126
7. PRZEKŁADNIKI
7.1. Przekładniki prądowe
Przekładniki służą do zasilania obwodów prądowych i napięciowych przyrządów pomiarowych i zabezpieczeniowych. Stosowanie przekładników pozwala jednocześnie na:
4. zdalny pomiar wielkości elektrycznych.
Rys. 7.1. Przekładnik prądowy: a) zasada działania, b) schemat zastępczy, c) wykres wskazowy; z1, z2 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, Z – impedancja obciążenia przekładnika, Z1,
Z2 – impedancje uzwojeń strony pierwotnej i wtórnej przekładnika
Przekładniki składają się z rdzenia wykonanego z blach transformatorowych lub ze specjalnych stopów żelazo-niklowych o dużej przenikalności magnetycznej oraz z uzwojeń pierwotnego i wtórnego. Zasadę działania przekładnika, schemat zastępczy oraz wykres wskazowy przekładnika prądowego przedstawiono na rys. 7.1. Przekładnik prądowy można traktować jako jednofazowy transformator o wymuszeniu prądowym. Przez uzwojenie pierwotne przekładnika przepływa prąd mierzony, a do zacisków uzwojenia wtórnego przyłączone są cewki prądowe aparatów pomiarowych i zabezpieczeniowych. Istotna różnica w warunkach pracy przekładnika prądowego i transformatora energetycznego polega na tym, że przekładnik prądowy pracuje w warunkach zbliżonych do stanu zwarcia uzwojenia wtórnego, gdyż łączna wartość impedancji przyłączonej do strony wtórnej nie przekracza kilku omów. Z analizy schematu zastępczego (rys. 7.1b) wynika, że przy małej wartości Z prąd magnesujący Im ma również małą wartość, gdyż poprzeczna gałąź magnesowania o znacznej wartości jest zwierana przez równoległą gałąź charakteryzującą obciążenie. W związku z tym indukcja magnetyczna w rdzeniu przekładnika i SEM wzbudzenia w uzwojeniu wtórnym są niewielkie – w warunkach normalnego obciążenia indukcja w rdzeniu wynosi od 0,2 do 0,4 T. Nadmierny wzrost impedancji obciążenia Z, a w skrajnym przypadku przerwanie tego obwodu, powoduje znaczny wzrost indukcji magnetycznej w rdzeniu, ponieważ cały prąd pierwotny staje się prądem magnesującym. Może wówczas nastąpić uszkodzenie cieplne przekładnika w wyniku występowania nadmiernych strat w stali rdzenia. Ponadto w uzwojeniu wtórnym indukuje się wysokie napięcie, niebezpieczne zarówno dla obsługi, jak i dla izolacji urządzeń przyłączonych do przekładnika. Dlatego też w warunkach eksploatacji przekładników prądowych obwód wtórny musi być wykonany starannie, tak aby nie wystąpiło otwarcie strony wtórnej przekładnika.
Stosunek znamionowego prądu pierwotnego I1n do wtórnego nazywamy przekładnią znamionową przekładnika
, (7.1)
gdzie: z1, z2 – liczby zwojów uzwojeń pierwotnego i wtórnego.
Na rysunku 7.1c przedstawiono wykres wskazowy przekładnika prądowego. Istnienie prądu magnesującego w przekładniku powoduje występowanie błędu transformacji prądu. Rozróżnia się błąd prądowy i kątowy przekładnika. Błędem prądowym DI nazywana jest różnica pomiędzy prądem wtórnym I2 pomnożonym przez przekładnię znamionową a prądem pierwotnym I1, wyrażona w procentach prądu pierwotnego
. (7.2)
Błąd kątowy di, wyrażony zwykle w minutach, jest to kąt między wskazem prądu wtórnego i wskazem prądu pierwotnego. Dodatni znak błędu oznacza, że wskaz prądu wtórnego wyprzedza wskaz prądu pierwotnego.
