Входные преобразователи тока и напряжения

Общая структура устройств

Глава 4 Регистрация параметров аварийных режимов

Выводы

Пока существуют ВЛ задачи мониторинга состояния ВЛ и диагностики ее элементов не потеряют актуальности. Новый уровень технологии обусловит новые подходы к решению задач обеспечения надежности, безопасности и ремонтопригодности ВЛ. На нынешнем этапе развития можно констатировать следующее:

- методы мониторинга состояния ВЛ и диагностики ее элементов и узлов постоянно развиваются и совершенствуются. Развитие технологии приводит к появлению более совершенных способов и устройств для решения этих задач. К моменту выхода пособия появятся новые приемы и алгоритмы обработки диагностических данных, что даст возможность своевременно и точно определять уровень состояния ВЛ, а также место и объем ремонтных работ;

- использование цифровых способов и устройств дает возможность накапливать и хранить большей объем статистики изменения параметров линии в электронном виде. Это, во-первых, значительно упрощает ее последующую обработку, а во-вторых, позволяет практически мгновенно применять любые алгоритмы для определения параметров линии, для прогнозирования ее эксплуатационного состояния, для минимизации затрат в процессе планирования ремонтной кампании и для решения других задач, связанных с эксплуатацией ВЛ.

В электроэнергетических системах широкое распространение получили микропроцессорные устройства, позволяющие определять повреждения на линиях электропередачи по замеру с одной стороны. Это, прежде всего приборы типа МИР, ФПМ, МФИ и др. [65], которые представляют собой специализированные микропроцессорные устройства, реализующие практически одинаковые алгоритмы. В качестве исходной информации используются три фазных тока и три фазных напряжения. Далее по специальному алгоритму определяются сопротивления до места повреждения.

Структурная схема устройств представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Структурная схема микропроцессорного измерителя расстояния

Аналоговые сигналы от ТН и ТТ преобразуются промежуточными трансформаторами ПТН, ПТТ, частотными фильтрами ЧФ и подводятся к коммутирующему блоку К, обеспечивающему поочередную выборку мгновенных значений величин с выходов отдельных фильтров и запоминание на время, необходимое для правильной работы АЦП. В результате выходные сигналы АЦП соответствуют в цифровом виде дискретным сигналам, модулированным по амплитуде синусоидальными функциями. Таким образом, каждому аналоговому сигналу на выходе фильтра ЧФ соответствует аналоговый сигнал на входе АЦП и цифровой сигнал на выходе АЦП, вводимый в вычислительное устройство микропроцессора (ВУМП).

Кроме токов и напряжений к аналоговому входу АЦП могут быть подключены выходные напряжения блока задания уставок (БЗУ), регулируемые при настройке устройства. При этом наряду с возможностью ввода в ЭВМ информации о параметрах линий электропередач обеспечивается индикация.

Блок управления (БУ) обеспечивает выбор режима индикации. Блок индикации (БИ) обеспечивает возможность индикации результатов расчета и параметров уставок.

На основе текущей цифровой информации о входных сигналах переменного напряжения и тока вырабатывается информация о месте повреждения.

Информация о повреждении подается от трансформаторов тока и напряжения с традиционными уровнями 5 А, 1 А и 100 В. Такие уровни сигналов обеспечивают необходимую помехозащищенность, но совершенно неприемлемы для обработки в электронных схемах. Использование же датчиков с выходными сигналами, согласованными с требованиями электроники, наталкивается на необходимость либо резко ограничивать длину линий связи, размещая устройства вблизи датчиков информации, либо применять дополнительные меры по их защите от помех, таких как, экранирование, хотя это весьма дорого.

При подключении микропроцессорных устройств к традиционным датчикам тока и напряжения требуется приведение их сигналов к единому виду и диапазону изменения, приемлемому для обработки электронными узлами.

Наиболее часто входные согласующие преобразователи цифровых устройств выполняют на базе обычных электромагнитных трансформаторов с ферромагнитным сердечником.

Измерительные преобразователи переменного напряжения (ИППН) обычно выполняются пассивными в виде однофазных электромагнитных промежуточных трансформаторов напряжения. Принципиальная схема такого преобразователя показана на рис. 4.2, а.

