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.