Błąd prądowy i kątowy przekładnika zależy ogólnie od wartości prądu pierwotnego oraz od obciążenia. Na rys. 7.2 przedstawiono przykładowe zależności błędu prądowego od prądu, a na rys. 7.3 zależność tych błędów od obciążenia uzwojenia wtórnego. Możliwości ograniczenia błędów są niewielkie. W zasadzie można je zmniejszyć przez ograniczenie obciążenia Z oraz powiększenie przenikalności magnetycznej m rdzenia. W rozwiązaniach konstrukcyjnych stosuje się podmagnesowanie rdzenia w celu przesunięcia punktu pracy przekładnika na charakterystyce magnesowania do zakresu większych wartości przenikalności. Do podmagnesowania wykorzystuje się prądy wtórne przekładnika, a więc skuteczność takiego rozwiązania zależy od wartości prądu wtórnego.
W przekładnikach, w których przekładnia jest ilorazem liczby zwojów uzwojenia wtórnego i pierwotnego, błąd jest zawsze ujemny. Przekładniki takie nazywa się nieskorygowanymi. Wprowadzenie poprawki zwojowej przez odjęcie pewnej liczby zwojów uzwojenia wtórnego z zachowaniem oznaczenia przekładni powoduje przesunięcie charakterystyki błędów w kierunku mniejszych wartości. Przekładniki takie są powszechnie stosowane i nazywa się je przekładnikami skorygowanymi.
Rys.7.2. Zależność uchybów przekładnika prą- Rys. 7.3. Zależność uchybów przekładnika prą-
dowego od prądu przy stałym obciążeniu uzwo- dowego od obciążenia uzwojenia wtórnego
jenia wtórnego przy stałym prądzie
Ze względu na zróżnicowanie wymagań co do dokładności transformacji i spodziewanego obciążenia rozróżnia się przekładniki pomiarowe przeznaczone do zasilania przyrządów pomiarowych oraz przekładniki zabezpieczeniowe do zasilania zabezpieczeń.
Jak wynika z rys. 7.3, dokładność przekładnika zależy od obciążenia. Zamiast impedancji stosuje się często moc przekładnika równą iloczynowi kwadratu prądu i impedancji obwodu wtórnego. Rozróżnia się przy tym moc pobieraną przez podłączone do obwodu wtórnego cewki przyrządów pomiarowych i zabezpieczeniowych oraz moc traconą w przewodach. Mocą znamionową przekładnika nazywa się największe obciążenie po stronie wtórnej, przy którym przekładnik spełnia jeszcze wymagania co do dopuszczalnych błędów dla danej klasy dokładności.
Błąd prądowy przekładnika przy obciążeniu znamionowym i przy znamionowym prądzie pierwotnym określa klasę dokładności przekładnika. Błędy przekładników pomiarowych są sprawdzane w zakresie od 10 do 120% prądu znamionowego, określonym jako zakres pracy normalnej. Również przeciążenie przekładnika mocą większą od jego mocy znamionowej powoduje wzrost błędów i pracę przekładnika w niższej klasie niż określona przez wytwórcę.
Przy zwarciach w sieci prąd w uzwojeniu pierwotnym przekładnika jest wielokrotnie większy od prądu znamionowego. Powoduje to silne nasycenie się rdzenia magnetycznego (rys. 7.4) i znaczny wzrost błędu. Zdolność przekładnika do transformacji dużych prądów charakteryzuje liczba przetężeniowa. Liczba przetężeniowa jest to krotność znamionowego prądu pierwotnego, przy której błąd prądowy osiąga wartość 10%.
Rys. 7.4. Krzywe zależności prądu wtórnego od prądu pierwotnego przekładników prądowych o
liczbie przetężeniowej 5 i 10
Do zasilania przyrządów pomiarowych przekładniki winny mieć liczbę przetężeniową małą, ponieważ wówczas przy niewielkiej krotności prądu pierwotnego występuje nasycenie rdzenia i prąd po stronie wtórnej jest ograniczony. Zabezpiecza to urządzenia pomiarowe przyłączone do strony wtórnej przed zniszczeniem. Przekładnik zasilający urządzenia zabezpieczające powinien mieć liczbę przetężeniową dużą, tak aby była stosunkowo duża dokładność transformowania prądów zakłóceniowych. Tak więc przekładniki służące do zasilania przyrządów pomiarowych nie mogą być stosowane lub mogą być stosowane w ograniczonym zakresie do zasilania zabezpieczeń. Z tych względów buduje się przekładniki wielordzeniowe, z dwoma lub trzema rdzeniami umieszczonymi we wspólnej obudowie. Poszczególne uzwojenia o różnej mocy, klasie dokładności i liczbie przetężeniowej są przeznaczone do zasilania różnych odbiorników. Zastosowanie takich przekładników pozwala uniknąć konieczności stosowania kilku przekładników jednordzeniowych.
