PL205002B1 - Przekładnik napięciowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przekładnik napięciowy, znajdujący zastosowanie zwłaszcza w sieciach ś redniego napięcia.

Znane przekładniki napięciowe wyposażone są w rdzenie magnetyczne o dużej przenikalności magnetycznej i niskiej stratności magnetycznej. Rdzenie przekładników napięciowych nie zawierają szczeliny powietrznej ze względu na jej niekorzystny wpływ na parametry metrologiczne przekładnika, w szczególnoś ci na jego b łąd fazowy.

Jednakże szczeliny powietrzne w rdzeniu magnetycznym transformatorów i dławików są powszechnie stosowane, w celu unikania nasycania rdzenia w przypadku obecności składowej stałej napięcia. Szczeliny powietrzne wykonywane są również w rdzeniach przekładników prądowych, w celu uzyskania przekładników umoż liwiających pomiary stanów przejściowych podczas których występuje składowa stała prądu.

Znane są również rdzenie magnetyczne zawierające szczelinę w materiale magnetycznym, ale szczelina ta w przypadku rdzeni dla przekładników napięciowych wypełniona jest wstawką magnetyczną.

Przykładowe rozwiązanie konstrukcyjne takiego rdzenia przedstawione jest w polskim zgłoszeniu patentowym P-363815. Wstawkę magnetyczną stosuje się w tym przypadku do tłumienia stanów ferrorezonansowych rdzenia ferromagnetycznego. Wstawka magnetyczna wykonana jest z materiału magnetycznego miękkiego, który charakteryzuje się innymi parametrami magnetycznymi w porównaniu z parametrami magnetycznymi ferromagnetycznego korpusu rdzenia.

Przekładniki napięciowe zawierające rdzenie bezszczelinowe o wysokiej przenikalności magnetycznej, pozwalają na konstrukcje przekładników o zwartej budowie i wysokich klasach pomiarowych. Jednakże rdzenie takich przekładników ulegają nasyceniu przy niewielkiej wartości prądu uzwojenia. Obecność nawet niewielkiej wartości składowej stałej w napięciu powoduje duże przesunięcie punktu pracy przekładnika i możliwość nasycania rdzenia nawet w przypadku, gdy składowa przemienna napięcia nie przekracza wartości znamionowej. Skutkuje to powstaniem znacznych błędów pomiarowych, jak również zwiększeniem wartości skutecznej prądu przekładnika, co w konsekwencji prowadzić może do uszkodzenia cieplnego uzwojenia. Ponadto, łatwość wprowadzenia rdzenia przekładnika w stan nasycenia w przypadku wystą pienia zaburzeń w sieci energetycznej powoduje niebezpieczeń stwo wzbudzenia stanu ferrorezonansowego, zwłaszcza w sieciach z izolowanym punktem gwiazdowym. Wprowadzenie szczeliny powietrznej do rdzenia magnetycznego spowoduje uniknięcie problemu przeciążenia prądowego uzwojenia pierwotnego przekładnika napięciowego, ale obecność tej szczeliny spowoduje powstanie błędu fazowego co w praktyce uniemożliwia spełnienie wymagań dotyczących klasy pomiarowej, zwłaszcza klasy 0.5 oraz 0.2.

Istotą przekładnika napięciowego, zawierającego rdzeń magnetyczny z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, którego uzwojenie pierwotne wyposażone jest w zaciski do których przyłącza się przewody sieci energetycznej, zaś uzwojenie wtórne wyposażone jest w zaciski służące do przyłączania wejść układu pomiarowego jest to, że w rdzeniu magnetycznym wykonana jest szczelina powietrzna, a do uzwojenia wtórnego rdzenia magnetycznego włączony jest równolegle układ kompensacji fazy, którego wyjścia połączone są z zaciskami uzwojenia wtórnego.

Korzystnie układ kompensacji fazy zawiera kondensator.

Korzystnie szczelina powietrzna, ma grubość mniejszą niż 1 mm.

Korzystnie szczelina powietrzna usytuowana jest poprzecznie do kierunku strumienia pola magnetycznego w rdzeniu magnetycznym.

