SENZORI DE CURENT PENTRU STATII DE INALTA TENSIUNE

SENZORI DE CURENT

PENTRU STATII DE INALTA TENSIUNE

Rezumat: Aplicatiile industriale includ traductoare noi, neconventionale, bazate pe efecte neutilizate anterioare, chiar daca, pentru moment, traductoarele clasice - transformatoarele de curent si de tensiune (CVT) nu pot fi abandonate. Tehnicile numerice se extind tot mai mult in toate masurarile actuale, in prezent instrumentele digitale precum sistemele numerice de masurare, monitorizare si protectie fiind implementate pe scara larga in instalatiile industriale. Sectiunile lor de masurare au performante sporite, impunand proiectarea si utilizarea unor noi tipuri de traductoare de curent si de tensiune. Tipul inlocuitorilor transformatoarelor de curent este determinat de tensiunea nominala: transformatoarele de curent cu inel Rogowski se utilizeaza la joasa si medie tensiune, inclusiv pentru masurarea energiei: traductoarele electro-optice vor inlocui CVT in instalatiile de inalta tensiune si mare putere. In substatiile mai ales la medie tensiune, sunt preferate traductoarele inductive Hall. Traductoarele descrise in continuare au performante deosebite privind siguranta in functionare, securitatea instrumentatiei si a personalului operator.

1. Introducere

Dispozitivele neconventionale de captare a semnalelor de curent si de tensiune descrise in continuare (numite traductoare de curent si tensiune) au avantaje economice, functionale, din punct de vedere al disponibilitatii si mentenantei. Noile tipuri de traductoare de curent si de tensiune sunt bine fundamentate teoretic si cunosc deja realizari experimentale de succes, fiind pregatite pentru echiparea statiilor actuale . In aceasta perioada de introducere a noilor generatii de senzori se remarca lipsa unei standardizari internationale a senzorilor si a interfetelor digitale sau analogice.

Senzori clasici pentru sisteme de masurare

2. Premise functionale pentru senzorii de curent asociati DMMPS

Digital Measuring, Monitoring and Protection Systems

Un aspect important in standardizarea senzorilor din noua generatie il reprezinta marimea de iesire. Binecunoscuta valoare nominala de 5A a curentului secundar al transformatoarelor de curent nu-si mai gaseste justificarea la senzorii destinati sa functioneze in asociere cu DMMPS. Noile tipuri de senzori vor avea ca marime de iesire o tensiune de ordinul voltilor. Grupuri de lucru din CEI lucreaza la standardizarea interfetelor de semnal mic pentru senzori de tensiune (CEI 60044-7) si de curent (CEI 60044-8), ambele categorii avand iesirea in tensiune, cu valori sub 5 V. La traductoarele de curent electronice, care realizeaza implicit conversia curent-tensiune, sunt precizate valori standardizate pentru tensiunea de iesire: 22,5mV, 150mV, 225mVcorespunzand curentului nominal. Circuitele secundare realizate cu echipamente numerice necesita puteri de intrare extrem de mici. Senzorii moderni se caracterizeaza printr-un transfer de putere mult mai redus, accentul punandu-se pe acuratetea functiei de transfer (precizia instrumentala). O alta particularitate a noilor senzori este functionalitatea lor multipla, acelasi senzor de curent sau de tensiune putand furniza semnal util sectiunilor de masurare si de protectie a DMMPS. Cea mai importanta premisa functionala in introducerea noilor senzori de curent si de tensiune este, fara indoiala, liniaritatea caracteristicii de transfer. Senzorii inductivi din noua generatie nu au miez feromagnetic, iar senzorii optici sunt dimensionati pentru absenta saturatiei in caracteristica de transfer. La senzorii de tensiune problema saturatiei nu este foarte restrictiva, valoarea tensiunii in sistemele energetice fiind destul de apropiata de valoarea nominala chiar si in regimuri de avarie. La senzorii de curent, problema saturatiei este mult mai acuta, in stransa legatura cu gama dinamica pe care trebuie s-o acopere DMMPS.

Gama dinamica extinsa este impusa de necesitatea masurarilor exacte in regimuri de avarie pentru asigurarea selectivitatii DMMPS in situatii critice. Noii senzori de curent au game dinamice foarte mari, acoperind necesitatile chiar si in sistemele de medie tensiune cu valori maxime ale curentilor de scurtcircuit. Notiunea de factor de curent primar nominal extins, introdusa de grupul de lucru al CEI pentru senzorii de curent cu gama dinamica extinsa, vine in intampinarea ideii de a utiliza acelasi senzor pentru masurare si pentru protectie. Factorul defineste raportul dintre valoarea nominala corespunzatoare regimului normal si valoarea maxima a curentului primar transferat liniar in regim de suprasarcina. In cazul unui curent primar nominal de 50A si a unui factor de curent primar nominal extins egal cu 10, domeniul de variatie al curentului nominal este de 50A500A. Factorul este un analog al cifrei de supracurent de la infasurarile de protectie ale transformatoarelor de curent.

Timpul de raspuns al traductorului este in stransa legatura cu defazajul dintre curentul primar si tensiunea de iesire. Valorile mari ale timpului de raspuns afecteaza nefavorabil erorile de unghi, cu implicatii nefavorabile asupra masurarii puterii si energiei. Efectul se manifesta in special in regim deformant, impunand senzorilor de curent o banda de frecventa extinsa la zeci de kHz.

Tensiunea de izolare este un parametru calitativ foarte important al senzorilor de curent si de tensiune. Criteriile care determina tensiunea de izolare sunt electrosecuritatea personalului operator si functionarea corecta a instrumentatiei numerice de inalta rezolutie.

Compatibilitatea electromagnetica vizeaza nivelul perturbatiilor de orice tip care insotesc functionarea senzorilor in sistemele de putere si influenta reciproca a acestora. Pentru senzorii din noua generatie compatibilitatea electromagnetica este maxima. Influenta senzorilor asupra sistemului de putere este infima, energia preluata ca si perturbatiile induse in sistem fiind neglijabile fara rezerve.

Senzor electro-optic termocompensat

3. Concluzii

Echipamentele moderne de monitorizare si protectie pentru statii de inalta tensiune au performante ridicate privind parametrii de intrare si functionalitatea. Deoarece

nu necesita transfer de putere de la sistemul monitorizat, CVT asociate pot fi proiectate avand in vedere precizia, viteza si nivelul de izolare. Pentru inlocuirea vechilor transformatoare de curent si de tensiune sunt doua directii de actiune:

- pentru sisteme de joasa si medie tensiune, caracterizate de valori mari ale curentului de scurtcircuit, inelul Rogowski pare sa fie cel mai potrivit tip de traductor de curent, avand cele mai bune performante in domeniul curentilor mari;

- pentru sisteme de inalta tensiune, traductoarele de curent electro-optice bazate pe efectul Faraday par a fi cele mai potrivite datorita sigurantei si performantelor de izolare. Ambele tipuri de traductoare de curent sunt adecvate asocierii cu sisteme de achizitia datelor (variantele cu transmisia marimilor de iesire in forma numerica). Primele exponente ale noii generatii de astfel de traductoare au fost puse deja in functiune, CEI si IEEE concentrandu-si atentia pentru standardizarea acestora prinelaborarea conditiilor de interschimbabilitate si compatibilitate. Noile CVT reprezinta o optiune reala, in atentia proiectantilor statiilor si substatiilor moderne.