Měření přístrojového transformátoru proudu (Předmět - BRZB)

Transkript

1 FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Měření přístrojového transformátoru proudu (Předmět - BRZB) Autoři textu: doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. Ing. Jan Novotný Ing. David Topolánek, Ph.D. Květen 2013 epower Inovace výuky elektroenergetiky a silnoproudé elektrotechniky formou e-learningu a rozšíření prakticky orientované výuky OP VK CZ.1.07/2.2.00/

2 Měření přístrojového transformátoru proudu 2 1 Měření přístrojového transformátoru proudu. Cíle úlohy: Díky konstrukci tohoto transformátoru dochází ke zkreslení sekundárního proudu a jeho špatné funkci. Hlavní význam, při určování této chyby, má jeho magnetický obvod. Aby se PTP mohl s ohledem na chybu měření vhodně použít, musíme znát jeho jmenovitý převod, třídu přesnosti a parametry jeho magnetizační charakteristiky (bod nasycení, nadproudové číslo). 1.1 Zadání Pro daný přístrojový transformátor proudu určete jeho třídy přesnosti, změřte jeho magnetizační charakteristiku a určete jeho body nasycení. 1) Určení třídy přesnosti PTP pomocí měřícího systému CPC100 určete chybu úhlu a proudu daného transformátoru a na základě naměřených chyb navrhněte třídu přesnosti PTP. Při měření zatěžujte transformátor břemenem 5VA a 10VA. Třídu přesnosti určete pro obě sekundární vinutí. 2) Určení bodu nasycení PTP pomocí CPC100 proměřte magnetizační charakteristiku obou sekundárních vinutí daného PTP a určete body nasycení dle ČSN EN a IEEE C Parametry zadaného transformátoru: Type: TPU SN: 1VLT Kneepoint S1 U/I: 7,69V/0,192A 80//5/5 A ext. 120% Kneepoint S2 U/I: 23,43V/0,089A 1S1-1S2 5VA cl.0,5 FS10 2S1-2S2 10VA cl.5p Teoretický rozbor Transformátor proudu nebo také přístrojový transformátor proudu PTP je zařízení, u něhož je za normálních podmínek sekundární proud úměrný primárnímu proudu a fázový posun sekundárního proudu vůči primárnímu je při vhodném zapojení roven nule. Díky konstrukci tohoto transformátoru dochází ke zkreslení sekundárního proudu a jeho špatné funkci Měření třídy přesnosti PTP Jedním ze znaků PTP je, že jeho primární proud I p, na rozdíl od sekundárního proudu I s, je nezávislý na velikosti zátěže Z b na výstupu. Vztah mezi primárním a sekundárním proudem je vyjádřen pomocí jmenovitého převodu K n, tento jmenovitý převod je vždy vyjádřen jako podíl jmenovitého primárního proudu I pn a jmenovitého sekundárního proudu I sn.

3 Měření přístrojového transformátoru proudu 3 K I např. K n = 100/5 A (1) n pn / I sn Na obrázku 1 je zobrazeno náhradní schéma transformátoru proudu, z tohoto schématu je zřejmé, že je PTP zatížen chybou. Tato chyba je způsobena magnetizačním proudem transformátoru i e, který způsobuje odchylku jmenovitého převodu od skutečného převodu. Tato chyba proudu (chyba převodu) [1] je vyjádřena v procentech vztahem (2) K I I 100 n s p i (2) I p Obr. 1: Náhradní schéma transformátoru proudu. Podobně jako chybu proudu definuje norma ČSN EN chybu úhlu i, jedná se o rozdíl fáze mezi fázory primárního a sekundárního proudu a považuje se za kladnou, jestliže fázor sekundárního proudu předchází fázor primárního proudu 1. Orientace fázorů proudů je volena tak, že u ideálního transformátoru je chyba nulová. Dále tato norma udává třídy přesnosti jistících i měřících transformátorů proudu, které udávají maximální chybu proudu v procentech při jmenovitém proudu. Maximální dovolené chyby proudu i úhlu jsou uvedeny v Tabulka 1 a Tabulka 2. Tabulka 1:Dovolené chyby proudu a úhlu měřících transformátorů. Tabulka 2:Dovolené chyby proudu a úhlu jistících transformátorů. 1 Tato definice je správná pouze pro střídavá napětí sinusového průběhu.

