curs 7_2016
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 curs 7_2016
1/35
Convertoare de intrare. Transformatoare de masurare
Clasificarea transformatoarelor de masurare:a) in functie de parametrul a carui valoare o reduce:
- transformatoare de masurare de curent (simbol C)
- transformatoare de masurare de tensiune (simbol T)
b) dupa numarul infasurarilor secundare:
- cu o singura infasurare secundara
- cu doua sau mai multe infasurari
-
8/16/2019 curs 7_2016
2/35
Clasificarea transformatoarelor de masurare:
c) dupa locul de montaj:- de interior (simbol I)
- de exterior (simbol E)
d) dupa felul izolatiei dintre infasurari:
- cu izolatie aer (uscat)
- cu izolatie u (simbol U)- cu izolatie portelan (simbol P)
- cu izolatie de turnare (simbol R)
e) dupa tensiunea retelei in care se conecteaza infasurarea primara:
- de inalta tensiune
- de medie tensiune- de joasa tensiune
f) dupa destinatie :
- pentru masurare ; pot fi de exactitate pe domeniu extins (simbol s)
- pentru protectie
-
8/16/2019 curs 7_2016
3/35
PRINCIPALELE CARACTERISTICI METROLOGICE:
- curentul nominal primar I 1n cu valorile : 5;10;15;20;25;30; 40;50;60;75A
precum si multiplii si submultiplii zecimali.
- Curentul nominal secundar I 2n 5 A si 1 A.
- tensiunea maxima de lucru U 1n - definita ca cea mai mare valoare
efectiva a tensiunii intre faze care poate apare la un moment dat la
bornele transformatorului de curent montat in retea, in conditii normale de
exploatare: 0,72; 1,2; 3,6; 7,2; 12; 36, 72,5; 145, 245kV
- raportul de transformare nominal k in – definit ca raportul intre curentul
nominal primar si curentul nominal secundar;
-
8/16/2019 curs 7_2016
4/35
100100100100%
2
1
2
1
1
12
1
11
i
iin
in
inmas
i
k
k k
I
I
I
I k
I
I I k
I
I I
- Clasa de exactitate exprimata prin erorile de raport si de unghi si
definite ca:
- eroarea de current (sau de raport)
- Eroare de unghi : reprezentand unghiul de defazaj dintre fazorul
curentul primar I1 si fazorul curentului I2, cand I2 este defazat
inaintea lui I1
-
8/16/2019 curs 7_2016
5/35
-
8/16/2019 curs 7_2016
6/35
Destinatia înfausrarii Coeficientul de saturatie
secundare Un = 0,5…55kV Un = 60…220kV
Masurare n15
n>10
Coeficientul de saturatie n
-
8/16/2019 curs 7_2016
7/35
-
8/16/2019 curs 7_2016
8/35
- Sarcina secundara nominal - este impedanta circuitului
secundar cu indicarea factorului de putere, pentru care se garanteaza
clasa de exactitate. De obicei se da puterea aparenta secundara
nominal a (VA), definite ca:
n Z
2
nS 2
2
222 nnn I Z S
-
8/16/2019 curs 7_2016
9/35
- Stabilitatea termica si dinamica trebuie avuta in vedere deoarecce
primarul transformatoarelor de current este conectat in serie in circuitele
recceptoarelor de energie si in cazuri de avarie cu rentul primar poate
depasi valoarea nominal.
undeet I i r T
t
sc sc sinsin2
Este diferenta defazajelor curentului si tensiunii fata de momentul
producerii scurtcircuitului
-
8/16/2019 curs 7_2016
10/35
- Curentul de stabilitate termica : It – definit ca valoarea efectiva a
celui mai mare current de sc care poate strabate infasurarea
primara timp de o secunda, cu secundarul in scurtcircuit, fara a
produce deteriorare termica a transformatorului.
