Aparatura pomiarowa w energetyce

Aparatura pomiarowa w energetyce
Pobierz PDF Download icon

Każdy elektronik, w swojej praktyce, ma do czynienia z pomiarami wielkości elektrycznych. Typowe uniwersalne przyrządy pomiarowe potrafią mierzyć napięcie i prąd, stały i przemienny, oraz rezystancję. W bardziej rozbudowanych multimetrach pojawia się możliwość pomiaru częstotliwości, pojemności kondensatorów, indukcyjności i wzmocnienia prądowego tranzystorów. Zaawansowane pomiary umożliwia oscyloskop. Nowoczesne oscyloskopy cyfrowe, oprócz obserwowania kształtu sygnału, mierzą okres i częstotliwości sygnałów okresowych, przesunięcie fazowe, długość impulsów, amplitudę sygnału, itp. Zmierzone wartości mogą być wyświetlane w postaci cyfrowej na ekranie, a pomiar ułatwiają wyświetlane kursory. W wielu przypadkach rozbudowany multimetr i oscyloskop cyfrowy spełniają w 100% potrzeby pomiarowe w pracowni elektronika, ale będą niewystarczające do pomiaru instalacji energetycznych.

Spis treści

Pomiary w energetyce dotyczą również wielkości elektrycznych, ale ze względu na zakresy występujących tam napięć i przepływających prądów do pomiarów używa się specjalizowanej aparatury pomiarowej. Trzeba również pamiętać, że w energetycznych systemach przesyłowych występuje, niemal wyłącznie, trójfazowe napięcie przemienne. Nawet napięcie stałe z paneli fotowoltaicznych jest przekształcane w układach falowników na napięcie przemienne.

System energetyczny ma za zadanie wytworzenie energii elektrycznej, a potem przesłanie jej do odbiorców. Moc energii elektrycznej to w uproszczeniu iloraz napięcia i prądu. Przy dużych mocach mogą się pojawić w długich liniach energetycznych straty energii spowodowane rezystancją przewodów. Tracona energia zamienia się nieodwracalnie w ciepło. Rezystancję linii przesyłowej można ograniczać, stosując większe przekroje przewodów i metale o małym oporze właściwym. W obu przypadkach koszty linii bardzo rosną ze względu na cenę przewodów miedzianych o dużym przekroju i koszty słupów i izolatorów, które musiałyby udźwignąć ciężkie przewody o dużym przekroju. Dlatego, żeby ograniczyć przepływ prądu przy określonej mocy, podnosi się napięcie.

Napięcia w liniach energetycznych przesyłających duże moce mogą mieć wartości nawet do 400 kV. Poza tym spotyka się wartości 220 kV i 110 kV.

Takie linie nazywa się liniami najwyższych napięć (NN). Im dalej od głównych źródeł zasilania, tym napięcia są niższe. W bardzo rozbudowanej sieci średniego napięcia, w większości przypadków, występuje napięcie 15 kV, ale spotyka się też wartości 6 kV, 20 kV czy 30 kV. Końcowy odbiorca indywidualny i przemysłowy korzysta z sieci trójfazowej lub jednofazowej o napięciu 0,4 kV/0,23 kV. Prądy robocze płynące w liniach energetycznych mogą mieć wartości setek amperów, a prądy zwarciowe to kiloampery. Takie zakresy wartości wymagają specjalnych technik pomiarowych.

Przekładniki napięciowe

Klasyczny pomiar napięcia multimetrem polega na ręcznym lub automatycznym wyborze zakresu pomiarowego i podłączeniu przewodów pomiarowych do punktu pomiaru i odczytaniu zmierzonej wartości na wyświetlaczu lub skali miernika analogowego. Tak również możemy mierzyć parametry w sieciach niskiego napięcia. W przypadku bardzo wysokich i średnich napięć, ze względu na możliwość porażenia przez łuk elektryczny, do pomiarów zarówno napięć, jak i prądów stosuje się odpowiednio zaprojektowane sensory pomiarowe. Najstarszymi i najczęściej stosowanymi sensorami są przekładniki napięciowe i prądowe.

Przekładnik napięciowy to klasyczny transformator o specjalnej konstrukcji zapewniającej wymaganą izolację pomiędzy uzwojeniem pierwotnym włączanym w obwód wysokiego napięcia i pomiarowym uzwojeniem wtórnym. Przekładnik może być jednofazowy lub trójfazowy i pracuje w stanie jałowym (bez obciążenia). Układ mierzący napięcie wtórne przekładnika napięciowego musi mieć odpowiednio dużą impedancję wejściową. Napięcie na wyjściu jest znormalizowane i wynosi 100 V dla przekładnika jednofazowego i 100/√3 V dla przekładnika trójfazowego. Parametry techniczne to przekładnia, moc (maksymalna moc, którą można go obciążyć, by mierzył zgodnie z klasą dokładności) i klasa dokładności.

Fotografia 1. Przykładowy przekładnik napięciowy wnętrzowy UDZ24-1 produkcji ABB

Na fotografii 1 pokazano wygląd jednobiegunowego przekładnika na napięcie 24 kV produkowanego przez firmę ABB, o następujących parametrach znamionowych:

  • maksymalny poziom izolacji: 24/50/125 kV,
  • znamionowe napięcie pierwotne: (1...22): √3 kV,
  • znamionowe napięcie wtórne:
    • pomiarowe – (100; 110; 200; 220 lub 380): √3 V,
    • dodatkowe – 100:3 lub 110:3 V,
  • moc znamionowa/klasa uzwojenia pomiarowego [VA]: do 50/klasa 0,2; do 125/klasa 0,5; do 250/klasa 1,
  • moc znamionowa/klasa uzwojenia zabezpieczeniowego [VA]: 30/3P; 50/6P,
  • klasa izolacji: E.

Napięcie wtórne może być mierzone przez analogowy miernik elektromagnetyczny wyskalowany w kilowoltach. Taki pomiar kiedyś chętnie stosowany na stacjach energetycznych, nie jest obecnie spotykany, a napięcie wtórne z przekładników napięciowych jest mierzone przez cyfrowe układy pomiarowe.

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień - październik 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów