Prace Naukowe nstytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 59 Politechniki Wrocławskiej Nr 59 Studia i Materiały Nr 26 2006 Karol NOWAKF *F, Zdzisław NAWROCK * Błędy prądowe i kątowe przekładników URZĄDZENE POMAROWE DO WYZNACZANA BŁĘDÓW PRZEKŁADNKÓW PRĄDOWYCH Przedstawione w pracy urządzenie pomiarowe jest aktywnym dzielnikiem prądu. Charakteryzuje się dużą uniwersalnością, może być stosowanie w układach realizujących pomiary dwoma metodami: kompensacyjno-różnicową i komparacyjną. Dokładność urządzenia pozwala sprawdzać przekładniki o szerokim zakresie przekładni i klasach dokładności od 0,1 do 5. Wymienione właściwości urządzenia uzyskano dzięki zastosowaniu w nim wzmacniaczy elektronicznych, które pozwoliły m.in. ograniczyć wpływ błędu metody na dokładność pomiarów. Nie było to możliwe w układach z dzielnikami o elementach pasywnych. 1. WPROWADZENE Układy do pomiaru błędów przekładników prądowych są wyspecjalizowanymi kompensatorami bądź komparatorami prądów przemiennych 50 Hz (rys. 1). Pomiary polegają na pośrednim porównaniu prądów strony pierwotnej i wtórnej badanego przekładnika i określeniu ich różnicy, która jest proporcjonalna do błędów przekładnika. Do odtworzenia wzorcowej przekładni badanych przekładników stosowane są przekładniki wzorcowe bądź komparatory magnetyczne prądów przemiennych. Komparatory magnetyczne, zwykle mające błędy mniejsze od 0,01%, wykorzystywane są do sprawdzania przekładników dokładnych, o klasach dokładności poniżej 0,5. Zaś przekładniki wzorcowe są najczęściej używane do sprawdzania przekładników sieciowych [2,3]. ntegralnym elementem każdego układu do sprawdzania przekładników jest urządzenie pomiarowe mające strukturę układową dzielnika prądu. Zadaniem jego jest taki podział prądu wtórnego przekładnika wzorcowego (rys.1a) lub badanego (rys.1b), aby na jego wyjściu wytworzone zostały dwa prądy δ i, względem siebie ortogonalne i służące do przeprowadzenia czynności równoważenia układu oraz uzyskania wyniku pomiaru. Dla skompensowanego układu, pierwszy prąd jest proporcjonalny do błędu prądowego badanego przekładnika, drugi do błędu kątowego. Wartości obu * Politechnika Wrocławska, nstytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, 50-372 Wrocław ul. Smoluchowskiego 19, karol.nowak@pwr.wroc.pl, HUzdzisław.nawrocki@pwr.wroc.plU
błędów wynikają ze stosunków δ / 2W i / 2W, które są odczytywane z nastaw elementów urządzenia pomiarowego. a) b) PRZEKŁADNK BADANY ϑ x 2X δ + j PRZEKŁADNK BADANY ϑ x 2 1 wz - + +;- URZĄDZENE POMAROWE δ + j 1 wz KOMPARATOR MAGNETYCZNY PRZEKŁADNK WZORCOWY ϑ w 2W δ + j URZĄDZENE POMAROWE δ + j Rys. 1. Zastosowanie metody kompensacyjno-różnicowej (a) i komparacyjnej (b) w układach do badania przekładników prądowych Fig. 1. Using of compensatory-differential method (a) and comparison method (b) in circuit arrangements for testing of current instrument transformators W stosowanych dotychczas układach pomiarowych dzielniki prądu są wykonane z elementów pasywnych: rezystorów, kondensatorów i cewek indukcyjnych [1]. Realizacja tych dzielników wymaga dużej staranności w doborze i ekranowaniu elementów oraz wykonania żmudnego procesu wzorcowania. Czynności te jednak nie gwarantują pełnego sukcesu w układach do sprawdzania przekładników dokładnych. Znaczne uproszczenie konstrukcji dzielnika oraz poprawę jego funkcjonalności i dokładności, można uzyskać przez zastosowanie w nim wzmacniaczy mocy. Wynikiem tego, urządzenie pomiarowe zmniejsza pobór mocy z układu pomiarowego - a w konsekwencji występuje ograniczenie wpływu błędu metody na dokładność pomiarów.