Oprócz liczby przetężeniowej prądowej określa się liczbę przetężeniową wskazową jako krotność znamionowego prądu pierwotnego, przy której błąd przekładnika mieści się jeszcze w dopuszczalnych granicach.
Przekładniki prądowe są budowane na wszystkie znormalizowane napięcia znamionowe od 0,5 do 400 kV, dla wszystkich wartości znamionowych napięć sieci elektroenergetycznych występujących w tym przedziale. Prądy pierwotne przekładników wynoszą: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000 i 4000 A.
Znamionowe prądy wtórne przekładników prądowych wynoszą 1, 2 i 5 A, przy czym najczęściej stosowane są przekładniki ze znamionowym prądem wtórnym 5 A. Prądy 1 i 2 A stosowane są przy długich przewodach łączących przekładnik z urządzeniem zasilanym. Długie przewody występują w przypadku instalowania przekładników w rozdzielniach napowietrznych i przyrządów pomiarowych w nastawniach. Mniejszy prąd pozwala na zmniejszenie mocy traconej w przewodach. Wartości mocy znamionowych przekładników przy indukcyjnym współczynniku mocy 0,8 wynoszą: 2,5; 5; 10; 15; 30; 45; 60 i 90 VA. Znamionowe liczby przetężeniowe przekładników zabezpieczeniowych wynoszą 5, 10, 15, 20 i 30, a dla przekładników pomiarowych liczba przetężeniowa powinna być mniejsza niż 5. Przekładniki buduje się w klasach dokładności 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5, a przekładniki zabezpieczeniowe w klasach 5P i 10P.
Przekładniki mają określoną zwarciową wytrzymałość cieplną i elektrodynamiczną. Zwarciową wytrzymałość przekładników wyraża się w kiloamperach lub jako krotność znamionowego prądu pierwotnego. W zależności od konstrukcji wytrzymałość cieplna jednosekundowa krajowych przekładników wynosi od 60 do 240 I1n, natomiast wytrzymałość dynamiczna od 150 do 600 I1n.
b)
Rys.7.5. Przekładnik prądowy AOT52 firmy BBC; 1 – głowica, 2 – mieszek, 3 – zacisk pierwotny, 4 – izolator, 5 – uzwojenie pierwotne z izolacją główną, 6 – pierścień sterujący, 7 – zbiornik, 8 – skrzynka zaciskowa, 9 – rdzeń z uzwojeniami
wtórnymi
Istnieje duża różnorodność konstrukcji przekładników prądowych. Różnorodność ta wynika z szerokiego zakresu podstawowych parametrów technicznych, takich jak napięcie znamionowe, prąd znamionowy pierwotny, liczba przetężeniowa i wytrzymałość zwarciowa. Od wymagań napięciowych zależny jest rodzaj izolacji. Na izolację główną stosowane są takie materiały, jak: żywice epoksydowe, papier, bakelit, preszpan, porcelana oraz olej. Zasadniczą cechę konstrukcyjną przekładnika stanowią uzwojenia pierwotne oraz wtórne. Przykładową konstrukcję przekładnika prądowego w wykonaniu napowietrznym przedstawiono na rys. 7.5. Przekładniki o takiej konstrukcji budowane są na napięcia znamionowe od 45 do 220 kV. W przekładnikach zastosowano pojemnościowe sterowanie rozkładu pola elektrycznego za pomocą ekranów zakończonych specjalnymi pierścieniami. Zbiornik przekładnika jest dopasowany do jego wnętrza. Przełączanie uzwojenia pierwotnego odbywa się na zewnątrz przekładnika.
