmiany nastaw, wybieranie na wskaźniku cyfrowym pozycji cyfry podlegającej zmianie (od lewej do prawej), zapisywanie nastaw, zwiększanie wartości aktualnie nastawianej cyfry na wskaźniku cyfrowym podczas wprowadzania nastaw, podgląd nastaw podczas pracy przekaźnika, zmniejszanie wartości aktualnie nastawianej cyfry na wskaźniku cyfrowym podczas wprowadzania nastaw, podgląd nastaw podczas pracy przekaźnika, ESC wychodzenie z funkcji zmiany nastaw, przywracanie poprzedniej wartości aktualnie zmienianej cyfry i przesunięcie w lewo, gdy nie zakończono czynności zmiany nastaw; kasowanie stanu pobudzenia i zadziałania po zaniku przyczyny pobudzenia. Wprowadzanie nastaw Wprowadzenie nastaw ( r, t) wymaga wykonania czynności określanych cyklem zmian nastaw. W ramach cyklu zmian nastaw należy: włączyć funkcję zmiany nastaw przez pobudzenie przycisku SET, pobudzając przycisk SET i pobudzając odpowiednio przycisk lub wprowadzić wartość nastawczą napięcia rozruchowego r przekaźnika, pobudzając przycisk SET i pobudzając odpowiednio przycisk lub wprowadzić wartość nastawczą czasu zadziałania przekaźnika, pobudzić przycisk SET w celu zapamiętania wprowadzonych nastaw przekaźnika. waga: Wprowadzanie nastaw należy przeprowadzać po zaniku przekaźnika. przyczyny zadziałania Przykład: W przekaźniku RET- 430N wprowadzić następujące nastawy: A. Wartość nastawcza napięcia rozruchowego: r = 115 V B. Wartość nastawcza opóźnienia czasu zadziałania: t = 4,8 s W celu wprowadzenia nastaw należy: A. pobudzić przycisk SET (włączenie funkcji zmiany nastaw przejście do nastawy pierwszej cyfry wartości nastawczej napięcia rozruchowego r ), pobudzić przycisk lub i wprowadzić cyfrę 1, pobudzić przycisk SET (przejście do nastawy drugiej cyfry wartości nastawczej napięcia rozruchowego r ), 10

B. pobudzić przycisk lub i wprowadzić cyfrę 1, pobudzić przycisk SET (przejście do nastawy trzeciej cyfry wartości nastawczej napięcia rozruchowego r ), pobudzić przycisk lub i wprowadzić cyfrę 5, pobudzić przycisk SET (przejście do nastawy pierwszej cyfry wartości nastawczej czasu zadziałania t), pobudzić przycisk lub i wprowadzić cyfrę 4, pobudzić przycisk SET (przejście do nastawy drugiej cyfry wartości nastawczej czasu zadziałania t), pobudzić przycisk lub i wprowadzić cyfrę 8, pobudzić przycisk SET w celu zapamiętania wprowadzonych nastaw i przejścia przekaźnika w tryb pomiar. Funkcja POMIAR Po włączeniu napięcia pomocniczego i wymuszeniu napięć w obwodach kontrolowanych w przekaźniku aktywna jest funkcja POMIAR wartości napięcia maksymalnego w obwodach kontrolowanych. Po zadziałaniu przekaźnika napięciowego wartość napięcia jest zapamiętana i wyświetlona na wskaźniku cyfrowym. W chwili, gdy wystąpi zanik przyczyny pobudzenia możliwe jest kasowanie zapamiętanego wyniku pomiaru i sygnalizacji przez pobudzenie przycisku ESC. Funkcja POMIAR jest wyłączana na czas włączenia przycisku ESC lub podczas podglądu nastaw (pobudzenie przycisku lub ). wagi: Wynik pomiaru wartości napięcia, wyświetlany na wskaźniku cyfrowym przekaźnika, jest aktualizowany co 0,5 s i dlatego nie może on być podstawą do oceny dokładności przekaźnika. Czas zadziałania przekaźnika RET-430N jest równy czasowi nastawionemu przekaźnika czasowego powiększonemu o czas własny przekaźnika napięciowego. 4. Opis stanowiska laboratoryjnego Stanowisko laboratoryjne umożliwia badanie cyfrowych przekaźników jednowejściowych: napięciowego RET-430N i prądowego RIT-400A. Konstrukcja stanowiska została wykonana w postaci stojaka z płytą czołową na której zamontowano badane przekaźniki jak i zespół urządzeń niezbędnych do przeprowadzenia badań, na płycie tylnej znajduje się rozdzielnica w której zamontowano zabezpieczenia poszczególnych obwodów stanowiska. Dodatkowym wyposażeniem stanowiska jest zespół wymuszalnika napięciowego i prądowego oraz czasomierz cyfrowy. Stanowisko zasilane jest z sieci 230V poprzez gniazdo jednofazowe umieszczone w tablicy zasilającej, posiada przycisk załącz i wyłącz oraz dwa komplety zacisków zasilających z których należy zasilacz wszystkie urządzenia zamontowane na płycie czołowej stanowiska. Poszczególne układy pomiarowe zgodnie ze schematami umieszczonymi w instrukcji powinny być zmontowane przez studentów przy użyciu dostępnych na stanowisku zacisków laboratoryjnych. Widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego przeznaczonego do badania przekaźników jednowejściowych przedstawiono na rysunku 10. 11