60I1n, 80 I1n, 100 i1n, 120I2n
- Curentul de stabilitate dinamica este amplitudinea maxima a
curentului de scurtcirccuit primar ( in kA) al caruit effect
electrodinamic este suportat de catre transformator fara deteriorari,
cu secundarul in scurtcircuit
Id=2,5*It
-
8/16/2019 curs 7_2016
11/35
I
I
j R R
L
L L
L
j R R
L
L L
L
i i f s s s f s
( ) ( )
2
0
2
0
2
0
2
0
-
8/16/2019 curs 7_2016
12/35
Ecuatia solenatiilor :
N I N I N I 1 1 2 2 1 0
ce conduce în regim normal de functionare la un curent 00 I
indica în cazul regimului de mers în0
2 I
o crestere deosebita a curentului de magnetizare I I 0 1
Deoarece curentii din retele pot avea intervale mari de variatie si pentru a nu seschimba mereu transformatorul de masura, aceste aparate se pot construi cumai multe rapoarte de transformare. Obtinerea intervalelor multiple de masurarese poate realiza principal prin doua moduri diferite:
- pastrând solenatia constanta, când fie înfasurarea primara, fie ceasecundara, sunt realizate din mai multe sectiuni care se pot monta în serie sauparalel ;- constructia cu prize a înfasurarii primare sau a celei secundare.
-
8/16/2019 curs 7_2016
13/35
Din punct de vedere al izolatiei, pot fi cu izolatie: aer, ulei, portelan, rasini de
turnare.
Dupa numarul bornelor de IT, transformatoarele de masurare de tensiune se
construiesc in variantele :- Monopolar – cu o singura borna izolata si legata la o faza;
- Bipolar – cu doua borne izolate si legate la doua faze;
- Tripolar – cu trei borne izolate si legate la cele trei faze
CONVERTOARE DE INTRARE : TT
-
8/16/2019 curs 7_2016
14/35
Principalele caracteristici metrologice:
- tensiunea primara nominala U 1n cu valori : 0,38; 0,4; 0,5; 0,66; 3; 5; 6;
10; 15; 20; 30; 35; 60/ ; 110 ;220 ; 400 kV.
- tensiunea secundara nominala U 2n avand valorile: 110 V;100 V.
- tensiunea maxima de lucru U 1max = cea mai mare valoare efectiva a
tensiunii intre faze, care poate aparea la bornele primare, in conditii
normale:U 1max =1,2 U 1n
- Raportul de transformare nominal Kun
- Clasa de exactitate exprimata in cifre reprezinta notarea
conventionala a limitelor erorilor pe care transformatorul trebuie
sa le respecte in conditii date:
- eroarea de tensiune ( sau de raport)
-
8/16/2019 curs 7_2016
15/35
100100100100%
2
1
2
1
1
12
1
11
u
uun
un
unmas
u
k
k k
U
U
U
U k
U
U U k
U
U U
- Eroare de unghi : reprezentand unghiul de defazaj dintre fazorul
tensiunii din primar U1 si fazorul tensiunii U2, cand U2 este
defazat inaintea lui U1
- Puterea parenta seccundara nominal este puterea aparenta
exprimata in VA, pe care transformatorul o poate furniza circuitului
secundar, sub tensiunea secundara nominal, fara ca erorile sa
depaseasca valorile nominale admisibile:
10;15;25;50;100;200;400;500VA
-
8/16/2019 curs 7_2016
16/35
U
U
j R
L
L
L
j R
L
L
L
u u f f
1
1
0
1
0
1
0
1
0
-
8/16/2019 curs 7_2016
17/35
Din expresiile erorilor rezulta ca acestea cresc odata cu scaderea impedantei de sarcina
Z s
La mers în gol ideal Z s erorile sunt practic nule.
Deci regimul normal de functionare al transformatorului de masurare
de tensiune este regimul de mers în gol. Regimul de scurtcircuit este regimul de
avarie al transformatorului de tensiune. Explicarea acestor regimuri se poate realiza
cu ajutorul ecuatiei solenatiilor. In regim normal I 2 0
N I N I 1 1 1 0
10 I I
si deci înfasurarea primara este strabatuta de un curent aproximativ egal cu cel de
mers în gol.
Scurtcircuitarea secundarului determina aparitia unui curent primar de 10 …100 ori mai mare decât cel din regim
nominal, ceea ce conduce la arderea înfasurarii. Din acest motiv întotdeauna atât în primarul, cât si în secundarul
transformatorului de masurare de tensiune, se monteaza sigurante fuzibile.