Konstrukcje przekładników prądowych przeznaczonych do pracy w warunkach wnętrzowych można podzielić na trzy zasadnicze grupy:
1. przepustowe (rys. 7.6),
2. szynowe (rys. 7.7),
Przekładniki wsporcze lub zwojnicowe charakteryzują się tym, że mają uzwojenie pierwotne wielozwojowe, są przystosowane do mocowania za podstawę do podłoża, a ich zaciski pierwotne, umieszczone najczęściej na jednym poziomie, są przystosowane do podłączenia szyn.
Rys. 7.6. Przekładnik Rys. 7.7. Przekładnik szynowy Rys. 7.8. Przekładnik wsporczy
przepustowy
Przekładniki przepustowe mają na ogół uzwojenie pierwotne w postaci jednego pręta zakończone zaciskami do przyłączenia szyn i są przystosowane do zamocowania do ściany. Istnieją konstrukcje przekładników przepustowych z uzwojeniem pierwotnym wielozwojowym.
Przekładniki szynowe nie mają własnego uzwojenia pierwotnego. Uzwojenie pierwotne stanowi szyna umieszczona w oknie przekładnika.
Przekładniki prądowe budowane są jako jednofazowe i są stosowane w sieciach trójfazowych w rozmaitych układach, w zależności od przeznaczenia. Poniżej omówiono najbardziej typowe układy przekładników.
Rys. 7.9. Układ gwiazdowy trzech przekładników Rys. 7.10. Układ V dwóch przekładników
prądowych w sieci trójfazowej prądowych w sieci trójfazowej
Rys. 7.11. Układ różnicowy do zabezpieczenia Rys. 7.12. Układ trzech przekładników do
transformatora; TR –transformator zabezpieczany zabezpieczenia od zwarć doziemnych
Układ gwiazdowy trzech przekładników (rys. 7.9) jest stosowany do zasilania obwodów prądowych zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych i odległościowych oraz do pomiarów. Uproszczonym układem jest układ V (rys. 7.10) z dwoma przekładnikami, stosowany głównie do zabezpieczeń. Zabezpieczenia zasilane z tego układu będą reagowały jedynie przy zwarciach międzyfazowych. Rysunek 7.11 przedstawia ideowy schemat układu różnicowego, stosowany często do zabezpieczeń transformatorów i generatorów. Do zabezpieczeń od zwarć doziemnych stosuje się układ przedstawiony na rys. 7.12.
Zasady doboru przekładników prądowych wymagają określenia następujących parametrów:
1. rodzaj konstrukcji,
2. napięcie znamionowe,
3. prąd znamionowy pierwotny i wtórny,
4. moc znamionowa,
5. klasa dokładności,
6. wytrzymałość cieplna zwarciowa,
7. wytrzymałość dynamiczna,
Rodzaj konstrukcji przekładnika (wnętrzowy, napowietrzny, w wykonaniu przeciwzabrudzeniowym itp.) powinien być odpowiedni do warunków środowiskowych w miejscu jego zainstalowania.
Napięcie znamionowe izolacji przekładnika Uni powinno być większe lub równe napięciu sieci Uns, czyli
.
Prąd znamionowy pierwotny przekładnika powinien być dobrany do prądu obciążenia Iobl określonego jako prąd znamionowy generatorów, transformatorów, w polach których przekładnik ma być instalowany, lub jako prąd obciążenia szczytowego linii. Ze względu na uchyby przekładnika pomiarowego powinny być spełnione zależności:
dla przekładników klas 0,2–1,
dla przekładników klasy 3.
Prąd znamionowy wtórny przekładnika dobiera się zazwyczaj równy 5 A. Tylko dla przekładników najwyższych napięć zalecane są wartości 2 lub 1 A.
Moc znamionowa przekładników, odpowiadająca wymaganej klasie dokładności, powinna być większa od obciążenia obwodu wtórnego. Obciążenie to ustala się jako sumę mocy pobieranej przez poszczególne mierniki i przyrządy oraz mocy traconej w przewodach łączących i rezystancjach styków. Przyjmuje się rezystancję styków 0,1 W dla obwodów rozdzielni napowietrznych i 0,05 W dla obwodów rozdzielni wnętrzowych.
Klasa dokładności przekładników powinna być odpowiednia do rodzaju i klasy mierników i przyrządów zainstalowanych w obwodach wtórnych. Klasa przekładnika powinna odpowiadać klasi...
plamka0801