TRADUCTOARE PENTRU MĂRIMI ELECTRICE

TRADUCTOARE PENTRU MĂRIMI ELECTRICE

 

Transportul, distribuţia şi utilizarea energiei electrice au impus utilizarea traductoarelor pentru mărimi electrice atât în producerea şi transportul energiei electrice, cât şi în scopuri de reglare, supraveghere locală sau la distanţă. În general, principiul de funcţionare al traductorului se bazează pe conversia mărimilor electrice preluate direct (de la reţea), sau prin intermediul unor elemente primare de transformare – în semnale unificate de tensiune sau curent.

            Cele mai utilizate sunt traductoarele care servesc la conversia următoarelor mărimi electrice: curent, tensiune, putere, frecvenţă (abatere de frecvenţă), defazaj şi factor de putere. 

Fig. 3.1-  – Tipuri de caracteristici statice pentru traductoare de mărimi

electrice. 

Având în vedere diversitatea de aplicaţii, se pot construi variante ale aceluiaşi tip de traductor având caracteristici statice diferite.  Notând cu Y mărimea de ieşire şi cu X mărimea de intrare în traductor, în figura 3.1 sunt prezentate principalele tipuri de caracteristici statice ale acestor traductoare. 

De regulă, mărimile de intrare în traductoarele electrice nu se aplică direct, ci prin intermediul unor elemente auxiliare standardizate: şunturi electrice, divizoare de tensiune (pentru mărimile continue), transformatoare de curent şi transformatoare de tensiune (pentru mărimile alternative). Forma caracteristicilor statice a traductoarelor de mărimi electrice este impusă de natura aplicaţiilor (care  sunt  diversificate).

În general, dependenţa intrare - ieşire este liniară, dar la traductoarele de curent şi/sau tensiune (folosite pentru supravegherea parametrilor energetici), aceste caracteristici se impun neliniare.  Un exemplu este ilustrat în cazul N, unde dependenţa intrare-ieşire este pătratică (y = kx²).

Parametrii principali, specificaţi în catalogul firmelor producătoare de traductoare sunt:

·  Semnalul de ieşire este curentul sau tensiunea electrică cu limitele de variaţie standardizate: y_min – limita inferioară şi y_max – limita superioară.

În funcţie de tipul caracteristicii traductorului, în tabelul T-3.1(a şi b) sunt date limitele standardizate (y_min şi y_max) ale mărimii de ieşire:

                    T. 3.1- a                                                       T. 3.1- b

Pentru semnale de curent continuu	Tipul	Ymin [mA]	Ymax [mA]		Pentru semnale de tensiune continuă	Tipul	Ymin  [V]	Ymax [V]
	A	0	1			A	0 0 0	2,5    5        10
	B	0	2,5			E	-2,5          -5            -10	+2,5         +5            +10
	C	0,5 1 2	2,5 5 10			D	0 0	-10     +10
	D	-0,5     - 2,5   -10	+0,5  +2,5  +10   +20			C	1          2	+5            +10
	E	-2,5 -10 -20	+2,5 +10   +20

· Precizia de măsurare, care la traductoarele  pentru mărimi electrice este de [0,5…1]%

· Timpul de răspuns este de ordinul zecilor de ms, sutelor de ms sau de ordinul secundelor pentru traductoare ce funcţionează pe principiul conversiei (prin redresare şi filtrare).

· Rezistenţa de sarcină, pe care pot lucra traductoarele de mărimi electrice, variază în funcţie de tipul semnalului unificat şi de domeniul (ecartul) de variaţie al acestuia:

a)     Pentru semnal unificat de curent:

 R_s = (0¸6)kW -pentru ecart I_e= 5mA;

    R_s = (0¸3)kW- pentru I_e = 10mA;

    R_s = (0¸600)W- pentru I_e = 20mA.

b)    Pentru semnal unificat de tensiune, rezistenţa de sarcină  R_s ³ 2kW - asigură la ieşirea traductorului o tensiune neperturbată.

 

3.1  ELEMENTE PRIMARE DE ADAPTARE ŞI CONVERSIE A PARAMETRILOR ELECTRICI

 

a)    – Pentru preluarea curenţilor continui de valori mari, se folosesc şunturile care sunt rezistoare calibrate, dimensionate corespunzător pentru valorile nominale ale curenţilor de măsurat. Constructiv, şunturile au forma unor bare, cu secţiuni transversale de diferite forme geometrice. Materialul frecvent  utilizat la confecţionarea  şunturilor este manganina, deoarece are coeficientul de dilatare cu temperatura este foarte mic.

