Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Nowoczesne metody kondycjonowania sygnału z bezrdzeniowego przetwornika prądowego

Bezrdzeniowe przetworniki prądowe, zwane też cewkami Rogowskiego, coraz częściej znajdują zastosowanie jako czujniki pomiarowe rozpływu prądów w rozdzielniach energii elektrycznej. Ich niewątpliwą zaletą jest szeroki zakres mierzonych prądów i częstotliwości, bezpieczeństwo stosowania oraz niska cena. Podstawową wadą jest natomiast mała czułość, maksymalnie do kilku mV/A. Bezrdzeniowe przetworniki prądu w postaci cewki Rogowskiego wykonane w technologii wielowarstwowych obwodów drukowanych odznaczają się znaczącą impedancją wyjściową, która w połączeniu z impedancją wejściową kondycjonera może znacząco wpłynąć na dokładność pomiaru wartości skutecznej oraz fazy mierzonego prądu. Wymagane jest zatem, aby w konstrukcji torów pomiarowych uwzględnić proces kalibracji tak, aby zminimalizować wpływ parametrów obwodu wejściowego kondycjonera na wartość pomiarową. Parametry metrologiczne systemu pomiarowego stosowanego w rozdzielczych sieciach elektroenergetycznych z użyciem cewek Rogowskiego zależą głównie od obwodów kondycjonowania, dokładności przetwornika A/C oraz dokładności numerycznej zastosowanych metod cyfrowego przetwarzania sygnałów.

Ciąg dalszy artykułu...

analogowe dopasowanie (kondycjonowanie) sygnału pomiarowego

Każdy sygnał mierzony przed podaniem na przetwornik analogowo-cyfrowy A/C musi zostać poddany operacji dopasowania energetycznego oraz częstotliwościowego. Zadanie to realizuje układ kondycjonera wejściowego, który to:

  • zabezpiecza wejście pomiarowe przed zbyt wysokim poziomem energetycznym sygnału, np. wyładowaniami ESD czy szybkozmienne zakłócenia przejściowe Burst,
  • wzmacnia lub tłumi sygnał pomiarowy do zakresu akceptowanego przez przetwornik A/C,
  • filtruje sygnał pomiarowy tak, aby spełnione było twierdzenie Kotielnikowa-Shannona,
  • zapewnia izolację galwaniczną między obwodami pomiarowymi,
  • zapewnia linearyzację torów pomiarowych.

Przykładowy schemat blokowy układu kondycjonującego sygnały z bezrdzeniowego przetwornika prądowego z zastosowaniem sprzęgacza magnetycznego przedstawiono na rysunku 2.

Na schemacie przedstawionym na rysunku 2. można wyróżnić:

  • wejściowe ograniczniki napięcia,
  • filtr dolnoprzepustowy,
  • układ pomiarowy,
  • układ wytwarzający napięcie referencyjne,
  • przetwornik analogowo-cyfrowy,
  • sprzęgacz magnetyczny SPI,
  • układ mikroprocesorowy,
  • zasilacz z izolacją galwaniczną.

Wzmocnienie sygnału powinno być realizowane jak najbliżej czujnika pomiarowego. Wzmocniony sygnał napięciowy czujnika jest wówczas mniej podatny na zakłócenia, co pozwala na użycie dłuższych przewodów miedzy czujnikiem a pozostałymi elementami toru pomiarowego. Ogranicznik napięcia na wejściu układu pomiarowego zapewnia, że wartość napięcia wejściowego nie przekroczy maksymalnego dozwolonego poziomu. Filtr dolnoprzepustowy ogranicza pasmo częstotliwości tak, aby spełnione było twierdzenie Kotielnikowa-Shannona. W praktyce wystarcza pomiar do 40. harmonicznej przebiegu podstawowego sieci energetycznej. Zastosowanie nadpróbkowania pozwala złagodzić wymagania na antyaliasingowy filtr dolnoprzepustowy. W środowisku przemysłowym podstawowym problemem jest pływający potencjał ziemi, potrzebna jest zatem izolacja obwodu pomiarowego od obwodów uziemiających. Do tego celu używa się sprzęgaczy magnetycznych lub optycznych np. transoptorów liniowych, tj. zamkniętych w jednej obudowie elementów typu dioda elektroluminescencyjna i fototranzystory. Wadą stosowania elementów fotooptycznych i magnetycznych jest konieczność linearyzacji toru pomiarowego. Z bezrdzeniowego przetwornika prądowego w postaci cewki Rogowskiego uzyskuje się napięcie przemienne o wartościach zaledwie kliku miliwoltów na każdy amper przepływającego prądu. Należy się liczyć z tym, że w chwili wystąpienia gwałtownego wzrostu prądu, np. w przypadku bliskich zwarć, wartość ta może osiągnąć wartość nawet powyżej 100 V. Wymagane jest zatem, aby układ pomiarowy umożliwił liniowy pomiar sygnałów również w takich sytuacjach. Dlatego też układ pomiarowy dzieli się na dwa zakresy o różnym poziomie wzmocnienia:

  • zakres pomiarowy wartości prądów nominalnych,
  • zakres pomiarowy wartości prądów zwarciowych.

Układ pomiarowy umożliwia wzmocnienie sygnału dla zakresu prądów nominalnych oraz tłumienie sygnału dla zakresu prądów zwarciowych. Sygnał po odpowiednim wzmocnieniu podawany jest na przetwornik analogowo-cyfrowy, gdzie jest przetworzony na postać cyfrową. W tej formie sygnał z przetwornika A/C magistralą szeregową SPI jest podawany, poprzez sprzęgacz magnetyczny, do mikroprocesora w celu dalszej obróbki. Sprzęgacz magnetyczny zapewnia odpowiednią izolację od reszty układu (około 2 kV RMS). Zasilacz zapewnia dostarczenie odpowiedniej energii do działania układu pomiarowego, przy zachowaniu izolacji galwanicznej.