Rys.10. Widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego do badania przekaźników jednowejściowych Na płycie czołowej stanowiska umieszczono: główny włącznik i wyłącznik stanowiska, amperomierz cyfrowy o zakresie pomiarowym 0-5A AC, woltomierz cyfrowy o zakresie pomiarowym 0-250V AC, przekaźnik prądowy RIT400A wraz z wyprowadzonymi zaciskami, przekaźnik napięciowy RET-430N wraz z wyprowadzonymi zaciskami, 4 lampki sygnalizacyjne o napięciu 230V AC wraz z wyprowadzonymi zaciskami, układ do pomiaru czasu działania w skład którego wchodzi stycznik oraz przyciski sterujące Z (załącz) i W (wyłącz), przekładnik prądowy 10/5 [A/A] oraz zaciski zasilające A i B. Załączenie stanowiska powoduje podanie napięcia zasilającego na amperomierz i woltomierz cyfrowy oraz na zaciski zasilające A i B. 5. Program badań Zapoznanie się z układem laboratoryjnym Punkt ten obejmuje następujące czynności: - zapoznanie z poszczególnymi elementami stanowiska laboratoryjnego, - połączenie układu pomiarowego, - załączenie stanowiska laboratoryjnego, - zaprogramowanie poszczególnych nastaw badanego przekaźnika, - wykonanie poszczególnych badań. 12

Pomiary napięcia rozruchu i powrotu Pomiary wartości rozruchowej (wartości napięcia zasilającego, przy której następuje oczekiwana skokowa zmiana w obwodzie wyjściowym przekaźnika) i wartości powrotu (wartości napięcia zasilającego, przy której następuje w określonych warunkach powrót przekaźnika) wykonuje się w układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku 11. Zadziałanie przekaźnika sygnalizowane jest przez zapalenie się lampki L natomiast jego odpad przez zgaśnięcie lampki L. Przy pomiarach napięcie z wymuszalnika należy zwiększać/zmniejszać powoli i w sposób ciągły. Pomiary wykonać dla nastawy następujących napięć rozruchowych: 20V, 50V, 80V, 120V, 170V i 200V. Pomiary wartości napięcia zadziałania i powrotu należy wykonać pięciokrotnie i wyliczyć wartość średnią. Wyniki zestawić w tabeli 2. Rys.11. Schemat układu pomiarowego do pomiaru napięcia rozruchu i powrotu przekaźnika napięciowego Tabela 2. Wartości zmierzone napięcia rozruchowego i powrotu oraz obliczone uchyb, rozrzut i współczynnik powrotu przekaźnika napięciowego Badany nast r p k p r Δ przekaźnik r1 r2 r3 r4 p1 p2 p3 p4 V V V V V V V V V - % % Względny rozrzut wartości rozruchowej obliczamy z zależności: r max r min r 100% (11) rmax maksymalna zmierzona wartość napięcia, rmin minimalna zmierzona wartość napięcia, nast nastawiona na skali wartość rozruchowa. nast chyb względny podziałki: Współczynnik powrotu: rsr średnia wartość napięcia rozruchu, psr średnia wartość napięcia powrotu. r nast 100% (12) nast psr k p (13) rsr 13