-
8/16/2019 curs 7_2016
18/35
Conectarea transformatoarelor de masurare în circuite trifazate.In circuitele trifazate se realizeaza scheme de conexiuni care urmaresc
economia de aparate si de conductoare de legatura. Montajele sistematizate
utilizeaza n - 1 transformatoare de masurare, unde n este numarul de
conductoare ale circuitului trifazat.
a) C 3~ FCN
-
8/16/2019 curs 7_2016
19/35
I I I 1 2 3
0 I I I 1 2 3 0' ' '
I I
k in1
1' I
I
k in3
3'
I I I
I I
k
I
k in in2 1 3
1 3 2' ' '
-
8/16/2019 curs 7_2016
20/35
-
8/16/2019 curs 7_2016
21/35
-
8/16/2019 curs 7_2016
22/35
b) C 3~ CCN
-
8/16/2019 curs 7_2016
23/35
Transformatorul de măsurare de curent
-
8/16/2019 curs 7_2016
24/35
Transformatorul de măsurare de curent
Erorile tolerate ale transformatorului de măsurare de curent, c = 0,5:a) eroarea de raport; b) eroarea de unghi.
a) b)
Analiza comportării în domeniul frecvenţă
Expresiile pentru caracteristica amplitudine-frecvenţă şi fază-frecvenţă:
H L R r L L l
R r l L
( ) ( ) ( )
( ) ( )
2 2 2 2 2 2
2 2
( )
arctg
R r
L l
Se prezintă calitativ modul în care variază raportul de transformare funcţie de aceşti parametri :
-
8/16/2019 curs 7_2016
25/35
Se prezintă calitativ modul în care variază raportul de transformare funcţie de aceşti parametri :
Caracteristica amplitudine – frecventa, fază-frecvenţă
Alte soluţii pentru circuitul de intrare de curent
-
8/16/2019 curs 7_2016
26/35
Alte soluţii pentru circuitul de intrare de curent
Transformatoarele de curent fără miez magnetic
Transformatoarele electrooptice
Traductoare de curent bazate pe detectarea câmpului magnetic
Influenţa erorilor transformatoarelor de măsurare asupra măsurării puterii active
-
8/16/2019 curs 7_2016
27/35
-
8/16/2019 curs 7_2016
28/35
Traductoare Hall
Senzorul Hall masoara campul magnetic din jurul conductorului unde este pozitionat
un miez circular din material magnetic moale avand rolul de a concentra campul
magnetic. Elementul Hall care este plasat intr-un intrefier de aer furnizeaza o tensiune
proportionala cu curentul masurat. Acest senzor ofera o izolatie galvanica. Tensiunea
de iesire a elementului Hall este foarte mica si trebuie amplificata, iar senzitivitatea
este dependenta de temperatura si necesita compensari adecvate.
-
8/16/2019 curs 7_2016
29/35
Traductoare de curent cu senzori electro-optici: folosesc efectul Faraday - birefringenţa circulară produsă de câmpul magnetic asupra unui spot luminos cuaceeaşi direcţie cu a câmpului, într-un mediu transparent
α = V H l unde α este unghiul de rotaţie al planului de polarizare, V - constanta Verdet, H -câmpul electromagnetic şi l - lungimea liniilor de câmp. Constanta Verdet depindede indicele de refracţie n şi de raportul dintre sarcina şi masa electronului:Planul de polarizare liniară a luminii se roteşte atunci când lumina se propagă de -a
lungul unui câmp magnetic.
Cele mai importante surse ale erorilor acestui tip de
senzori sunt dependenţa de temperaturăa constantei Verdet şi a caracteristicilorgeometrice ale ansamblului traductor de curent.
