Optikai áram- és feszültségmérők alállomások számára

Korszerű energetikai berendezések

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 44. k. 12. sz. 2005. p. 63–67.

Korszerű energetikai berendezések

Optikai áram- és feszültségmérők alállomások számára Az optikai elven működő mérőátalakítók a hagyományos mérőeszközök számos hátrányát kiküszöbölhetik: ilyen például a telítődés, a ferrorezonancia és a pontosság ingadozása. A kezdeti optikai konstrukciók be is váltották ezeket az elvárásokat, de sajnálatos módon más hasonló hibák léptek fel, elsősorban a hőfokfüggés, a rezgésérzékenység és a stabilitási problémák miatt. Az osztrák eredetű VA Tech nevű nemzetközi cégcsoportnak új műszaki megoldások révén (legalábbis a gyártó szerint) sikerült ezeket a nehézségeket kiküszöbölni, és az alállomásokon széles körben használható optikai mérőátalakítókat létrehozni.

Tárgyszavak: árammérő; feszültségmérő; alállomás; mérőváltó; optikai mérőátalakító.

Az optikai elven működő mérőátalakítók a

szöbölni, és az alállomásokon széles körben

hagyományos mérőeszközök számos hátrányát

használható optikai mérőátalakítókat létrehozni.

kiküszöbölhetik: ilyen például a telítődés, a ferrorezonancia és a pontosság ingadozása. A

Az alkalmazás lehetőségei

kezdeti optikai konstrukciók be is váltották ezeket az elvárásokat, de sajnálatos módon más hasonló hibák léptek fel, elsősorban a

A fő alkalmazási terület a fogyasztás vagy be-

hőfokfüggés, a rezgésérzékenység és a stabili-

táplálás mérése alállomásokon, nagyfogyasz-

tási problémák miatt. Az osztrák eredetű VA

tóknál és az Európa nyugati felén egyre elter-

Tech nevű nemzetközi cégcsoportnak új mű-

jedtebb helyi, független energiatermelőknél

szaki megoldások révén (legalábbis a gyártó

(IPP, independent power producer). Az energia

szerint) sikerült ezeket a nehézségeket kikü-

mérése az optikai módszerek révén nagyon

63

Korszerű energetikai berendezések

nagy pontossággal, széles áramtartományban

pontos működésre. A mért mennyiségek frek-

válik lehetővé. Ez különösen fontos a szélerő-

venciája is tág határok között változhat, mivel

művek és más független energiatermelők esetén,

az optika érzéketlen a frekvenciára: egyenáram-

ahol az energiamérés a transzformátor nagyfe-

tól 75 kHz-ig terjedhet a jelfrekvencia. A ha-

szültségű oldalán ellenőrizhetővé teszi a betáp-

gyományos megoldásoknál külön mérőváltókra

lált és vételezett energia egyenlegének számlá-

van szükség a védelemre, így egy kombinált

zását. Az új eljárás jelentős előnye a nagy méré-

optikai áram- és feszültségmérő egység négy

si pontosság a szélsőségesen nagy mérési tarto-

hagyományos egységet vált ki. Ez a méretek és

mányban. A mérés elvét az 1. ábra, a pontossá-

a tömeg csökkenéséhez vezet, kisebb a helyfog-

got a 2. ábra szemlélteti. Árammérés esetén a

lalás. Az eszközöket nemcsak különállóan ter-

specifikált pontosság már 1 mA (szekunder)

vezik értékesíteni, hanem erősáramú berendezé-

áram esetén elérhető, és ugyanaz az eszköz ké-

sekkel integrált módon is. Ebbe az irányba mu-

pes 170 kA nagyságú zárlati áramok mérésére

tat egy kanadai céggel közös fejlesztés, amely-

is, megfelelő elektromos átütési szilárdság mel-

nek során levegőszigetelésű megszakítókba

lett. A legnagyobb mérhető áram nagysága 400

(AIS, air insulated switchgear) építik be az opti-

kAcsúcs, akár egyenáram, akár váltakozóáram

kai áram- és feszültségmérőket. Ez a konstruk-

esetén. Az optikai feszültségmérők a névleges

ció már sikeresen túlesett a típusvizsgálaton,

feszültség 2%-a és 200%-a között képesek a

sorozatgyártása megindult.

vezérlőtermi elektronika

vezető

lineáris polarizáló fényforrás

érzékelőfej

felbontó

optikai fázismodulátor

körkörös polarizáló (1/4 hullám) tükör

érzékelő digitális demodulátor

több menetnyi szál

optikai kábel a vezérlőteremből a mérőfejhez

elektromos modulátor

huroklezáró elektronika

1. ábra A működési elv – optikai szálas technológia, interferometriás módszer

64

Korszerű energetikai berendezések

0,2 S pontossági osztály 0,8 0,6

hiba, %

0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 1

10

100

1000

10000

1000

10000

áram, A

0,2 S pontossági osztály

fázishiba, szögperc

40

20

0

-20

-40 1

10

100 áram, A

2. ábra Optikai árammérő átalakító pontossága széles tartományban

Az optikai mérőegységek előnyei

költségei a teljes életciklusra (tervezés, beszerzés, beépítés, működtetés és leszerelés) nézve

A mai anyagias világban az előnyök pénzben

alacsonyak. A következők az AIS megszakító

fejezhetőek ki a legegyszerűbben és leghatáso-

és a vele integrált optikai mérőegységek elő-

sabban. Az optikai mérőegységek kisebb költ-

nyeit részletezik a hagyományos megoldások-

ségeket tesznek lehetővé mind létesítéskor,

kal szemben.

mind az üzemeltetés során, így a tulajdonlás 65

Korszerű energetikai berendezések

Létesítési költségek

Üzemeltetési megtakarítások

A légszigetelésű megszakító és a vele integrált

A nagyobb mérési pontosság és szélesebb mé-

optikai áram- és feszültségmérő egységek a

rési tartomány nagyobb bevételt jelent a fo-

következő jelentős, pénzben is kifejezhető

gyasztás mérése esetén, a műszer ezen felül

előnyöket teszik lehetővé a beruházási fázis-

kevésbé terheli a mért vezetéket, és kisebb a

ban:

saját vesztesége is. Robbanásveszély nem áll

• kisebb helyfoglalás, ezáltal kisebb alapterü-

fenn, a ferrorezonancia sem lép fel, és az üresen járó szekunder kör sem okozhat veszélye-

let és építési költségek, • kevesebb egységre van szükség, ezáltal

ket. Ezek a könnyebbségek csökkentik az

kisebbek a tervezési és műszaki költsé-

üzemzavarok költségeit és a kiesési időket,

gek,

kevésbé költséges robbanás elleni védelmet és

• egyszerűbb az építés és a tartószerkezetek,

biztonságosabb munkahelyi környezetet tesznek lehetővé.

kevesebb kábel szükséges, • kevesebb primer csatlakozó kell, így a megszakítót befogadó „cella” kisebb le-

A digitális alállomás

het, • a kisebb tömeg miatt alacsonyabb szállítási és kezelési költségek.

Az alállomások fejlődésének egyik ígéretes iránya az ún. „digitális alállomás”. A létesít-

Konstrukciós könnyebbségek

mény összes nagyberendezését a jövőben adatátviteli vonalakkal kötik össze a vezérlőte-

A mérőátalakító kis mérete és tömege miatt

remmel, így ott folyamatosan rendelkezésre

integrálása a megszakítóval nem jelentett ko-

fognak állni a legfontosabb adatok. A belső

moly kihívást a konstruktőrök számára. A ter-

kommunikációs hálózat szabványosítására az

vezők szerint a műszer nem befolyásolja a

egyre inkább elterjedő IEC 61850 digitális

megszakító mechanikai integritását, ezt utóbb

protokoll látszik a legalkalmasabbnak.

a típusvizsgálatok igazolták is. Az is bebizonyosodott, hogy az integrált kivitel miatti na-

A VA Tech ennek a fejlődési iránynak egyik

gyobb rezgések és termikus igénybevétel, il-

élharcosa, az optikai mérőátalakítók kifejlesz-

letve ciklusok sem befolyásolják károsan a

tése a digitális alállomás létrehozásának egyik

mérési pontosságot.

fontos mérföldkövét jelenti. Az első üzemi 66

Korszerű energetikai berendezések

pilot projekt az olasz Enel Terna vállalatnál

esetén. Az alállomáson korábban számos vo-

zajlik, amely Olaszország nagy- és nagyon

nali tranziens okozott problémákat, az új opti-

nagyfeszültségű hálózatának több, mint 91%-

kai mérőátalakítók ezek pontos regisztrálását

át üzemelteti. A már létező tesztállomás átala-

is lehetővé teszik.

kításának jellemzői a következők: Mind az üzemeltető, mind a gyártó bízik az • optikai árammérők a VA Tech meglevő 420

optikai mérési technológiában. A tesztelés tapasztalatainak birtokában megindulhat az

kV-os AIS megszakítójára szerelve, • az optikai mérőátalakítók összekapcsolása a

erősáramú készülékekbe integrált mérők soro-

vezérlőteremmel kisfeszültségű analóg jel-

zatgyártása, ami az alállomások konstrukció-

vezetékekkel,

jának egyszerűsödését és a költségek további

• az optikai mérőátalakítók összekapcsolása a

csökkenését vonhatja maga után. Az eszközök

vezérlőteremmel IEC 61850 digitális kom-

közötti digitális kommunikáció pedig egy

munikációval,

újabb lépéssel közelebb hozza a digitális

• a teljes védelmi rendszer átállítása IEC

alállomás elterjedését.

61850 digitális kommunikációra. Összeállította: Kis Miklós

A projektben keverednek a hagyományos és az optikai-digitális technológiák, így az kiválóan

Irodalom

alkalmas az új technológiák előnyeinek és megbízhatóságának bemutatására. Az optikai

[1] Szerkesztőség: No longer an optical illusion. =

mérőátalakítók nem erősáramú berendezések-

Transmission and Distribution, 25. k. 3. sz. 2005.

be integrált kivitele gyors beavatkozást és ki-

ápr. p. 17–19.

szerelést tesz lehetővé a kísérleti üzemben nagyobb valószínűséggel bekövetkező zavarok

[2] A VA Tech honlapja: http://www.vatech.at

67