4 Měření přístrojového transformátoru proudu 4 Chyba PTP je přímo úměrná velikosti břemene transformátoru (břemeno se udává jako spotřebovaný zdánlivý výkon ve VA při stanoveném účiníku a při jmenovitém sekundárním proudu). Závislost této chyby na příčné impedanci Z e a břemenu Z b odvozená v [2] je vyjádřena vztahem (3). zb i j i rad (3) z z Při měření transformátoru proudu s více jádry se musí dbát na to, aby bylo vždy sekundární vinutí, na němž neprobíhá měření, zkratováno (sekundární vinutí PTP nesmí být provozováno ve stavu naprázdno). V případě nedodržení této podmínky se na sekundárním vinutí generují vysokonapěťové špičky. Tyto špičky mohou zničit nebo poškodit měřený transformátor, ale mnohem vážnější je nebezpečí úrazu. Dalším důvodem proč se nesmí provozovat sekundární vinutí naprázdno je vliv magnetizace. Bude-li provozován PTP s rozpojeným sekundárním vinutím dojde k magnetizaci PTP. Na obrázcích níže jsou vyneseny chyby úhlu i proudu společně s mezní hranicí třídy přesnosti. e b i [%] 1,5 1 0,5 Class 0,5 1S1-1S2 Burden 5VA 2S1-2S2 Burden 5VA 1S1-1S2 Burden 10VA 2S1-2S2 Burden 10VA Class 1 0-0,5-1 -1,5 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 I p /I pn [-] Obr. 2: Chyby proudu dvou jádrového PTP. i [%] Class 0,5 1S1-1S2 Burden 5VA 2S1-2S2 Burden 5VA 1S1-1S2 Burden 10VA 2S1-2S2 Burden 10VA Class ,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 I p /I pn [-] Obr. 3: Chyby úhlu dvou jádrového PTP.

5 Měření přístrojového transformátoru proudu Měření magnetizační charakteristiky Další důležitou charakteristikou PTP je magnetizační křivka. U skutečného PTP není lineární závislost mezi napětím E s a magnetizačním proudem I m, který je třeba pro vybuzení sekundárního proudu. Proto při zvýšení břemene je zapotřebí zvýšit i napětí E s tak, aby došlo k vybuzení vhodného sekundárního proudu. Toto napětí je však možné zvyšovat až k limitní hodnotě napětí E lim, po překročení této hodnoty napětí dojde k nasycení transformátoru a k jeho nesprávné funkci. 100,0V Es [V] 2S1-2S2 1S1-1S2 IEC/BS ANSI 30 ANSI 45 10,0V ANSI 30 ANSI 45 1,0V 0,001A 0,01A 0,1A 1,0A 10,0A I m [A] Obr. 4: Magnetizační charakteristiky PTP. Hodnota E lim je určena bodem nasycení. Tento bod je definován třemi základními způsoby: IEC/BS Dle IEC v tomto bodě nárůst napětí E s o 10% způsobí zvětšení magnetizačního proudu I m o 50%. ANSI 45 0 Dle IEEE C57.13 v tomto bodě je u magnetizační křivky vynesené pomocí logaritmických souřadnic tečna skloněna o 45 0 od proudové osy. ANSI 30 0 Úhel mezi tečnou a proudovou osou je Postup měření A) Měření třídy přesnosti PTP 1) Nastudujte štítkové údaje měřeného PTP, zda se shodují se zadanými a rozeznejte svorky sloužící pro jistící a měřící transformátor proudu 2) Spočítejte impedanci břemene Z b pro jmenovitá zatížení 5VA a 10VA. 3) Za asistence vyučujícího proveďte zapojení PTP dle schématu zobrazeného níže (pro orientaci jsou zde také popsány jednotlivé vstupy a výstupy

6 Měření přístrojového transformátoru proudu 6 Karta CTBurden (pro měření přesnosti PTP) Panel s proudovými a napěťovými výstupy potřebné pro zapojení schématu). Jako zátěž (BURDEN) připojte potenciometr. A druhé vinutí, na kterém se neprovádí měření (není zatíženo), zkratujte zkratovací svorkou. 4) Nastavte si na potenciometru (Burden) vypočtenou hodnotu Z b (5VA nebo Schéma zapojení pro měření třídy přesnosti PTP. 10VA). Panel s proudovými a napěťovými vstupy 5) Nejdříve změřte přesnost vinutí 1S1-1S2 pro jmenovité břemeno 5VA a poté i pro jmenovité břemeno 10VA. - Po správném zapojení zapněte CPC100 a vyčkejte náběhu systému - Na displeji se vám zobrazí karta Quick1, tuto kartu odstraňte (Delete card)