          La capete, barele au terminaţii masive şi conţin bornele de prindere (prin şuruburi) a şuntului în circuitul de forţă, figura 3.2, unde s-a notat:

1 – 1’- sunt borne de curent (pentru prindere în circuit);

2 – 2’-borne de tensiune ( de dimensiuni mici);

Dimensiunile constructive sunt standardizate, la fel ca şi valorile căderilor de tensiune la bornele 2–2’. Şunturile industriale se construiesc pentru tensiuni de: 60mV, 75mV, 150mV, 300mV. Valorile standardizate ale curenţilor nominali sunt:

I_n =25 A; 40 A; 150 A; 300A ; 400A ; 600A; 1 000A; 2 500A; 6 000A; 10 000 A;15 000A ;

Precizia şuntului este  cuprinsă  în domeniul [0,5…1]%.

b) Divizoare de tensiune continuă sunt folosite pentru preluarea tensiunilor continue mari şi micşorarea acestora la valorile necesare intrării în traductoare.Divizoarele de tensiune sunt realizate din două sau mai multe rezistoare conectate în serie, figura 3.3.

Rezistivitatea metalului (sau aliajului) din care se fac rezistoarele trebuie să fie mare, iar variaţia rezistenţei cu temperatura neglijabilă. R₁ şi R₂ se realizează prin bobinare, sau sunt de tip pelicular (chimice) – realizate  prin  procedee speciale.

Pentru tensiuni U₁£ 30 kV, rezistoarele R₁ şi R₂ sunt răcite în aer, iar pentru tensiuni mai mari se utilizează forme constructive adecvate, montate în cuve, cu ulei de răcire, iar electrozii de legătură sunt rotunjiţi la capete pentru a evita efectul corona.

 

Fig. 3.3

(3.1)

 

 Forma constructivă etanşă, cu răcire în ulei, pentru tensiuni înalte (U₁³ 500kV) este prezentată în figura 3.4.

 

 

Fig. 3.4

c)     Transformatoare de curent. În practică aceste transformatoare se mai numesc “reductoare de curent”şi sunt folosite pentru prelucrarea (micşorarea) curenţilor alternativi mari  (de la 5A la 6000 A). Prin conversia acestora se obţin curenţi secundari cu  valori standard de 5A  sau 1A . Detalii de proiectare despre aceste transformatoare sunt date în [8] şi [9]. 

 Înfăşurarea primară a acestor transformatoare poate fi de tip suport, de tip cleşte, de tip bară, acesta din urmă fiind ilustrat în figura 3.5-b. Transformatoarele de curent au o singură înfăşurare primară şi (1…3) înfăşurări secundare, dintre care: una este pentru măsură, iar celelalte sunt pentru protecţie prin relee şi protecţie diferenţială. 

Clasele de precizie realizate de aceste transformatoare sunt : 0.1 ; 0.2 ; 0.5 ; 1 şi 3. Ultimele clase (0.5 ; 1 ; 3) sunt clasele pentru uz industrial. În România (la uzinele -Electroputere din Craiova) se construiesc transformatoare de curent pentru instalaţii de medie şi înaltă tensiune de la 0,5 kV la 400 kV, pentru curenţi primari nominali (de sarcină) I_p = (5…6000) A, valorile curenţilor în secundar fiind standardizate: I_s = 5A şi 1A.

 

a)	b)
Fig.3.5  - Transformatorul de curent

Observaţie : Pentru tensiuni primare mai mari de 10 kV există două înfăşurări secundare, iar pentru tensiuni de la 110 kV la 400 kV sunt trei înfăşurări secundare.

d) Transformatoare de tensiune.  Acestea sunt destinate reducerii tensiunilor alternative mari de 0,4kV, 6kV, 20 kV, 110 kV, 220kV, 400kV la tensiuni secundare standard de 100V sau 110V.

Se construiesc (T.T.) cu una sau mai multe (2, 3) înfăşurări primare – numărul înfăşurărilor primare fiind în funcţie de felul reţelei (monofazată, bifazată sau trifazată) – şi una până la trei înfăşurări secundare (una de măsură şi celelalte de protecţie).

Clasa de precizie realizată de aceste transformatoare este: 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3.

Ultimele trei valori corespund transformatoarelor industriale. 

Puterea nominală (P_n) este cuprinsă în domeniul [15 VA…200 VA].

Variantele constructive se deosebesc după:

a)tipul montajului (exterior sau interior);

b)    după numărul de faze în primar (monofazate sau trifazate);

c) după tipul izolaţiei înfăşurărilor.

   Modalităţile de răcire sunt: 

                        -până la 20kV ® aer(răcire naturală);

                       -peste 20kV ® răcire în cuvă (cu ulei de transformator);

                       -pentru tensiuni foarte înalte ® răcire în ulei + ventilaţie forţată.

La tensiuni primare mari, peste 20 kV, s-a introdus varianta constructivă cu divizor capacitiv prin care tensiunea înaltă este divizată până la valoarea de 20 kV, apoi este preluată de transformatorul de  tensiune cu raportul de transformare 20 kV/100 V.

–       Schema  transformatorului de tensiune (T.T.) cu divizor capacitiv, format din condensatoarele C₁ şi C₂, este prezentată în figura 3.7.

–       Transformatorul de tensiune (pentru măsură) are schema de principiu dată în figura 3.8.

Fig. 3.7	Fig. 3.8