Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Aparatura pomiarowa w energetyce

Aparatura pomiarowa w energetyce

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.

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio grudzień 2020

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich listopad 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów