Měřicí přístroje kvality energie (PQ), zejména přenosné, jsou všeobecně opatřeny vstupy dimenzovanými pro nízkonapěťové aplikace. Některé trvale instalované měřicí přístroje PQ jsou připevněny ve vzdálenosti od bodu obvodu, v kterém jsou parametry určené k měření.
V obou případech může být nutný vhodný převodník napětí pro izolování vstupních obvodů od napětí sítě nebo pro přenos signálu na určitou vzdálenost. K dosažení jakékoliv z těchto funkcí se může použít převodník, za předpokladu, že jeho charakteristiky jsou vhodné pro vyšetřovaný parametr.
V sítích nízkého napětí jsou měřicí přístroje PQ všeobecně připojovány přímo k vyšetřovanému napětí, převodníky jsou však často používány pro měření proudu.
V sítích vysokého a velmi vysokého napětí jsou při měření PQ převodníky používány jak pro měření napětí, tak i proudu.
Při používání převodníků jsou dva důležité aspekty:
- úrovně signálů: úrovně signálů by měly využívat celou stupnici přístroje bez zkreslení nebo omezení požadovaného signálu;
- kmitočtová a fázová odezva: tyto charakteristiky jsou zejména důležité pro měření přechodných jevů a harmonických.
Pro vyloučení nesprávných měření by se využití celé stupnice, linearita, kmitočtová a fázová odezva a charakteristiky zátěže převodníku měly pečlivě sledovat.
Převodníky proudu navržené pro ochranné účely mohou být méně přesné než převodníky pro měření.
Převodníky napětí
Nejběžnější převodník napětí je měřicí transformátor napětí. Mohou se uvažovat dva typy měřicích transformátorů napětí: transformátory používané pro obvody ochran a transformátory používané pro měřicí obvody. První typ je dimenzován tak, aby zajišťoval správnou odezvu i v případě přepětí nesymetrickým zkratem. Druhý typ je naopak navržen na ochranu měřidel před přepětími ze sítě. V této kategorii se v případě nasycení vyskytne zkreslení přenášeného signálu.
Pokud monitorování je připojeno na měřicí napěťový transformátor, který je také použit pro jiné funkce (například integrační měření), je třeba zajistit, aby přídavná zátěž neovlivnila nepříznivě kalibraci nebo nejistotu takovýchto jiných funkcí.
Zapojování sekundárního obvodu měřícího transformátoru použitého pro ochranné relé by se mělo provádět pečlivě. Chyby zapojení by mohly způsobit nahodilé vypnutí relé.
Převodníky proudu
Při provozu v distribučních soustavách a přenosových soustavách jsou hodnoty proudu v rozsahu od 0 do úrovně zkratového proudu monitorované sítě. Hodnota zkratového proudu může být značně nad úrovní jmenovitého proudu. Hodnota dvacetinásobku není neobvyklá.
Nejběžnějším typem převodníku proudu je proudový transformátor.
Některé měřicí transformátory proudu se aplikují se dvěma nebo více jádry a/nebo dvěma sekundárními vinutími: jedním pro velké proudy (20násobky až 30násobky jmenovitého proudu), typicky pro ochranná relé a druhým pro oblast jmenovitého proudu. Pro zamýšlené měření by se mělo vybrat vhodné sekundární vinutí. Pokud bylo vybráno chybné sekundární vinutí, je u přímých připojení během poruchy možné poškození měřícího přístroje; toto poškození může nahodile způsobit rozpojení obvodu na sekundáru transformátoru. Rozpojené obvody připojené na sekundární vinutí měřicích transformátorů proudu mohou dávat nebezpečně vysoká (a destruktivní) napětí.
Uživatel by měl pokud možno učinit opatření zajišťující, aby vodič byl ve středu okna převodníku proudu a aby byl k němu kolmý. Měla by se také zvážit blízkost okolních vodičů a vzdálenost, pokud je to možné maximalizovat.
Měření přechodných jevů se může provádět bočníky nebo měřícími transformátory proudu dimenzovanými pro vysokofrekvenční odezvu.
Koaxiální bočníky se běžně používají v laboratorních prostředích, mají však nevýhodu požadavku vložení do vodičů vedoucích proud a skutečnost, že výstupní signál bočníku není izolován od silového obvodu. Na druhou stranu však nejsou citlivé na přesycení a zbytkovou magnetizaci, které mohou nepříznivě ovlivnit měření prováděná s měřícími transformátory proudu.
Měřicí transformátory proudu pracující s vhodnou rezistivní zátěží poskytují napěťový signál úměrný primárnímu proudu. Primár se všeobecně skládá z jednoho nebo několika závitů primárního obvodu procházejících otvorem v jádru. Hlavní výhodou těchto převodníků proudu je zajištění izolace od silových obvodů a široký rozsah převodu proudu na napětí. Další výhoda je v tom, že některé (ne však všechny) převodníky proudu nevyžadují během instalace odpojení napájecích vodičů od zátěže.
Někdy se používají jiné typy převodníků proudu včetně detektorů optické polarizace a převodníky využívající Hallův efekt.
Kmitočtová odezva převodníků
Kmitočtová a fázová odezva převodníků napětí
Elektromagnetické převodníky napětí transformátorového typu mají obecně kmitočtovou odezvu a odezvu na přechodné jevy vhodnou do typicky 1 kHz; kmitočtový rozsah však může být někdy omezen již pod 1 kHz a někdy může být až do několika kHz.
Jednoduché kapacitní děliče mohou mít kmitočtovou a fázovou odezvu, která je vhodná až do stovek kHz nebo i výše.
V mnoha aplikacích se však záměrně připojuje rezonanční obvod, způsobující kmitočtovou odezvu kapacitního děliče nevhodnou pro měření na jakémkoliv jiném kmitočtu než základním.
Rezistivní děliče napětí mohou mít kmitočtovou a fázovou odezvu vhodnou až do stovek kilohertz. Mohou však způsobit jiné problémy, například kapacitní zátěž měřícího přístroje může kmitočtovou a fázovou odezvu rezistivního děliče napětí ovlivnit.
Kmitočtová a fázová odezva převodníků proudu
Jelikož měřicí transformátory proudu jsou vinuté elektromagnetické přístroje, mění se kmitočtová odezva podle třídy nejistoty, typu (výrobce), jmenovitého převodu, materiálu i průřezu jádra a zátěže sekundárního obvodu.
Mezní kmitočet převodníku proudu je obvykle v rozsahu od 1 kHz do několika kilohertz a fázová odezva se zhoršuje při dosažení mezního kmitočtu.
Vyvíjejí se převodníky proudu nové koncepce s vyšším mezním kmitočtem a lepší linearitou (optické a převodníky využívající Hallův efekt). Měly by se zajistit koordinace izolace, hlediska šumu, využití celé stupnice a podmínky bezpečnosti.
Převodníky pro měření přechodných jevů
Jsou dvě důležité záležitosti, kterým je nutno se věnovat při výběru převodníků přechodných jevů ve střídavých sítích. Především úrovně měřeného signálby měly využívat celou stupnici bez zkreslení nebo ořezávání tohoto signálu. Kromě toho kmitočtová odezva (jak amplitudová tak i fázová) převodníku by měla být přiměřená k očekávanému signálu.
- a) Převodníky napětí (VTs) (Voltage transducers)
1) VTs by měly být dimenzovány tak, aby nedošlo k nasycení měřenými rušeními. Pro nízkofrekvenční přechodné jevy to vyžaduje, aby koleno nasycení magnetizační křivky převodníku bylo alespoň na 200 % jmenovitého napětí sítě.
2) Kmitočtová odezva standardní třídy VT závisí na typu a aplikované zátěži. Při zátěži s vysokou impedancí je odezva obvykle postačující alespoň do 2 kHz, může být však menší.
3) Kapacitně vázané transformátory napětí všeobecně nezajišťují přesnou reprezentaci jakýchkoliv složek vyšších kmitočtů.
4) Měření vysokofrekvenčních přechodných jevů vyžaduje kapacitní dělič nebo čistě rezistivní dělič. Jsou k dispozici jednoúčelové kapacitní děliče pro přesná měření přechodných jevů až do alespoň 1 MHz. - b) Převodníky proudu (CTs) (Current transducers)
1) Výběr vhodného převodníku pro proudy je obtížnější. Proud se v distribučních napáječích mění častěji a více než napětí.
2) Standardní třídy měření CTs jsou všeobecně postačující pro kmitočty do 2 kHz (fázová chyba může být závažná již před touto mezí). Pro vyšší kmitočty by se měly použít průvlakové CTs s vysokým jmenovitým převodem (návlečný, klešťový, tyčový a svěrkový).
3) Další žádoucí vlastnosti CTs jsou: velký jmenovitý převod, například 2000:5; méně než pět závitů v primáru; malý remanentní tok, například 10 % nasycení jádra; velká plocha jádra; minimální rezistance sekundárního vinutí a rozptylové impedance. Pokud se použije CT při měření přechodných jevů, je třeba zajistit dva klíčové parametry, součin proud-čas (l.t max) a dobu náběhu/poklesu. Typické hodnoty náběžné doby (10 % až 90 %) jsou v rozsahu 2 ns až 200 ns. Typické hodnoty poklesu jsou v rozsahu 0,1 %/µs až 0,5 %/ms.
V sítích velmi vysokého napětí se vysokofrekvenční měření a měření přechodných napětí mohou někdy provádět s použitím kapacitních odboček, které jsou často na CTs a vývodkách transformátoru k dispozici.
