1. Wprowadzenie - Stowarzyszenie Elektryków Polskich

1 1 DOB R PRZEK ADNIK W NAPI CIOWYCH DO UK AD W POMIAROWYCH I ZABEZPIECZENIOWYCH mgr in . Katarzyna Strza ka Go uszka ELDES Krak w mgr in . Marcin Go uszka EP Krak w 1. Wprowadzenie Przek adniki napi ciowe s jednym z podstawowych element w uk ad w pomiarowych i zabezpieczeniowych. S to przetworniki przeznaczone do zasilania przyrz d w pomiarowych, miernik w, przeka nik w i innych podobnych aparat w, w kt rych w normalnych warunkach pracy napi cie wt rne jest praktycznie proporcjonalne do napi cia pierwotnego, a jego faza r ni si od fazy napi cia pierwotnego o k t, kt ry jest bliski zeru w przypadku odpowiedniego po czenia. Przek adniki napi cie s u do transformacji napi cia wysokiego na napi cia znormalizowane niskie zasilaj ce obwody napi ciowe przyrz d w pomiarowych, miernik w, licznik w energii i zabezpiecze przeka nikowych itp. W ostatnich latach dokonuje si du y post p rozwoju zastosowa cyfrowych urz dze pomiarowych i zabezpieczaj cych stanowi cych znacznie mniejsze obci enia dla przek adnik w, w por wnaniu ze stosowanymi wcze niej urz dzeniami elektromechanicznymi.

2 Wp ywa to w istotny spos b na dob r przek adnik w napi ciowych do uk ad w pomiarowych i zabezpieczeniowych. W niniejszym artykule przedstawiono podzia i podstawowe parametry przek adnik w napi ciowych (PN), wymagania og lne dotycz ce przek adnik w napi ciowych stosowanych w uk adach pomiarowo rozliczeniowych oraz zasady doboru PN przeznaczonych do uk ad w pomiarowych i zabezpieczeniowych. 2. Podzia przek adnik w napi ciowych Wyst puje bardzo du a r norodno przek adnik w napi ciowych pod wzgl dem ich wykonania, budowy i zasady dzia ania. W sieciach rednich i wysokich napi powszechne s przek adniki napi ciowe indukcyjne, pracuj ce w warunkach zbli onych do stanu ja owego transformatora (przy ma ym obci eniu). Przek adniki te powinny spe nia wymagania normy PN-EN 60044-2:2001 [6] oraz PN-EN 61869-3:2011 [7]. Zasad dzia ania oraz schemat zast pczy przek adnika napi ciowego indukcyjnego przedstawiono na rys. 1. 2 Rys. 1. Przek adnik napi ciowy: a) zasada dzia ania, b) schemat zast pczy (sprowadzony na stron wt rn ); N1, N2 liczba zwoj w uzwojenia pierwotnego i wt rnego; X1, X2, R1, R2 reaktancje i rezystancje uzwoje strony pierwotnej i wt rnej przek adnika; I pr d magnesuj cy, Zobc impedancja obci enia; I2 pr d obci enia.

3 Przek adniki napi ciowe indukcyjne budowane s przewa nie, jako jednofazowe. W uk adach tr jfazowych przek adniki takie czy si w odpowiedni uk ad (gwiazdowy uk ad V itp.) lub stosuje si przek adniki tr jfazowe. Du a r norodno przek adnik w napi ciowych indukcyjnych wynika g wnie z rodzaju izolacji uzwoje . Przek adniki na napi cia redniowysokie maj najcz ciej izolacj such porcelanow , wsp czesne konstrukcje izolacj z ywic epoksydowych. Najbardziej typowym rozwi zaniem dla napi wysokich jest izolacja papierowo olejowa, przy czym rdze z uzwojeniami jest umieszczony w zbiorniku z olejem transformatorowym. Alternatywnym rozwi zaniem s przek adniki z izolacj gazow (SF6) stosowan g wnie w rozdzielnicach os oni tych WN z SF6. Przek adniki napi ciowe indukcyjne SN s budowane jako: przek adniki izolowane dwubiegunowo do przy czenia mi dzy dwoma przewodami fazowymi (z pe n izolacj obu biegun w), oraz przek adniki izolowane jednobiegunowo (z jednym biegunem uziemionym) do w czenia na napi cie fazowe.