-
8/16/2019 curs 7_2016
30/35
Puterea activă consumată real în circuitul primar este:
P U I U I 1 1 1 1 1 cos ,
iar puterea indicată de wattmetrul conectat în secundarul
transformatoarelor de măsurare are expresia:
P U I U I U I W U I 2 2 2 2 2 2cos , cos
Puterea activă din circuitul primar al transformatoarelor se poate scrie:
P k k P k k U I
m in un W in un U I 1 2 2 cos
-
8/16/2019 curs 7_2016
31/35
Eroarea relativă comisă la măsurarea puterii in circuit monofazat este:
P
P
P P
P
P
P
k k U I
U I
k I
I
k U
U
m m in un U I
in un U I
1
1
1 1
1
1
1
2 2
1 1
2
1
2
1
1 1
1
cos
cos
cos
cos
Conform definiţiilor erorilor de raport I şi U rezultă:
k I
I
in I
2
1
1
k U
U
unU
2
1
1 cos U I 1
tg U I U I
I U I U I tg tg U U I tg tg
P
P I U U I
1
1
100% % % tg
P
-
8/16/2019 curs 7_2016
32/35
tg0291,0%%%1
1
I U U I
P
P
Program de calcul realizat în mediul MATLAB
Transformatoare de măsurare având clasa de exactitate 0,5 şi 1.
Variaţia erorii relative maximela măsurarea puterii activecu transformatoare de măsurare
funcţie de variaţia curentului primar,la diferite valori ale factorului de putere
Graficul 3D privind eroare de
măsurare 11 P P
la variaţia curentului primar.
Se observă din graficele prezentate că la micşorarea
factorului de putere din reţea erorile relative 11 P P
cresc foarte mult.
Variaţia erorii relative maxime la măsurarea puterii active cu transformatoare demăsurare funcţie de variaţia factorului de putere, la diferite valori ale curentului
primar
-
8/16/2019 curs 7_2016
33/35
Eroarea relativă de măsurare datorată numai erorilor de unghi ale transformatoarelor de măsurare
tg0291.0% I U
Eroarea % în funcţie de defazajul şi de erorile iu , la măsurarea puterii active
Eroarea totală în cazul măsurării puterii reactive (energiei reactive) în regim sinusoidal, datorată existenţei
transformatoarelor de măsurare ctg0291.0%%%1
1 I U U I
Q
Q
0 grade
90 grade
Se pot observa erori ce depăşesc cu mult limitele admise în tarifareaenergiei, în special în zona curenţilor mici şi a sarcinilor cu consumredus de energie reactivă
Reprezentarea grafică a erorii
11 QQ
.
-
8/16/2019 curs 7_2016
34/35
Circuit trifazat
321
330330220220110110
330220110
coscoscos
Re
P P P P
I U I U I U I U I U I U P
I U I U I U P
Eroarea totală este :
)}30sin()(0291,0][)30cos(
)30sin()(0291,0][)30{cos(cos
1
3323233
1121211
I U U I W
I U U I W P
P
-
8/16/2019 curs 7_2016
35/35
În concluzie:
Erorile la măsurarea puterilor şi energiilor electrice în circuite trifazate depind de aparatele utilizate în schemelede măsurare (transformatoare de măsurare de curent şi de tensiune, wattmetre, varmetre, contoare).b) O primă componentă importantă ce condiţionează exactitatea măsurării o reprezintă aparatul de măsurat -
contorul de energie activă sau reactivă. Utilizarea, în prezent, a unor tipuri extrem de diverse de contoare, de inducţie,electronice sau digitale, face imposibilă o tratare unitară. Însă, indiferent de tipul aparatului, măsurarea unor mărimifoarte mici, departe de valorile nominale, se realizează cu erori ce pot depăşi cu mult pe cele de la sarcină nominală.
c) O altă sursă de erori la măsurarea energiei electrice este reprezentată de regimul de încărcare altransformatoarelor de măsurare. Dacă la transformatorul de măsurare de tensiune această problemă nu este acută
(tensiunea variind în limite mici faţă de valoarea nominală) , la transformatorul de curent apar erori importante lamăsurarea energiei, din cauza variaţiei curentului în limite largi faţă de valoarea nominală. Erorile de raport şi de unghi,
permise de norme, sunt mult mai mari la sarcini mici, departe de cele nominale, putând depăşi de peste 3 ori erorilespecifice clasei de exactitate la In.
d) O influenţă decisivă la creşterea erorii de măsurare o are unghiul de defazaj din circuit. Creşterea acestuiaconduce la creşterea erorilor, proporţional cu tangenta unghiului de defazaj.
e) O altă sursă de erori o reprezintă regimul nesinusoidal, tot mai prezent în sistemul energetic.Transformatoarele de măsurare introduc erori suplimentare în aceste situaţii, atât pentru raportul de transformare cât şi
pentru unghi.