2. OPS URZĄDZENA UKŁADÓW POMAROWYCH Urządzenie pomiarowe zastosowane w układzie z komparatorem magnetycznym prądów sieciowych przedstawiono na rys. 2. Uzwojenia pomiarowe z 1 i z 2 komparatora porównują prądy 1 i 2 badanego przekładnika X. Do równoważenia komparatora wykorzystuje się jego uzwojenie kompensacyjne z k, przez które wymusza się przepływ prądów δ i - nastawianych urządzeniem pomiarowym. X 1 2 z 1 z 2 z k =10z 2 KM δ + j z D R 1 R 2 R 3 C 1 C 2 C 3 WZ 0,1% 1% 5% zakresy δ 10' 100' 500' zakresy Z o k=10 k=10 1 n 1 0 0 n 2 1 δ + + r =0,1Ω AT Rys. 2. Urządzenie pomiarowe w układzie z komparatorem magnetycznym Fig. 2. Measurement device in the system with AC current comparator Sygnałem wejściowym urządzenia pomiarowego jest spadek napięcia na oporniku 0,1 Ω, wywołany prądem 2 przekładnika. W celu uzyskania możliwości odczytów błędów o wartościach dodatnich i ujemnych, napięcie to jest dwukrotnie zwiększone przez autotransformator AT, a wyboru znaków błędów dokonuje sie dwoma przełącznikami. Do przeprowadzenia czynności równoważenia układu i wykonania odczytów błędów zastosowano dwa potencjometry wieloobrotowe, zaopatrzone w mechaniczne liczniki obrotów z odczytem trzech cyfr znaczących. ch napięcia wyjściowe są na-
stępnie wzmacniane przez dwa wzmacniacze mocy o wzmocnieniach napięciowych równych 10. Do wyjść wzmacniaczy włączane są rezystory R 1...R 3 i kondensatory C 1...C 3 - wybierane przełącznikami zakresów. Wymuszone tymi elementami prądy δ i, są względem siebie przesunięte fazowo o 90 0, a ich suma stanowi prąd równoważący komparator. Odczytów błędów badanego przekładnika dokonuje się bezpośrednio ze wskazań liczników obrotów obu potencjometrów. Zastosowanie urządzenia pomiarowego w układzie realizującym metodę kompensacyjno-różnicową przedstawiono na rys. 3. W 1 X 2W δ j 2X R 1 R 2 R 3 C 1 C 2 C 3 0,1% 1% 5% zakresyδ 10' 100' 500' zakresy k=10 k=10 R WZ Z o 1 n 1 0 0 n 2 1 δ + + r =0,1Ω AT Rys.3. Urządzenie pomiarowe w układzie z przekładnikiem wzorcowym. Fig. 3. Measurement device in the system with standard transformer Prądy wtórne przekładnika badanego X i przekładnika wzorcowego W - z nominalnie równymi przekładniami - mają w gałęzi z rezystorem R przeciwne fazy. Wynikiem tego, występujące na nim napięcie jest proporcjonalne do błędów przekładnika badanego. Stan kompensacji prądów, określony zerowym wskazaniem wskaźnika zera, przeprowadza się nastawami prądów δ i urządzenia pomiarowego. Stosowany wskaźnik zera powinien mieć wejście napięciowe o dużej rezystancji. Rezystancja opornika R nie wpływa na wynik pomiaru, natomiast decyduje o czułości napięciowej
układu. Wartość R powinna być stosunkowo mała i odpowiednio dobrana do czułości napięciowej wskaźnika. W przypadku stosowania wskaźnika z wejściem prądowym rezystor R jest zbędny. Odczytów błędów δ i przekładnika badanego dokonuje się bezpośrednio z nastaw n 1 i n 2 liczników obrotów potencjometrów urządzenia pomiarowego. 3. PODSUMOWANE Przedstawione w pracy urządzenie pomiarowe spełnia wymagania stawiane układom do wyznaczania błędów tak przekładników laboratoryjnych, tj. klas dokładności 0,1-0,5, jak też przekładników sieciowych o klasach 1 5 [4]. Niedokładność urządzenia, przedstawiona błędem granicznym obliczonym względem zakresów pomiarowych, wynosi od 1 do 3% - w zależności od zakresu. Należy przy tym zauważyć, że o dokładności pomiarów decyduje też błąd nieczułości układu pomiarowego, a jego ograniczenie nie jest zadaniem łatwym, szczególnie w pomiarach małych wartości błędów. W tych pomiarach należy dysponować wysokoczułym i odpowiednio selektywnym wskaźnikiem zera, a układ pomiarowy powinien mieć sprawne uziemienie. Urządzenie pomiarowe sprawdzono praktycznie w badaniach błędów przekładników klas dokładności 0,2 i 1 - stosując w nich dwa układy pomiarowe, przedstawione na rys. 2. i 3. W obu układach zastosowano też - oprócz omawianego urządzenia pomiarowego - pomiarowy dzielnik prądu zestawiony z dekad rezystancyjnych i pojemnościowych. Celem badań była ocena porównawcza wyników pomiarów uzyskanych poszczególnymi układami pomiarowymi. Wyniki charakteryzowały się zadawalającą zgodnością i powtarzalnością potwierdziły więc słuszność przyjętej koncepcji układowej prezentowanego urządzenia. LTERATURA [1] Fuliński W., Leszczyński J., Automatyczny kompensator do sprawdzania przekładników prądowych. Publikacja konferencyjna: Przekładniki stan aktualny i tendencje rozwojowe, 1990, Łódź. [2] Koszmider A., Olak J., Piotrowski Z., Przekładniki prądowe, Warszawa, WNT. [3] EEE Std. C57.13-1993, EEE standard requirements for instrument transformers. [4] PN-EN 60044-1, Przekładniki. Przekładniki prądowe. MEASUREMENT DEVCE FOR TESTNG CURRENT NSTRUMENT TRANSFORMERS The measurement device can be used for testing of current transformers in different circuit arrangements. Standard current transformers or AC current comparators can be used for reproduction of nominal ratio of transmission. Accuracy of measurement device is enough to test transformers with wide range of transmission and accuracy class from 0.1 to 5. The offered properties of the device were achieved using active current divider instead of divider with passive elements.