4 Na fot. 1 pokazany jest przek adnik napi ciowy SN izolowany dwubiegunowo, a na fot. 2. przek adnik izolowany jednobiegunowo [4]. 3 Fot. 1. Przek adnik napi ciowy SN izolowany dwubiegunowo Fot. 2. Przek adnik napi ciowy SN izolowany jednobiegunowo W zale no ci od liczby uzwoje wt rnych przek adniki indukcyjne napi ciowe mog posiada : jedno uzwojenie wt rne, wiele uzwoje wt rnych. W zale no ci od przeznaczenia przek adniki napi ciowe indukcyjne dziel si na: przek adniki napi ciowe do pomiar w, przeznaczone do zasilania przyrz d w wskazuj cych, licznik w i podobnych aparat w, przek adniki napi ciowe do zabezpiecze , przeznaczone do zasilania przeka nik w zabezpieczaj cych, przek adniki napi ciowe do pomiar w i zabezpiecze . W jednofazowych uziemionych przek adnikach napi ciowych indukcyjnych do zabezpiecze mo e wyst powa uzwojenia napi cia resztkowego, przewidziane do czenia w zestawie trzech jednofazowych przek adnik w w otwarty tr jk t w celu: 4 wytworzenia sk adowej zerowej napi cia w przypadku zwar z ziemi , t umienia drga ferrorezonansowych.

5 Przek adniki napi ciowe indukcyjne zgodnie z norm [6] produkowane s w trzech kategoriach temperaturowych podanych w tabeli 1. Tabela 1. Kategorie temperaturowe przek adnik w Kategoria Minimalna temperatura oC Maksymalna temperatura oC -5/40 -25/40 -40/40 -5 -25 -40 40 40 40 UWAGA Przy wyborze kategorii temperaturowej zaleca si wzi cie pod uwag warunk w przechowywania i transportu Zalecane wg [6] oznaczenia zacisk w indukcyjnych przek adnik w napi ciowych podano na rys. 2. Du e litery A,B,C i N oznaczaj zaciski uzwojenia pierwotnego, a ma ymi literami a,b,c i n oznaczone s odpowiadaj ce im zaciski uzwoje wt rnych. Literami A,B i C oznaczone s zaciski z pe n izolacj do ziemi, a liter N zacisk przeznaczony do uziemiania, kt rego izolacja jest obni ona w stosunku do izolacji pozosta ych zacisk w. Litery da i dn oznaczaj zaciski uzwojenia napi cia resztkowego. Rys. 2. Podstawowe uk ady i oznaczenia zacisk w napi ciowych: a) przek adnik jednofazowy, jednobiegunowy, dwuzwojeniowy b) przek adnik jednofazowy, dwubiegunowy, dwuzwojeniowy c) przek adnik tr jfazowy, jednobiegunowy, dwuzwojeniowy d) przek adnik tr jfazowy, dwubiegunowy, dwuzwojeniowy e) przek adnik tr jfazowy, jednobiegunowy, tr jzwojeniowy f) przek adnik kaskadowy, dwustopniowy, jednordzeniowy g) przek adnik pojemno ciowy 5 Du e koszty przek adnik w indukcyjnych, zw aszcza na najwy sze napi cia, sta y si przyczyn szukania innych rozwi za i opracowania przek adnik w pojemno ciowych.