7 Měření přístrojového transformátoru proudu 7 - Vložte kartu pro měření převodu a břemene CTRatio (Insert card CT CTRatio) - Nastavte parametry karty: Range AC800A I prim 80A, I f 50Hz 5A I test 5A až 155A Parametr I test volte s krokem 10A od hodnoty 5A až po maximální hodnotu 155A. Sekundární proud Isec nesmí překročit hodnotu 10A. - Před provedením celého měření spusťte jedno měření s I test = 80A a zkontrolujte, zda tester naměřil správnou hodnotu břemene (Burden 5VA nebo 10VA), v případě že ne proveďte korekci na jmenovitou hodnotu - Nyní postupně vkládejte jednotlivé karty a měňte testovací proud ve výše zmiňovaném rozsahu 5A až 155A po deseti ampérech). Měření se spouští zeleným tlačítkem sec - Po dokončení měření uložte (ikona diskety na levé straně od hlavní obrazovky). - U dalšího měření lze využít stávajících (nastavených) karet a pomocí tlačítka Clear results resetovat výsledek měření a spustit test pro jiné vinutí nebo jiné břemeno. Po proměření všech testovacích hodnot proudu opět uložte. 6) Změřte přesnost vinutí 2S1-2S2 pro břemena 5VA a 10VA, podobně jako v předchozím bodě (zkratujte vinutí 1S1-1S2). B) Měření magnetizační charakteristiky a bodu nasycení PTP. 1) Za asistence vyučujícího proveďte zapojení PTP dle schématu zobrazeného níže.

8 Měření přístrojového transformátoru proudu 8 Schéma zapojení pro měření magnetizační charakteristiky PTP. Karta CTExcitation (pro měření magnetizační charakteristiky PTP) 2) Vymažte veškeré předchozí karty a vložte novou kartu CTExcitation (Insert card CT CTExcitation) 3) Proveďte demagnetizaci PTP (tlačítko Demag.) 4) Nastavte parametry karty na následující hodnoty: I max 10A, U max 50V, vyberte žádaný typ bodu nasycení (IEC, ANSI 45, ANSI30) a spusťte měření. Měření proveďte pro všechny tři body nasycení, jejichž hodnoty si poznamenejte do sešitu. 5) Odznačte v kartě automatické měření (Auto) a proměřte manuálně magnetizační charakteristiku obou vinutí, kterou si následně uložte. Při spuštění měření nastavujte kontrolním kolečkem hodnoty napětí (popřípadě proudu) a jeho stiskem ukládejte postupně body charakteristiky (dbejte na správné proměření kolene této charakteristiky) 1.4 Výsledné zpracování Uveďte výpočet břemena Z b. Naměřené a uložené hodnoty a charakteristiky otevřete v programu CPC Explorer. Z naměřených hodnot chyby fáze a proudu vyneste graf, který zobrazuje přesnost jednotlivých vinutí zatížených břemenem 5VA i 10VA, podobně jak je zobrazeno na obrázku 2 a 3. Vyneste v dvojitě logaritmických souřadnicích magnetizační charakteristiky vinutí a to do jednoho grafu, podobně jak na obrázku 4 a vyznačte všechny body nasycení. Naměřené hodnoty zpracujte do podobné tabulky (Tabulka 3): Měření I prim A 3,93 I sec A 0,24 úhel I sec 0 1,62 chyba proudu % -1,0117 I p /I np , chyba úhlu 97,2 Tabulka 3: Tabulka naměřených a vypočtených hodnot. 1.5 Závěr V závěru určete třídu přesnosti transformátoru (pro obě vinutí) a porovnejte ji se štítkovými údaji, zhodnoťte přesnost PTP i celého měření. Dále porovnejte naměřené body nasycení s jmenovitými a zhodnoťte je.

9 Měření přístrojového transformátoru proudu 9 LITERATURA [1] ČSN EN :2001 Přístrojové transformátory. Část 1: Transformátory proudu., listopad [2] DOHNÁLEK, P.: Ochrany pro průmysl a energetiku. SNTL Praha, 1991, 340 stran, ISBN [3] OMICRON: CPC100 Reference Manual. OMICRON, 2008 [4] ABB: Routine Test Report. Current Transformer. Production numer 1VLT Job NO.: Brno, 2006.