Pomiary czasów zadziałania przekaźnika Przekaźniki napięciowe mogą posiadać zestyki zwierne, rozwierne i przełączalne. Rozróżnia się więc cztery czasy działania: zamykania zestyku zwiernego - t zz, otwierania zestyku rozwiernego - t or, otwierania zestyku zwiernego - t oz, zamykania zestyku rozwiernego - t zr. Czasy zamykania zestyków zwiernych t zz przekaźnika wyznacza się przy pomocy sekundomierza, w układzie pomiarowym wg rysunku 12. Przed przystąpieniem do pomiarów należy włączyć i wyzerować sekundomierz, załączyć stanowisko laboratoryjne i następnie załączyć przyciskiem Z stycznik. Pomiary wykonać dla napięć rozruchowych podanych w poprzednim punkcie, napięcie na wymuszalniku należy ustawić 5V powyżej napięcia rozruchowego przekaźnika. Bez kasowania sekundomierza należy pięciokrotnie dokonać cyklu załącz (Z), wyłącz (W) stycznika i z sumarycznego czasu obliczyć wartość średnią. Rys.12. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania czasu zadziałania przekaźnika Czas zadziałania mierzony jest od chwili podania napięcia na przekaźnik, o wartości większej od napięcia zadziałania, do chwili zmiany położenia styków. Jako wartość czasu zadziałania przyjmuje się średnią arytmetyczną pięciu kolejnych pomiarów. Sprawdzenie członu czasowego przekaźnika Do sprawdzenia członu czasowego należy wykorzystać układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 13. Badanie członu czasowego polega na porównaniu czasów nastawionych przekaźnika z wartościami zmierzonymi sekundomierzem. Sekundomierz sterowany jest zestykiem zwłocznym przekaźnika napięciowego. Poprawna interpretacja powinna uwzględnić w pomiarach zmierzony w poprzednim punkcie czas zadziałania (własny) przekaźnika, zgodnie z zależnością: czas nastawiony + czas zadziałania czas zmierzony sekundomierzem Przy badaniu członu czasowego należy zwrócić uwagą na spełnienie wstępnego warunku pobudzenia członu pomiarowego napięciowego, tzn. przed rozpoczęciem badania członu czasowego należy wyregulować napięcie w obwodzie wejściowym do wartości większej o 5Vod nastawionego napięcia rozruchowego przekaźnika. 14

Pomiary wykonać dla napięć rozruchowych podanych w poprzednim punkcie, dla każdego z napięć rozruchowych przekaźnika należy ustawić człon czasowy na 0,2s; 0,8s;1,4s; 2s; 5s. Rys.13. Schemat układu pomiarowego do sprawdzenia członu czasowego przekaźnika napięciowego zwłocznego oraz wyznaczania charakterystyki czasowo napięciowej W celu wyznaczenia charakterystyki czasowo prądowej przekaźnika należy zbudować układ pomiarowy na rysunku 13. Dla zadanych wartości nastawień napięcia i czasu należy zmierzyć jego czas działania (czas do momentu zamknięcia zestyku zwłocznego), przy pobudzeniu napięciem członu pomiarowego napięciowego. zyskane wyniki pomiarów zestawić w tabeli 3, a następnie na ich podstawie wykreślić charakterystykę t f / ). p ( nast Tabela 3. Wyniki pomiarów charakterystyki czasowo prądowej przekaźnika napięciowego zwłocznego Dane przekaźnika: typ.., numer fabryczny n = V p =.V Nastawienia nast =...A, t nast =...s / nast - t p s Pomiary poboru mocy przekaźników Pomiary przeprowadza się metodą techniczną za pomocą woltomierza i amperomierza przy napięciach zasilania 0,8 n, n, 1,1 n, w warunkach pracy ciągłej. Pozostałe obwody (obwody zestyków) nie powinny być zasilane. Schemat układu pomiarowego podano na rys. 14. Rys.13. kład do pomiaru poboru mocy przekaźnika napięciowego 15

Ze względu na ograniczenie pomiaru napięcia przez woltomierz wbudowany w stanowisko jako napięcie n przyjąć 220V, przy zastosowaniu zewnętrznego woltomierza o zakresie minimum 500V AC napięcie n można przyjąć zgodnie z danymi producenta 400V. Wyniki pomiarów poboru mocy przekaźnika należy zestawić w tabeli 4. Tabela 4. Pobór mocy przez przekaźnik napięciowy Badany przekaźnik I S= I 0,8 n n 1,1 n 0,8 n I n I 1,1 n I V V A VA VA VA Wyniki pomiarów można uznać za dodatnie, jeżeli zmierzone wartości nie przekraczają wartości podanych w dokumentacji technicznej (karcie katalogowej) przekaźnika. 6. Wymagania BHP W czasie wykonywania badań należy zachować ostrożność i rozwagę z uwagi na bezpośredni kontakt z urządzeniami elektrycznymi pod napięciem oraz stosować się do postanowień Regulaminu odbywania ćwiczeń laboratoryjnych, obowiązującego w laboratoriach Katedry Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej. 7. Sprawozdanie z ćwiczenia Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, opis stanowiska badawczego, schematy układów pomiarowych, zestawienie i analizę wyników badań (tabele, obliczenia, wykresy i charakterystyki) oraz wnioski. Literatura 1. Korniluk W., Woliński K.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa. Wyd. 3. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2012 r. 2. Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych. Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 2004. 3. Praca zbiorowa pod red. J. Machowskiego: Laboratorium cyfrowej elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003. 4. Dawid Z., Halinka A., Mikrut M., Pilch Z., Szewczyk M., Witek B., Winkler W.: Laboratorium elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999. 5. Szymański S.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa. Laboratorium. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, Kielce 2008. 16