6 Napi ciowy przek adnik pojemno ciowy sk ada si z dzielnika pojemno ciowego obni aj cego napi cie do warto ci po redniej (najcz ciej 10 20 kV) oraz przek adnika napi ciowego indukcyjnego transformuj cego napi cie po rednie na stron wt rn . Cz on pojemno ciowy i indukcyjny stanowi jedn ca o . W zale no ci od napi cia znamionowego przek adnik sk ada si z jednego lub kilku kondensator w w obudowie porcelanowej i indukcyjnego przek adnika z izolacj papierowo olejow oraz d awika, umieszczonych w dolnej cz ci zestawu. Nowoczesne przek adniki wysokich napi (w warunkach Polskich 110,220 i 400 kV) coraz cz ciej s budowane jako kombinowane cz ce dwa urz dzenia: przek adnik pr dowy i przek adnik napi ciowy indukcyjny. Korzy ich zastosowania polega na zmniejszeniu powierzchni zajmowanej przez te urz dzenia w stacji elektroenergetycznej, zmniejszeniu koszt w fundament w i konstrukcji wsporczych oraz mo liwo ci stosunkowo prostego wprowadzania dodatkowych punkt w pomiaru rozliczeniowego w istniej cych stacjach elektroenergetycznych.

7 3. Podstawowe parametry przek adnik w pr dowych Do podstawowych parametr w przek adnik w napi ciowych norma [6] zalicza: napi cie znamionowe pierwotne (U1n) - czyli warto napi cia pierwotnego, kt re wyst puje w oznaczeniu przek adnika i do kt rego odniesiona jest jego praca; napi cie znamionowe wt rne (U2n) - czyli warto napi cia wt rnego, kt re wyst puje w oznaczenia przek adnika i do kt rego odniesiona jest jego praca; przek adnia znamionowa (Kn) - czyli stosunek napi cia znamionowego pierwotnego do napi cia znamionowego wt rnego; nnnUUK21 (1) znamionowy poziom izolacji (Uni) - czyli kombinacja warto ci napi , kt re charakteryzuj izolacj przek adnika pod wzgl dem jej wytrzyma o ci dielektrycznej; moc znamionowa (Sn) czyli warto mocy pozornej (wyra ona w woltoamperach przy okre lonym wsp czynniku mocy), kt r przek adnik jest zdolny zasila obw d wt rny przy znamionowym napi ciu wt rnym i przy obci eniu znamionowym; klasa dok adno ci okre la dopuszczalne b dy przek adnika napi ciowego w okre lonych warunkach pracy; znamionowy wsp czynnik napi ciowy (Kn) czyli mno nik, kt ry nale y zastosowa do znamionowego napi cia pierwotnego w celu okre lenia najwy szego napi cia pierwotnego w celu okre lania najwy szego napi cia, przy kt rym przek adnik powinien zachowa wymagan wytrzyma o ciepln w okre lonym czasie i wymagan dok adno ci; cieplna moc graniczna (Sgr) czyli warto mocy pozornej odniesiona do napi cia znamionowego, kt ra mo e by pobierana z uzwojenia wt rnego zasilanego znamionowym napi ciem pierwotnym, bez przekroczenia dopuszczalnych przyrost w temperatury podanych w normie [6]; b d napi ciowy (b d przek adni) - czyli b d, kt ry przek adnik wprowadza do pomiaru napi cia, wynikaj cy z tego, e rzeczywista przek adnia nie jest r wna przek adni znamionowej.

