Meranie pre potreby riadenia. Prístrojové transformátory Senzory

Transcript

1 Meranie pre potreby riadenia Prístrojové transformátory Senzory

2 Prístrojové transformátory Transformujú prúd alebo napätie meraného obvodu na hodnoty vhodné pre napájanie ochrán a meracích prístrojov. Oddeľujú meracie a istiace obvody od vysokých hodnôt napätia. 2

3 Prístrojové transformátory Zabezpečujú, aby sa pre rôzne hodnoty vstupných prúdov a napätí mohli na ich výstupe používať rovnaké meracie a ochranné prístroje. 3

4 Prístrojové transformátory Zabezpečujú, aby sa pre rôzne hodnoty vstupných prúdov a napätí mohli na ich výstupe používať rovnaké meracie a ochranné prístroje. Väčšinou majú pevný prevod, sú však aj prepínateľné. 4

5 Prístrojové transformátory Zabezpečujú, aby sa pre rôzne hodnoty vstupných prúdov a napätí mohli na ich výstupe používať rovnaké meracie a ochranné prístroje. Väčšinou majú pevný prevod, sú však aj prepínateľné. Izoláciu tvorí vzduch, olej alebo zalievacia hmota. 5

6 Prístrojové transformátory Podľa vyhotovenia meracieho systému: Induktívne prístrojové transformátory: napätia (PTN), prúdu (PTP). 6

7 Prístrojové transformátory Podľa vyhotovenia meracieho systému: Induktívne prístrojové transformátory: napätia (PTN), prúdu (PTP). Elektronické prístrojové transformátory: napäťové senzory, prúdové senzory, kombinované senzory. 7

8 Prístrojové transformátory Podľa funkcie rozlišujeme: Istiace: pre pripojenie ochrán, presné na hranici pracovnej oblasti (pre veľké prúdy a minimálne napätie). 8

9 Prístrojové transformátory Podľa funkcie rozlišujeme: Istiace: pre pripojenie ochrán, presné na hranici pracovnej oblasti (pre veľké prúdy a minimálne napätie). Meracie: pre meranie, reguláciu a riadenie, presné predovšetkým v pracovnej oblasti (v okolí menovitej hodnoty). 9

10 Prístrojové transformátory 10 Inštalácia v rozvodni: Závisí od: charakteru a dôležitosti poľa, požiadaviek merania, použitých ochrán v rámci poľa Veľmi často: v jednotlivých poliach nainštalovaný len PTP, PTN umiestnené v samostatnom poli merania spoločnom pre celý systém prípojníc.

11 PTN Pracujú v blízkosti stavu naprázdno svorky sekundárneho vinutia sa nesmú spojiť nakrátko!!! 11

12 PTN Pracujú v blízkosti stavu naprázdno svorky sekundárneho vinutia sa nesmú spojiť nakrátko!!! Pripojujú sa: medzi fázu a zem - jednopólovo izolované (fázové napätie) medzi fázy meranej siete - dvojpólovo izolované (združené napätie) 12

13 PTN majú dve sekundárne vinutia, prvé slúži buď na meracie alebo istiace účely, druhé sa zapojuje u trojfázového systému do otvoreného trojuholníka (U 0 ), sekundárne vinutia sú vyvedené na liatinovú sekundárnu svorkovnicu 13

14 PTN Jednopólovo izolované: jeden vývod primárneho vinutia, včítane svorky, je izolovaný od zeme na úroveň, ktorá zodpovedá menovitej izolačnej hladine, druhý vývod primárneho vinutia je so svorkou za prevádzky uzemnený. 14

15 15 PTN

16 PTN Dvojpólovo izolované: počas prevádzky transformátora musí byť jedna svorka každého použitého sekundárneho vinutia a tiež jedna zo svoriek v spojení do otvoreného trojuholníka uzemnená, 16

17 PTN Menovité sekundárne napätie: 100 V resp. 100/ 3 V (výnimočne 110 V) 17

18 PTN Menovité sekundárne napätie: 100 V resp. 100/ 3 V (výnimočne 110 V) Triedy presnosti: 0,1 až 1 pre meranie 1 alebo 3 pre istenie 0,5 pre fakturačné meranie na vn 0,2 pri vyšších napäťových hladinách 18

19 PTN Menovité sekundárne napätie: 100 V resp. 100/ 3 V (výnimočne 110 V) Triedy presnosti: 0,1 až 1 pre meranie 1 alebo 3 pre istenie 0,5 pre fakturačné meranie na vn 0,2 pri vyšších napäťových hladinách 19 Menovitá záťaž: obvykle 60 V A

20 PTN Sú charakterizované: menovitým vstupným napätím U N, 20

21 PTN Sú charakterizované: menovitým vstupným napätím U N, hraničný prevádzkový prúd I Nk = 1,2 I N, 21

22 PTN Sú charakterizované: menovitým vstupným napätím U N, hraničný prevádzkový prúd I Nk = 1,2 I N, menovitým výstupným napätím, 22