Innym rozwiązaniem układu pomiarowego kondycjonera jest układ z zastosowaniem transoptorów liniowych. Układ ten został przedstawiony na rysunku 3.

Na rysunku 4. przedstawiono schemat ideowy obwodów pomiarowych z wykorzystaniem transoptora liniowego. Po wstępnym kondycjonowaniu napięciowy sygnał pomiarowy doprowadzony jest na wejście odwracające wzmacniacza W1. Sygnał ten w zależności od potrzeb jest wstępnie wzmacniany lub tłumiony oraz przesuwany jest poziom składowej stałej poprzez dodanie napięcia referencyjnego. Tak kondycjonowany sygnał podawany na wejście nieodwracające wzmacniacza W2. Wzmacniacz ten steruje diodą nadawczą transoptora, która jest połączona katodą z masą obwodu pomiarowego, a anodą poprzez rezystor R3 z wyjściem wzmacniacza W2. Dioda odbiorcza transoptora analogowego DO1 jest włączona w pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniacza W2. Jest ona podłączona katodą do napięcia zasilającego, a anodą poprzez rezystor R5 do masy układu pomiarowego i rezystor R4 do wejścia odwracającego wzmacniacza W1. Pomiędzy wejście odwracające i wyjście wzmacniacza W2 włączony jest kondensator kompensujący. Dioda odbiorcza DO2 transoptora analogowego jest podłączona katodą do napięcia zasilającego od strony mikroprocesora, a anodą przez dzielnik rezystancyjny zbudowany z rezystorów R6 i R7 z wejściem nieodwracającym wzmacniacza W3, pracującego w układzie wtórnika. Wyjście wzmacniacza W3 jest wyjściem układu pomiarowego.

Powyższy układ ma szereg zalet. Zastosowanie transoptora analogowego pozwala na zmniejszenie złożoności układu, a więc powierzchni przez niego zajmowanej, ogranicza moc pobieraną przez układ pomiarowy, o której decyduje głównie prąd diody nadawczej, mniejszy jest również koszt takiego rozwiązania w porównaniu z rozwiązaniami alternatywnymi.

Układ charakteryzuje się izolacją galwaniczną, dużą liniowością i małym poziomem szumów.

Wzmocnienie całego układu można przedstawić za pomocą równania (1):

(1)

gdzie K1 i K2 są współczynnikami sprzężenia diody nadawczej DN1 z diodami odbiorczymi DO1 i DO2. 

Komentarze

(1)
impedancja | 30.04.2016, 10:43
Rs = 1 kW[/cytat] [cytat]Zakładając, że impedancja wejściowa kondycjonera wynosi 100 kW
, powtórzenie błędu w tak krótkim okresie oznacza tylko i wyłącznie, iż jest on pisany przez osobę, która nie posiada niezbędnej wiedzy aby pisać artykuły poruszające te zagadnienia. Jednostką zarówno części rzeczywistej jak i urojonej impedancji w układzie SI jest om. (Ω), pochodzi od nazwiska fizyka Georga Ohma. kW to kilo(10 do 3) Wata, zatem jednostka mocy.
Nie polecam materiałów odtwórczych tłumaczonych przez małpy.
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Programowalny wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

wyświetlacze Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz (...) czytam dalej »


Stacja transformatorowa na kółkach - robi wrażenie »

Rozdzielnica na kołach Jest to lekka stacja w obudowie metalowej, na podwoziu jezdnym – DMC 3,5T, z obsługą z zewnątrz, z możliwością łatwe (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Szynoprzewody w instalacjach elektrycznych - czy warto je wykorzystywać?

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

szynoprzewody jak podłączyć bezpanelowa energia słoneczna
Przyjazne instalatorom ze względu na ich intuicyjny montaż i nieskomplikowaną budowę oraz szeroki wachlarz możliwości z zakresu wykonania różnego (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaki licznik energii elektrycznej wybrać - porównanie 2019 »

Fotowoltaika Mogą być stosowane do rozliczeń z zakładami energetycznymi, do kontroli procesów przemysłowych, do rozliczeń podnajemców oraz jako element systemów zarządzania ... czytam dalej »


Jak mocować przewody instalacji odgromowej?

Czy energii odnawialnej uda się zastąpić węgiel?

Wsporniki ochrony odgromowej energia odnawialna a węgiel
W obudowie wykonanej z wysokiej jakości polietylenu kryje się betonowy rdzeń. Szczelnie zamknięta konstrukcja chroni go przed niekorzystnym wpływem czynników pogodowych i... czytam więcej » Według ostatniego raportu brytyjskiego koncernu BP do 2040 r. odnawialne źródła energii staną się głównym źródłem energii na świecie. Czy rzeczywiście ... czytam dalej »

Sekcja: Instaluj z Legrandem dla profesjonalisty »

System zarządzania energią Jesteś Instalatorem? W tej sekcji w szybki i łatwy sposób znajdziesz niezbędne ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

PRzewody i kable standardy Termowizja w elektryce
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Ograniczniki przepięć (SPD) o udoskonalonych osiągach »

Switche zarządzalne spd ograniczniki
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » SPD o takim układzie elementów ograniczających przepięcia są stosowane w instalacji elektrycznej, w której nie powinny występować prądy upływu, nawet o niewielkich(...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
4/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt instalacji piorunochronnej wolno stojącego budynku magazynu mps
  • - Awarie sieciowe w krajowej sieci dystrybucyjnej
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl