rogowski tekercses av feketea-vargab [kompatibilis mód]...3d motion control mérnökiroda kft . és...
Post on 27-Feb-2021
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Rogowski-tekercses árammér ő rendszer tervezése és fejlesztése
Fekete Ádám, Schmidt László, Szabó László, Dr. Varg a László
Fekete Ádám és Varga BalázsBudapest, 2013.04.24
„Transzformátorok és mér őváltók”
2
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.
3
Tartalom
• A zárlati áram (méréstechnikai) tulajdonsága
• Zárlati áramok mérésének lehetőségei
• Áramjeladók általános tulajdonsága
• Rogowski-tekercses árammérés elméleti alapja
• Megvalósítási követelmények
• Az új mérőrendszer kialakítása
• Mérési eredmények, a mérőrendszer kalibrálása
4
• Erősen induktív jellegű, 90°-al késik a feszültséghez képest
• Bekapcsolási időpillanattól függően DC komponenst tartalmaz
A zárlati áram
5
6
• Érzékelők– Zárlati áramváltók– Zárlati söntök
• Rögzítők– Oszcilloszkóp– Tranziens rekorder
• nagy mintavételi frekv.• sokcsatornás (6-16)• galvanikusan vagy
optikailag leválasztott
Zárlati áramok mérésének lehet őségei
H
H
H
AV / A
AV / B
AV / C
k
K
l
L
ShA
k
K
l
L
ShB
k
K
MS
l
L
ShC
Tranziens rekorder
I
I
I
I
A
A
B
C
Próbatárgy
UA0
UB0
UC0
FO / A
FO / B
FO / C
UA0 IBUB0 ICUC0
ÉRZÉKEL KŐ
RÖGZÍTŐ
7
• A vasmagos áramváltók telítődésre hajlamosak
• A vasmag túlméretezése szükséges, ami jelentős méret- és súlynövekedést okoz
Áramváltók
8
Áramváltók
Mérete: 120 cm magas, 80 cm széles, Tömege: ~350 kgfix telepítésű
9
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
10
• A zárlati söntök szekunder feszültsége 2 V• kisebb szekunderfeszültség esetén romlik 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
• 50 kA-es söntnél 125 kW hődisszipáció jelentkezik• Névleges árammal csak 1 s időtartamig terhelhetőek
Zárlati söntök
11
Megoldás: több nagyságrendet átfogó söntkészletre van szükség (20A-50A-100A-200A-500A-1kA-2kA-5kA-10kA-20kA-50kA)
Zárlati söntök
50A 2kA 20kA 50kA
12
• 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
Zárlati söntök
13
Rogowski-tekercses árammér ő rendszer fejlesztése
Okok:• az áramváltók és söntök alkalmazási nehézségei• lépést kell tartani a technikai fejlődéssel• a jelenleg kapható rendszerek ára nagyon magas
14
Áramjeladók tulajdonságai
Elvárások:
• széles áramtartományban használhatók legyenek
• a mérendő áram pillanatértékével arányos feszültségjelet szolgáltassanak tranziens zárlati áramok esetén is
• költséghatékonyság
15
Újfajta áramjeladók:
• Rogowski-tekercses
• Hall-hatáson alapuló
• Faraday-hatáson alapuló
• Magnetorezisztív jeladó
Áramjeladók tulajdonságai
Gyárthatóság, költséghatékonyság és felhasználhatóság szempontjából a Rogowski-tekercses áramjeladók legmegfelelőbbek.
16
Rogowski-tekercses árammérés elmélete
Rogowski-tekercsKlasszikus formájában egy- vagy több rétegben, egyenletes keresztmetszetű, hajlékony szigetelőmagra egyenletes sűrűséggel, szigetelt rézhuzalból tekercselt.
A tekercsben indukált feszültség a mérendő áram időbeli differenciálhányadosával arányos.
t
iNMui ∂
∂⋅⋅= 11
17
Rogowski-tekercses árammérés elmélete
A mérőtekercset integrálásra alkalmas mérőáramkörhözkell csatlakoztatni � Áramjeladó
Passzív áramjeladó
• hálózati frekvenciás áramok csak áramintegráló kapcsolásban mérhetők megfelelő pontossággal
Aktív áramjeladó• a mérőáramot elektronikus integráló erősítőbe vezetik• tápfeszültséget igényel
18
Rogowski-tekercses árammérés elmélete
Passzív áramintegráló kapcsolás
• a mérőtekercs nagy fajlagos ellenállású huzalból készül
• egy tekercsből és annak kapcsaira kötött kondenzátorból áll
• a=R/ωL=50..100 értéket kell tartani
• 50 Hz frekvencián ≈0.2 mm átmérőjű huzal szükséges
19
Rogowski-tekercses árammérés elmélete
A egyetlen kis hurok területeN a menetszámµ0 a levegő permeabilitásal a tekercs hosszadI/dt a vezetőben folyó I áram
időbeli differenciál hányadosa
Aktív áramjeladó
20
Megvalósítási követelmények
az áramjeladóra az IEC 60044-8 nemzetközi szabvány vonatkozik• pontossági követelmények, pontossági osztályok
Elektronikus integrátorral szembeni elvárások• kis értékű és stabil offset-feszültség• nagy hőmérsékleti stabilitás• kis áramköri zaj• ideális integrátorhoz közelítő karakterisztika
21
Az új mér őrendszer kialakításaA tekercs elméleti és fizikális megvalósítása
22
Az új mér őrendszer kialakításaAz 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.
23
Az új mér őrendszer kialakításaA megvalósított integráló erősítő Bode-diagramja
0,2 Hz és 200 kHz között ideális integrátor
24
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 feszültségforrásból 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
• STL (Short-circuit Testing Liasion) szervezet rendszeresen szervez sönt-összehasonlító körmérést
25
A mérőrendszer kalibrálásaReferenciasönt névleges paraméterei: 140kAeffektív – 0,1s
26
• 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 több háromfázisú és egy egyfázisú Rogowski-tekercses árammérő rendszer került bevezetésre a zárlati áramok mérésének mindennapjaiba
Összefoglalás
27
adamfkt@gmail.com
bvarga@vnl.hu
Köszönjük a figyelmet!
top related