23 PTN Sú charakterizované: menovitým vstupným napätím U N, hraničný prevádzkový prúd I Nk = 1,2 I N, menovitým výstupným napätím, triedou presnosti pre každý výstup, ak je ich viac, 23

24 PTN 24 Sú charakterizované: menovitým vstupným napätím U N, hraničný prevádzkový prúd I Nk = 1,2 I N, menovitým výstupným napätím, triedou presnosti pre každý výstup, ak je ich viac, menovitou záťažou (V A) také menovité bremeno pre každý výstup, aby chyba prevodu neprekročila 10 % a dovolené oteplenie neprekročilo dovolenú hranicu.

25 PTN 25 a) jednopólovo izolovaný transformátor, b) jednopólovo izolovaný transformátor s odbočkou, c) dvojpólovo izolovaný transformátor, d) dvojpólovo izolovaný transformátor s odbočkou, e) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami, f) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami, z nich jedno tvorí pomocné vinutie, g) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami s odbočkou, z nich jedno tvorí pomocné vinutie

26 PTN môžu mať poistku v primárnom obvode (0,2; 0,6; 2; 6,3 A), 26

27 27 PTN

28 PTN môžu mať poistku v primárnom obvode (0,2; 0,6; 2; 6,3 A), inštalácia v ľubovoľnej polohe, epoxidové (vnútorné, do 35 kv) 28

29 PTN 29 Jednopólové bez poistky

30 PTN 30 Jednopólové s poistkou

31 PTN 31 Dvojpólovo izolované

32 PTN môžu mať poistku v primárnom obvode (0,2; 0,6; 2; 6,3 A), inštalácia v ľubovoľnej polohe, epoxidové (vnútorné, do 35 kv) porcelánové (vonkajšie, vvn) 32

33 PTN TJO 6 do kv TJO 7 do 24 40,5 kv TDO 6 do kv 33 Porcelánové PTN pre vonkajšie použitie

34 PTN môžu mať poistku v primárnom obvode (0,2; 0,6; 2; 6,3 A), inštalácia v ľubovoľnej polohe, epoxidové (vnútorné, do 35 kv) porcelánové (vonkajšie, vvn) 34 tvrdý zdroj svorky istené nadprúdovou ochranou

35 PTN náhradná schéma náhradná schéma fázorový diagram 35 Pre stav naprázdno

36 PTN chyby merania Chyba napätia ε U (%) daná úbytkom na PTN u u p U U 2 U 1 U Chyba napätia ε U sa skladá z chyby naprázdno U0 a z chyby spôsobenej záťažou ε UY fázorový diagram 36

37 PTN chyby merania 37 Chyba uhla ( ) daná rozdielom fázového posunu δ U udáva sa v minútach predstavuje uhol medzi vektormi U 1 a U 2 ovplyvňuje presnosť merania výkonu a spotreby elektrickej energie fázorový diagram

38 PTN chyby merania 38 Chyby napätia a uhla nie sú konštantné, ale závisia od rôznych prevádzkových veličín. Sú spôsobené najmä: úbytkom napätia od prúdu naprázdno v nezaťaženom stave, záťažou podobne ako u výkonových transformátorov, účinníkom zväčšovaním účinníka sa chyba PTN znižuje (správne navrhnuté bremeno), frekvenciou.

39 PTN úplná náhradná schéma S uvažovaním bremena a parazitnej kapacity 39

40 PTN úplná náhradná schéma Priebeh sekundárneho napätia pri poklese U 40

41 PTP Pracujú blízko stavu nakrátko svorky sekundárneho vinutia sa nesmú rozpojiť (vznik prepätí)!!! 41

42 PTP Pracujú blízko stavu nakrátko svorky sekundárneho vinutia sa nesmú rozpojiť (vznik prepätí)!!! Primárne vinutie je prepínateľné, alebo ho tvorí len jeden tyčový vodič musí zniesť veľkosť pretekajúceho prúdu (10-ky až 100-ky ampér) 42

43 PTP 43 Ilustračný obrázok tyčového PTP s meracím a aj ochranným vinutím, na pravej strane je zobrazené len meracie vinutie

44 44 PTP

45 PTP Menovitý sekundárny (výstupný) prúd: 5 A používané v sieťach 22 kv 1 A v prípade veľkých úbytkov 45

46 PTP Menovitý sekundárny (výstupný) prúd: 5 A používané v sieťach 22 kv 1 A v prípade veľkých úbytkov 46 Triedy presnosti: 0,1 až 1 pre meranie 1 alebo 3 pre istenie 0,5 pre fakturačné meranie na vn 0,2 pri vyšších napäťových hladinách