Рис. 4.2. Принципиальные схемы: а − преобразователя напряжения; б − преобразователя тока

ПТН имеет первичную и вторичную обмотки, а также экранированную обмотку, размещенную между ними. Первичная обмотка ПТН рассчитана на непосредственное подключение ко вторичной обмотке трансформатора напряжения, имеющего стандартное выходное номинальное напряжение, равное В. Номинальное напряжение вторичной обмотки ПТН определяется входным номинальным напряжением используемых аналоговых входов АЦП и имеет порядок единиц вольт. Для плавной подстройки и точной установки номинального значения выходного напряжения ИППН обычно используют делитель напряжения, выполненный в виде переменного резистора R 2, подключенного ко вторичной обмотке ПТН. Экранируемая обмотка выполняет функции электростатического экрана, который позволяет существенно снизить паразитную проходную емкость между первичной и вторичной обмотками ПТН, что способствует обеспечению необходимой электромагнитной совместимости.

Применение в качестве магнитопровода ПТН ферритового сердечника по сравнению с магнитопроводом из электротехнической стали позволяет существенно расширить частотный диапазон ИППН, улучшить линейность характеристики преобразования и получить не только достаточно малое, но и стабильное в широком диапазоне изменения контролируемого напряжения переменного тока значение угловой погрешности ИППН.

На рис. 4.3, а приведены характеристики и ИППН, в котором в качестве ПТН применен ферритовый сердечник.

Характеристика сохраняет высокую линейность вплоть до значения кратности контролируемого напряжения переменного тока, равного 1,5. Отключение от линейности обычно не превышает 1,5 %.

Как видно из рис. 4.3, а, угловая погрешность на большей части того же диапазона изменения контролируемого напряжения не превышает 1° и почти постоянна во всем диапазоне. Это дает возможность повысить точность регистрации путем учета указанной угловой погрешности (или большей ее части) программными средствами.

Рис. 4.3. Характеристики: а − преобразователя напряжения; б − преобразователя тока

Измерительные преобразователи переменного тока (ИППТ) также обычно выполняются пассивными. ИППТ, принципиальная схема которого изображена на рис. 4.2, б, представляет собой однофазный электромагнитный промежуточный трансформатор тока, имеющий, как ПТН, первичную обмотку, экранирующую обмотку, выполняющую аналогичные функции с экранирующей обмоткой ПТН, и вторичную обмотку, нагруженную на резисторы R 2 и, преобразующие протекающий через них ток вторичной обмотки в выходное напряжение ИППТ.

Первичная обмотка ПТТ рассчитана на непосредственное включение в цепь вторичного тока ТТ, имеющего стандартное номинальное значение выходного вторичного тока 1 или 5 А. Переменный резистор, включенный параллельно с резистором R 2, предназначен для плавного регулирования и точной установки номинального значения выходного напряжения ИППТ, соответствующего номинальному значению тока в первичной обмотке ПТТ. Номинальное значение выходного напряжения ИППТ имеет порядок десятых долей вольта, а наибольшее значение, соответствующее максимальной кратности контролируемого тока, ограничивается диапазоном входных напряжений соответствующих аналоговых входов АЦП.

Использование в ПТТ ферритового сердечника позволяет аналогично ИППН расширить частотный диапазон ИППТ, уменьшить отклонение от линейности его характеристики преобразования, а также получить относительно небольшое и достаточно стабильное в широком диапазоне измерения контролируемого переменного тока значение угловой погрешности ИППТ.

На рис. 4.3, б приведены характеристики и ИППТ, в котором в качестве ПТТ применен ферритовый сердечник. Характеристика имеет достаточную линейность до значений (для) ПТТ, что соответствует кратности контролируемого первичного переменного тока, превышающей 20, и (для), что соответствует кратности, превышающей 10. Отклонение от линейности характеристики ИППТ обычно не превышает 1,5 %.

Угловая погрешность во всем диапазоне изменения контролируемого переменного тока практически лежит ниже 1° и достаточно мало изменяется, что позволяет большую ее часть, как и в ИППН, учесть программными средствами и за счет этого повысить точность регистрации.