PL210220B1 - Przekładnik napięciowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest przekładnik napięciowy przeznaczony do stosowania w różnego rodzaju układach pomiarowych zwłaszcza w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Znane są z książki Józefa Żydanowicza „Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa podstawy zabezpieczeń elektroenergetycznych WNT Warszawa 1979 r - przekładniki napięcia wykorzystujące transformatory napięciowe. Przekładniki transformatorowe charakteryzują się znacznymi gabarytami, co w dobie stosowania mikroprocesorowych układów zabezpieczeń znacznie powiększa ciężar i rozmiary tych układów. Ponadto, z uwagi na wzrastające wraz z częstotliwością straty w rdzeniu oraz istniejące pojemności pasoż ytnicze, klasyczne przekładniki napięciowe nie przenoszą wiernie przebiegów napięć odkształconych co stanowi ich poważną wadę.

Istota przekładnika według wynalazku, polega na tym, że z zaciskami pomiarowymi mierzonego napięcia połączona jest równolegle cewka indukcyjna, korzystnie o dużej indukcyjności, natomiast przewód z prądem tej cewki indukcyjnej umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego połączonej z blokiem pomiarowym.

Zaletą przekładnika według wynalazku jest to, że pomiar napięcia dokonywany jest w sygnale wyjściowym cewki Rogowskiego. Izolowany galwanicznie od monitorowanego napięcia sygnał może stanowić wielkość kryterialną działania wielu układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Dodatkową zaletą przekładnika według wynalazku jest liniowość charakterystyki przenoszenia i wierność transformacji nie tylko podstawowej harmonicznej napięcia ale także jego wyż szych harmonicznych, co w dobie pomiarów związanych z określaniem jakości energii elektrycznej stanowi bardzo cenną właściwość.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest objaśniony na rysunku, który przedstawia schemat ideowy przekładnika napięciowego z cewką Rogowskiego.

Przekładnik, napięciowy charakteryzuje się tym, że z zaciskami pomiarowymi mierzonego napięcia u (t) połączona jest równolegle cewka indukcyjna L o dużej indukcyjności. Przewód z prądem i (t) tej cewki L umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego CR połączonej z blokiem pomiarowym P. Przewód z prądem i (t) umieszczony w oknie cewki Rogowskiego CR, indukuje sygnał napięciowy e (t) proporcjonalny do napięcia a stanowiący sygnał pomiarowy bloku pomiarowego P układu elektroenergetycznego automatyki zabezpieczeniowej.

W cewce Rogowskiego o liczbie zwojów z, sprzężonych z obwodem pierwotnym (stanowiącym jeden zwój) pod wpływem zmian strumienia φ wywołanego przepływającym prądem i (t) w przewodzie prądowym indukuje się siła elektromotoryczna e(t):

_z „ dtb a,,· z S di , . di e(Z) = z—= —--= M — dt 1π -r dt dt gdzie: z - liczba zwojów cewki Rogowskiego, μ0 - przenikalność magnetyczna powietrza,

S - pole przekroju cewki, r - odległość osi cewki od obwodu pierwotnego,

M - indukcyjność wzajemna.

Wzrastająca liczba odbiorników nieliniowych sprawia, że przebiegi napięć sieci są odkształcone od sinusoidy i zawierają wyższe harmoniczne. Rozkładając odkształcony przebieg napięcia u (t) w szereg Fouriera można napisać:

u (t) = υο+υΐη₁χ5Ϊη(ωί+ψι)+υ₂ηιΧ8Ϊη(2ωί+ψ2)+υ3ηιΧ8Ϊη(3ωί+ψ3)+

................+U_km^xsin(ko)t+\|/_k),

CO

U(t) = ^^Ukm-^sin(^k-^{tOt +} Vk) k=0 gdzie: ψ< - faza początkowa k-tej harmonicznej napięcia.

PL 210 220 B1

W układzie przekładnika, według wynalazku, prą d i(t) zawiera wszystkie harmoniczne występujące w odkształconym napięciu fazowym ua(t) sieci co można zapisać jako:

i (t) = I_o +Ιι_ηιχ8Ϊη(ωΐ+ψι-π/2)+Ι_2πιΧ5Ϊη(2ωί+ψ2-π/2)+ΐ3_ηιχ8Ϊη(3ωί+ψ3-π/2) +

........+Ikm^xsin(k<Ot+\|/k-7i:/2), gdzie: l0 - składowa stała prądu i (t);

I1m - ampłituda pierwszej harmonicznej prądu ia (t);

lim = ^U1m^/XL1 = ^U1m^/lBL^;

XL1 - reaktancja indukcyjności L dla pierwszej harmonicznej; lkm - amplituda k-tej harmonicznej prądu ia (t),

Ikm = ^Ukm^/XLk = ^Ukm^{/k x}

Przy pominięciu składowej stałej lo przebieg prądu i (t) można wyrazić ogólnym zapisem:

OO i(t) = S^Ikm '^Sin k=l

a po przekształ ceniu:

^i(t)=&4-“^t+v‘4

Napięcie e (t) indukowane w cewce Rogowskiego od prądu i (t) można zapisać jako:

Ostatecznie

M ^x e (t) = — L^ukm-sin(k-rot + v_k). L _k=i

Z powyż ej zależności wynika że napięcie ea (t) indukowane w cewce Rogowskiego od prądu i (t) ma identyczny przebieg jak odkształcone napięcie fazowe u (t), przy czym amplitudy wszystkich harmonicznych zmniejszone są o stałą wartość M/L będącą przekładnią przekładnika.

Claims (1)

1. Przekładnik napięciowy, znamienny tym, że z zaciskami pomiarowymi mierzonego napięcia (u (t)) połączona jest równolegle cewka indukcyjna (L), korzystnie o dużej indukcyjności, natomiast przewód z prądem (i (t)) tej cewki indukcyjnej (L) umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego (CR) połączonej z blokiem pomiarowym (P).