47 PTP Menovitá záťaž (V A): súčet príkonov spotrebičov vrátane strát vo vedeniach, pri ktorých je ešte dodržaná trieda presnosti 15 V A pre triedy 0,2 a 0,5 30 V A pre triedy 1 a 3 47

48 PTP Sú charakterizované: menovitým prúdom I N, 48

49 PTP Sú charakterizované: menovitým prúdom I N, hraničným prevádzkovým prúdom I Nk = 1,2.I N, 49

50 PTP Sú charakterizované: menovitým prúdom I N, hraničným prevádzkovým prúdom I Nk = 1,2.I N, menovitým výstupným prúdom - 5 A, poprípade 1 A kvôli dimenzovaniu prívodov, 50

51 PTP Sú charakterizované: menovitým prúdom I N, hraničným prevádzkovým prúdom I Nk = 1,2.I N, menovitým výstupným prúdom - 5 A, poprípade 1 A kvôli dimenzovaniu prívodov, menovitým napätím U N, 51

52 PTP Sú charakterizované: menovitým prúdom I N, hraničným prevádzkovým prúdom I Nk = 1,2.I N, menovitým výstupným prúdom - 5 A, poprípade 1 A kvôli dimenzovaniu prívodov, menovitým napätím U N, triedou presnosti pre každý výstup, ak je ich viac, 52

53 PTP Sú charakterizované: menovitou frekvenciou f N, 53

54 PTP Sú charakterizované: menovitou frekvenciou f N, menovitým dynamickým prúdom I DYN, 54

55 PTP Sú charakterizované: menovitou frekvenciou f N, menovitým dynamickým prúdom I DYN, menovitým tepelným prúdom I t, 55

56 PTP Sú charakterizované: menovitou frekvenciou f N, menovitým dynamickým prúdom I DYN, menovitým tepelným prúdom I t, menovitou záťažou menovité bremeno pre každý výstup vo (V A) také, aby chyba prúdu neprekročila 10 %. 56

57 PTP nadprúdové číslo 57 Nadprúdové číslo n: násobok menovitého primárneho prúdu, pri ktorom chyba v prúdovom prevode dosiahne hodnotu 10 % meracie PTP nízke n (n<5) istiace PTP vyššie n (n>10) krajný prevádzkový prúd PTP je 1,2 násobok menovitého primárneho prúdu

58 PTP 58 a) s jediným jadrom, b) s dvojitým jadrom, c) s trojitým jadrom, d) s jediným jadrom pripínateľným na sekundárnej strane, e) s dvojitým jadrom pripínateľným na sekundárnej strane

59 PTP 59 Priechodkové bez primárneho vodiča

60 PTP 60 Priechodkové primárne

61 PTP 61 Násuvné

62 PTP 62 Vonkajšie

63 PTP náhradná schéma náhradná schéma 63 fázorový diagram

64 PTP chyby merania Chyba prúdu ε i (%): i p I I 2 I 1 I meracie PTP: ε i = 0 do malých násobkov I N istiace PTP: ε i = 0 pri veľkých násobkoch I N 64

65 PTP chyby merania Chyba uhla δ i rozdiel medzi uhlom vstupného a výstupného prúdu 65

66 PTP chyby merania Chyba uhla δ i rozdiel medzi uhlom vstupného a výstupného prúdu Veľkosť chyby prúdu ε i aj chyby uhla δ i závisí od magnetizačného prúdu feromagnetický obvod musí byť z kvalitného magnetického materiálu problémom je saturácia jadra 66

67 PTP chyby merania Chyby PTP sú spôsobené: veľkosťou záťaže ovplyvňuje veľkosť magnetickej indukcie v jadre, frekvenciou magnetická indukcia je nepriamo úmerná frekvencii, účinníkom uhlom záťaže, rozptylovým poľom spôsobené nesymetrickým usporiadaním vinutia, 67

68 PTP chyby merania Chyby PTP sú spôsobené: neharmonickým priebehom kvôli nelineárnym vlastnostiam feromagnetika, rozptylových kapacít vinutí a frekvenčnej závislosti permeability materiálu jadra minimalizácia cez čo najväčšiu indukčnosť a tým malý magnetizačný prúd, nasýtením (saturáciou) jadra, vplyvom zvyškového magnetizmu. 68

69 PTP chyby merania 69 Závislosť chyby prúdu od násobku menovitého prúdu

70 Senzory Sú nástupcami prístrojových transformátorov 70

71 Senzory Sú nástupcami prístrojových transformátorov Sú menšie, ľahšie, majú lepšie vlastnosti a všestrannejšie použitie 71