Zaletą przekładnika według wynalazku jest zwiększenie odporności przekładnika napięciowego na obecność, w sposób przejściowy lub trwały, składowej stałej w napięciu na zaciskach uzwojenia pierwotnego przekładnika, co uzyskuje się przez zwiększenie reluktancji rdzenia. Z kolei zwiększenie reluktancji rdzenia magnetycznego uzyskuje się dzięki zastosowaniu szczeliny powietrznej, przy jednoczesnym zachowaniu wysokich parametrów metrologicznych przez zastosowanie układu korekcji fazy. Pozwala to na zbudowanie przekładnika spełniającego wymogi klasy 0.5 oraz 0.2 o zmniejszonej, w stosunku do tradycyjnej konstrukcji, awaryjności spowodowanej uszkodzeniami cieplnymi uzwojenia pierwotnego.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie pomiarowe w postaci przekładnika napięciowego w widoku, fig. 2 - charakterystykę prądowo-napięciową przekładnika, a fig. 3 - wykres błędu fazowego przekładnika.

PL 205 002 B1

Urządzenie pomiarowe w postaci przekładnika napięciowego 1 zawiera rdzeń ferromagnetyczny 2 o kształcie prostokątnym oraz uzwojenia pierwotne 3 i wtórne 4, które nawinięte są koncentrycznie na jedno z ramion rdzenia 2. W rdzeniu 2 uformowana jest poprzeczna szczelina powietrzna 5. Pierwszy z zacisków uzwojenia pierwotnego 3 podłączony jest do przewodu fazowego sieci energetycznej, zaś drugi z zacisków uzwojenia pierwotnego 3 podłączony jest do potencjału ziemi. Do obwodu uzwojenia wtórnego 4 przyłączony jest równolegle obwód układu kompensacji fazy 6, zaś do wyjść obwodu układu kompensacji fazy 6, przyłączone są wejścia układu pomiarowego 7. Układ kompensacji fazy 6 ma tak dobrane parametry pracy, że podczas eksploatacji przekładnika napięciowego powoduje się przesunięcie fazy napięcia z uzwojenia wtórnego 4 przekładnika 1, o kąt równy co do wartości błędowi fazowemu przekładnika 1 i przeciwny co do znaku.

W układzie kompensacji fazy 6, jako jedno z możliwych wykonań, stosuje się kondensator. Dla przekładników napięciowych o klasie pomiarowej 0.5 i 0.2 szczelina powietrzna wykonana w rdzeniu ferromagnetycznym 1 ma grubość mniejszą od 1 mm.

Wpływ obecności szczeliny powietrznej 4 na wypadkową charakterystykę magnesowania rdzenia 1 zobrazowany jest na fig. 2, na której przedstawione są dwie krzywe C1 i C2, stanowiące przykładowe charakterystyki prądowo-napięciowe (I -natężenie prądu, U - napięcie prądu) dla przekładników o tej samej liczbie zwojów, przy czym krzywa C1 dotyczy przekładnika z rdzeniem bez szczeliny powietrznej, a krzywa C2 dotyczy przekładnika z rdzeniem ze szczeliną. Z przedstawionych wykresów widać, iż zastosowanie szczeliny 5 powoduje zmianę kształtu charakterystyki przekładnika, polegającą na znacznym zmniejszeniu stromości charakterystyki w przypadku zastosowania szczeliny powietrznej.

Na fig. 3 uwidoczniony jest wpływ szczeliny powietrznej o grubości 0.6 mm i układu kompensacji fazy, dla przykładowego przekładnika napięciowego w zależności od obciążenia dla szczeliny, gdzie linia 1 - pokazuje wartość błędu fazowego przekładnika bez szczeliny, linia 2 - pokazuje wartość błędu fazowego przekładnika ze szczeliną, ale bez układu kompensacji fazy, a linia 3 - pokazuje wartość błędu fazowego przekładnika ze szczeliną i układem kompensacji fazy. Przyłączenie układu kompensacji fazy 6 do uzwojenia wtórnego 4 przekładnika napięciowego, powoduje usunięcie efektu powstania błędu fazowego wynikającego z przedstawionej zmiany charakterystyki.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Przekładnik napięciowy, zawierający rdzeń magnetyczny z uzwojeniem pierwotnym i co najmniej jednym uzwojeniem wtórnym, w którym uzwojenie pierwotne wyposażone jest w zaciski, do których przyłącza się przewody sieci energetycznej, zaś uzwojenie wtórne wyposażone jest w zaciski służące do przyłączania wejść układu pomiarowego, znamienny tym, że w rdzeniu magnetycznym (2) wykonana jest szczelina powietrzna (5), a do zacisków uzwojenia wtórnego (4) włączony jest równolegle układ kompensacji fazy (6).

2. Przekładnik napięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że układ kompensacji fazy (6) zawiera kondensator.

3. Przekładnik napięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina powietrzna (5) ma grubość mniejszą od 1 mm.

4. Przekładnik napięciowy według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina powietrzna (5) usytuowana jest poprzecznie do kierunku strumienia pola magnetycznego w rdzeniu magnetycznym (2).