Fejlesztések a zárlati méréstechnikában Fekete Ádám, Schmidt László, Szabó László, Dr. Varga László Varga Balázs Budapest, 2012.04.26 Villamos kapcsolókészülékek és berendezések szakmai nap
A zárlati méréstechnika fejlesztésese a 3D Motion Control Mérnökiroda Kft. és a VEIKI-VNL Kft. együttműködésével, a KMOP-1.1.4-09-2010-0067 számú pályázat keretein belül az Európai Unió és a Magyar Állam támogatásával valósult meg.
2
Tartalom • A zárlati áram (méréstechnikai) tulajdonsága • Zárlati áramok mérésének lehetőségei • Rogowski-tekercses árammérés elméleti alapja • Az új mérőrendszer kialakítása • A mérőrendszer kalibrálása
3
A zárlati áram • Erősen induktív jellegű, 90°-al késik a feszültséghez képest • Bekapcsolási időpillanattól függően DC komponenst tartalmaz
4
5
Zárlati áramok mérésének lehetőségei • Érzékelők
ÉRZÉKELŐK AV / A H
– Zárlati áramváltók – Zárlati söntök
L
K
k ShA l
FO / A
IA
UA0
AV / B H
K
L
k ShB
l
Próbatárgy FO / B
IB
UB0
AV / C H
K
L
k ShC
l
MS
RÖGZÍTŐ
• Rögzítők FO / C UC0
IC UA0 IA
UB0 IB
UC0 IC
Tranziens rekorder
– Oszcilloszkóp – Tranziens rekorder • nagy mintavételi frekv. • sok csatornás (6-16) • galvanikusan vagy optikailag leválasztott 6
Áramváltók
• A vasmagos áramváltók telítődésre hajlamosak
• A vasmag túlméretezése szükséges, ami jelentős méret és súlynövekedést okoz 7
Áramváltók
Mérete: 120 cm magas, 80 cm széles, Tömege: ~350 kg fix telepítésű 8
Zárlati söntök • A primer áramkör pontos ellenállású soros eleme • Működési elve: feszültségesés mérése az ellenálláson
• Hátrányai –az áramkör földelt pontjába kell elhelyezni –nagyságrendekben különböző áramok nem mérhetőek egyfajta sönttel 9
Zárlati söntök • A zárlati söntök szekunder feszültsége 2 V • kisebb szekunderfeszültség esetén romlik a a mérés jel/zaj viszonya • nagyobb ellenállás választása esetén nagyobb szekunderfeszültség érhető el, ezzel javul a jel/zaj viszony, DE ebben az esetben megnő a sönt termikus disszipációja • 50kA-es söntnél 125 kW hődisszipáció jelentkezik • (Csak 1 s időtartamig terhelhetőek)
10
Zárlati söntök Megoldás: több nagyságrendet átfogó söntkészletre van szükség (20A-50A-100A-200A-500A-1kA-2kA-5kA10kA-20kA-50kA)
50A
2kA
20kA
50kA 11
Zárlati söntök • Minél kisebb a zárlati sönt ellenállása, annál nagyobb a mérés fázishibája (τ = L / R) • 50A-es sönt esetén ~15µs, míg 50kA-es söntnél ~250µs • Koaxiális elrendezésű induktívszegény zárlati söntök alakhű jelátvitelre képesek • Hátrányuk: max. 0,1 s időtartamig terhelhetőek
12
Rogowski-tekercses árammérő rendszer fejlesztése Okok: • az áramváltók és söntök alkalmazási nehézségei • lépést kell tartani a technikai fejlődéssel • a jelenleg kapható rendszerek ára nagyon magas
13
Rogowski-tekercses árammérés elmélete • Sokmenetes légmagos toroid tekercs
A N µ0 l dI/dt
egyetlen kis hurok területe a menetszám a levegő permeabilitása a tekercs hossza a vezetőben folyó I áram időbeli differenciál hányadosa
14
Az új mérőrendszer kialakítása A tekercs elméleti és fizikális megvalósítása
15
Az új mérőrendszer kialakítása Az erősítő-integrátor egység elméleti és fizikális megvalósítása
Az erősítő változtatható fokozataival (1,2,5,10,20,50 kA/V) a zárlati próbák során előforduló teljes áramtartomány átfogható. 16
Az új mérőrendszer kialakítása A megvalósított integráló erősítő Bode-diagramja
0,2 Hz és 200 Hz között ideális integrátor 17
A mérőrendszer kalibrálása • Kalibrálás a 0,02% osztálypontosságú használati etalonnal 1-5 kA-es áramtartományban végeztük • A nagyobb áramtartományok fokozatainak kalibrálását a linearitás igazolása után külső fesültségforrásból végeztük. Az eredménye alapján a 0,5%-on belüli mérési pontosság 200 kA-ig terjeszthető ki. • A tranziens egyenáramú átvitel jóságának ellenőrzését koaxiális zárlati sönttel végeztük. Eredmény: szöghiba ±15 szögpercen belül van • 2012 február: STL (Short-circuit Testing Liasion) szervezet söntösszehasonlító körmérésén vettünk részt 18
A mérőrendszer kalibrálása Referencia sönt névleges paraméterei: 140kAeffektív – 0,1s
19
Összefoglalás • Nagy zárlati áramok a telítődés miatt jelalak torzulást okozhatnak az áramváltókkal végzett mérésben • A zárlati söntök alkalmazhatósága függ a zárlati áram időtartamától, azok termikus terhelési korlátai miatt • A nagysebességű adatrögzítők megjelenésével szükségessé vált a pontos egyenáramú tranziens átvitelére alkalmas árammérő elemek fejlesztése is • A 3D Motion Control Mérnökiroda Kft. és a VEIKI-VNL Kft. együttműködésének eredményeképpen egy háromfázisú és egy egyfázisú Rogowski-tekercses árammérő rendszer került bevezetésre a zárlati áramok mérésének mindennapjaiba
20
Köszönöm a figyelmet!
[email protected]
21