72 Senzory Sú nástupcami prístrojových transformátorov Sú menšie, ľahšie, majú lepšie vlastnosti a všestrannejšie použitie 72 Poskytujú výstupný signál priamo spracovateľný digitálnymi ochranami pri ich použití s elektromechanickými ochranami však treba zosilniť ich výstup

73 Senzory Technické výhody senzorov: veľké menovité rozpätie umožňuje s niekoľkými typmi senzorov pokryť celé pásmo prúdov a napätí pre príslušnú napäťovú hladinu, 73

74 Senzory Technické výhody senzorov: veľké menovité rozpätie umožňuje s niekoľkými typmi senzorov pokryť celé pásmo prúdov a napätí pre príslušnú napäťovú hladinu, sú bez saturácie senzory nepoužívajú feromagnetické jadrá, čiže sú odolné voči saturácii a sú lineárne v celom svojom rozsahu, 74

75 Senzory Technické výhody senzorov: veľké menovité rozpätie umožňuje s niekoľkými typmi senzorov pokryť celé pásmo prúdov a napätí pre príslušnú napäťovú hladinu, sú bez saturácie senzory nepoužívajú feromagnetické jadrá, čiže sú odolné voči saturácii a sú lineárne v celom svojom rozsahu, 75 vysoká presnosť senzory sú dimenzované na malý potrebný vstupný výkon digitálnych zariadení. Záťaž senzora je iba cca 1 V A.

76 Relatívne výstupné napätie Senzory senzor saturácia 1 0,1 0,01 prístrojový transformátor 0,01 0, Násobok meraného primárneho napätia

77 Senzory 77 Závislosť presnosti senzoru a prístrojového transformátora od veľkosti meraného prúdu

78 Senzory Ekonomické výhody senzorov: malá váha a rozmery sú oveľa menšie a ľahšie (nemajú feromagnetické jadro) jednoduchšia implementácia do rozvodných zariadení, 78

79 Senzory Ekonomické výhody senzorov: malá váha a rozmery sú oveľa menšie a ľahšie (nemajú feromagnetické jadro) jednoduchšia implementácia do rozvodných zariadení, jednoduchosť nákupov malé množstvo typov senzorov dokáže pokryť celé spektrum prístrojov, 79

80 Senzory Ekonomické výhody senzorov: malá váha a rozmery sú oveľa menšie a ľahšie (nemajú feromagnetické jadro) jednoduchšia implementácia do rozvodných zariadení, jednoduchosť nákupov malé množstvo typov senzorov dokáže pokryť celé spektrum prístrojov, sú ekologickejšie na ich výrobu sa spotrebuje menej nerastných surovín. 80

81 Senzory 81 Sú charakterizované: menovitým napätím meraného zariadenia U N, napätím impulzu U MAX, menovitou frekvenciou f N, menovitou triedou presnosti, menovitou záťažou, rozsahom menovitých prúdov I N, menovitým krátkodobým prúdom I Kt=3s, menovitým dynamickým prúdom I DYN, men. transformačným pomerom K f=50 a K f=60.

82 Napäťové senzory Sú založené na princípe: Odporového deliča Kapacitného deliča u u R 2 out u p R1 R2 C 1 out u p C1 C2 82

83 Napäťové senzory Výstupný signál je napätie priamo úmerné meranému napätiu v pomere 10000:1 alebo 20000:1 napr. pre 22 kv je to okolo 2,2 V vhodná veľkosť pre digitálne ochrany výstupné napätie vo všetkých prípadoch reprodukuje aktuálny časový priebeh tvaru vlny primárneho napätia 83

84 Napäťové senzory Vnútorné senzory Vonkajší senzor 84

85 Prúdové senzory Sú založené na princípe: Rogowského cievky toroidná cievka bez železného jadra eliminovaný vplyv saturácie výstupom je napätie: u OUT M. di dt P 85 výstupné napätie ( mv) treba digitálne integrovať, aby sme dostali napätie odpovedajúce hodnote meraného prúdu

86 Prúdové senzory 86 Majú chybu amplitúdy: je však prakticky konštantná a nezáleží na veľkosti meraného prúdu môže byť opravená použitím opravného faktora je pre každý senzor iný musí sa merať zmena z triedy presnosti 5 na triedu presnosti 1 korekcia sa vykonáva v riadiacich členoch ochrán ak je pre spojenie senzor ochrana použitý dlhší kábel, je nutné počítať so stratami v ňom a zohľadniť to pri nastavovaní ochrán

87 Senzory 87 Pásmo tolerancie chyby prúdového senzora A triedy presnosti 1

88 88 Prúdové senzory

89 Kombinované senzory Prúdový a napäťový senzor v jednom prístroji Oba senzory sú zaliate v živici Meranie napätia Meranie prúdu 89 Spoločná sekundárna svorkovnica

90 Kombinované senzory 90 V prezentácii sú použité obrázky prístrojových transformátorov a senzorov vyrábaných fy ABB