8 B d napi ciowy wyra ony w procentach jest okre lony wzorem: 6 b d napi ciowy % = 100xUUUK ppsn w kt rym: Kn przek adnia znamionowa; Up rzeczywiste napi cie pierwotne; Us rzeczywiste napi cie wt rne odpowiadaj ce napi ciu Up w warunkach pomiaru. b d k towy czyli k t fazowy mi dzy wektorami napi cia pierwotnego i wt rnego; B d k towy wyra any w minutach lub centyradianach jest okre lony jako dodatni, je li wektor napi cia wt rnego wyprzedza wektor napi cia pierwotnego. 4. Wymagania og lne dotycz ce przek adnik w do uk ad w pomiarowo rozliczeniowych Wymagania dotycz ce uk ad w pomiarowo rozliczeniowych oraz uk ad w elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (AEZ) podaje Rozporz dzenie systemowe MG z , [9]. W odniesieniu do system w pomiarowo rozliczeniowych w Za czniku nr 1 do Rozporz dzenia wprowadzono wymagania aby: 1) przek adniki pr dowe i napi ciowe w uk adach pomiarowo rozliczeniowych kategorii 1 (o mocy co najmniej 30 MVA) powinny mie dwa rdzenie i dwa uzwojenia pomiarowe o klasie dok adno ci 0,2 s u ce do pomiaru energii elektrycznej; 2) przek adniki pr dowe i napi ciowe w uk adach pomiarowo rozliczeniowych kategorii 2 (o mocy w przedziale od 1 MVA do 30 MVA) oraz kategorii 3 (o mocy poni ej 1 MVA) powinny mie klas dok adno ci nie gorsz ni 0,5; 3) przek adniki pr dowe i napi ciowe w uk adach pomiarowo rozliczeniowych odbiorc w o mocy pobieranej nie mniejszej ni 800 kW lub rocznym zu yciu energii nie mniejszym ni 4 GWh powinny mie rdzenie uzwojenia pomiarowego o klasie dok adno ci nie gorszej ni 0,5 (zalecana klasa 0,2) s u ce do pomiaru energii czynnej.

9 4) przek adniki pr dowe i napi ciowe w uk adach pomiarowo rozliczeniowych odbiorc w o mocy pobieranej nie mniejszej ni 40 kW i nie wi kszej ni 800 kV lub rocznym zu yciu energii elektrycznej nie mniejszym ni 200 MWh i nie wi kszym ni 4 GWh powinny mie rdzenie uzwojenia pomiarowego o klasie dok adno ci nie gorszej ni 1 (zalecana klasa 0,5) s u ca do przemian energii czynnej. W uk adach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (AEZ) Rozporz dzenie [9] stawia wymagania, aby: 1) w polach element w sieci przesy owej stosowa przek adniki napi ciowe pojemno ciowe, indukcyjne lub kombinowane, posiadaj ce trzy uzwojenia wt rne przy czym trzecie po czone jest w uk adach otwartego tr jk ta. Uziemienia nr II i III wsp pracuj z uk adami i urz dzeniami AEZ (uzwojenie nr II klasy 3P, 7 uzwojenie nr III klasy 6P o mocach odpowiednich dla konkretnych obwod w i zasilanych urz dze ; 2) dob r pojemno ciowych i indukcyjnych przek adnik w napi ciowych oraz przek adnik w pr dowych w polach sieci przesy owych musi zapewnia sprawdzon prawid ow wsp prac z uk adami i urz dzeniami AEZ w miejscu ich zainstalowania.

10 Poni ej podano dodatkowe wymagania dotycz ce przek adnik w napi ciowych montowanych w rozliczeniowych uk adach pomiarowych: w rozliczeniowych uk adach pomiarowych nale y montowa tylko legalizowane przek adniki napi ciowe, kt re dostarcza i montuje w uk adzie pomiarowym dostawca, przek adniki pr dowe i napi ciowe w rozliczeniowych uk adach pomiarowych nie powinny mie po stronie uzwoje wt rnych przy czonych innych przyrz d w poza przyrz dami stanowi cymi elementy uk adu pomiarowego, moc przek adnik w pr dowych i napi ciowych powinna by dobrana prawid owo do obci enia ich obwod w wt rnych, tak aby obci enie to nie by o mniejsze ni 25% i wi ksze ni 100% ich mocy znamionowej. Nie jest dopuszczalne doci anie obwod w wt rnych przek adnik w pomiarowych rezystorami mocy. Moc przek adnik w powinna by prawid owo dobrana do obci enia ich obwod w wt rnych, oprzewodowanie uk adu pomiarowego nale y wykona jedno y owymi przewodami miedzianymi o przekroju nie mniejszym ni 1,5mm2.