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 H H H MS RÖGZÍTŐ ÉRZÉKELŐK U A0 AV / A K L k Sh A l FO / A AV / B K L k Sh B l FO /B AV / C K L k Sh C l FO / C I A I I I A B C Tranziens rekorder U A0 U B0 U C0 U B0 I B U C0 I C Próbatárgy Érzékelők Zárlati áramváltók Zárlati söntök Rögzítők 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-5kA- 10kA-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
Okok: Rogowski-tekercses árammérő rendszer fejlesztése 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 egyetlen kis hurok területe a menetszám µ 0 a levegő permeabilitása l di/dt 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! bvarga@vnl vnl.hu 21