Name: voltage and current sensing in power grids
Uploaded: 2024-11-21T14:54:34.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

Przekładniki pomiarowe obejmują przekładniki napięciowe i prądowe.
Uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego ma zwykle pojedynczy zwój lub pręt przewodzący, wokół którego nawiniętych jest wiele zwojów uzwojenia wtórnego.
Wysoki prąd przepływający przez uzwojenie pierwotne indukuje zmniejszony prąd w uzwojeniu wtórnym. Uzwojenie wtórne jest zwykle połączone szeregowo z urządzeniami pomiarowymi o zerowej impedancji, aby umożliwić maksymalny przepływ prądu. 
Wydajność przekładnika prądowego opiera się na dokładnym odwzorowaniu prądu pierwotnego bez nasycenia powodującego błędy. Jednak przekładniki prądowe mogą tracić część prądu z powodu impedancji wzbudzenia bocznikowego.
Rozważmy teraz transformatory napięciowe, składające się z uzwojenia pierwotnego o większej liczbie uzwojeń niż uzwojenie wtórne.
Uzwojenie wtórne jest połączone równolegle z czujnikiem napięcia o wysokiej impedancji, co zapewnia dokładny transfer napięcia.
W celu ochrony przekładniki napięciowe są modelowane jako idealne, wytwarzając zmniejszoną, w fazie reprezentację napięcia pierwotnego. 
Jednak transformatory napięciowe doświadczają małych spadków napięcia i przesunięć fazowych.

przekładniki pomiarowe

Przekładniki pomiarowe, obejmujące przekładniki napięciowe (VT) i przekładniki prądowe (CT), odgrywają kluczową rolę w podstacjach energetycznych, zapewniając izolowane repliki prądu lub napięcia do celów pomiarowych i ochronnych. Przekładniki napięciowe zmniejszają napięcie pierwotne do poziomów odpowiednich do działania przekaźnika i pomiaru, podczas gdy przekładniki prądowe zmniejszają prąd pierwotny. Uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego często składa się z pojedynczego zwoju, uzyskanego poprzez przeciągnięcie przewodu pierwotnego systemu energetycznego przez jego rdzeń, chociaż niektóre zastosowania mogą wymagać wielu zwojów pierwotnych.

W celach ochronnych transformatory napięciowe są idealnie zaprojektowane do wytwarzania pomniejszonej, zgodnej z fazą reprezentacji napięcia pierwotnego. Wtórne uzwojenie transformatora napięciowego powinno być podłączone do wysokoimpedancyjnego urządzenia wykrywającego napięcie, zapewniając, że całe napięcie wtórne pojawi się na urządzeniu wykrywającym. Odwrotnie, wtórne uzwojenie transformatora prądowego powinno być podłączone do niskoimpedancyjnego urządzenia wykrywającego prąd, umożliwiając przepływ całego prądu wtórnego przez urządzenie wykrywające.

W praktycznych zastosowaniach transformatory napięciowe mogą doświadczać spadków napięcia i różnic kątów fazowych między stroną pierwotną i wtórną. Podobnie w transformatorach prądowych część prądu może być dzielona między czujnikiem o niskiej impedancji a impedancją wzbudzenia bocznikowego transformatora. Wydajność transformatora prądowego w dużej mierze zależy od jego zdolności do dokładnego odtwarzania prądu pierwotnego bez znaczących błędów lub efektów nasycenia.

Transformatory te są niezbędne do dokładnego działania przekaźników ochronnych i urządzeń pomiarowych, zapewniając bezpieczną i niezawodną pracę systemów energetycznych. Poprzez zmniejszanie wysokich napięć i prądów, transformatory pomiarowe umożliwiają monitorowanie i kontrolę parametrów elektrycznych w zarządzalnych zakresach, utrzymując stabilność i ochronę systemu.

Przekładniki pomiarowe

Przekładniki pomiarowe obejmują przekładniki napięciowe i prądowe.
Uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego ma zwykle pojedynczy zwój lub ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Elektrotechnika

Unit 1

Jednostka 1

System Protection

Ochrona systemu

KEY TERMS AND CONCEPTS

KLUCZOWE TERMINY I POJĘCIA

Instrument Transformers

voltage and current sensing in power grids

Instrument transformers help power substations measure voltage and current safely. They create isolated replicas of electrical signals for measurement and protection. These devices support protective relays and other monitoring equipment that keep power systems stable and reliable.

The two main types are voltage transformers, or VTs, and current transformers, or CTs. A voltage transformer reduces the primary voltage to a lower level that relays and measuring devices can use. A current transformer scales down the primary current in the same way.

A current transformer often uses a single-turn primary winding. In many cases, the power conductor is simply threaded through the core to act as that turn. Some applications need multiple primary turns instead.

For protection, a voltage transformer should produce a scaled-down secondary voltage that stays in phase with the primary voltage. Its secondary should connect to a high-impedance voltage-sensing device. That setup lets the full secondary voltage appear across the sensing device.

A current transformer works differently. Its secondary should connect to a low-impedance current-sensing device so the full secondary current flows through the device. In practice, some current can split between the sensing device and the transformer’s shunt excitation impedance. VTs can also show voltage drops and phase-angle differences between the primary and secondary sides.

Current transformer performance depends on how well it reproduces the primary current without large errors or saturation. By reducing very high voltages and currents to manageable levels, instrument transformers let engineers monitor electrical values and protect the power system.

Voltage and Current Sensing in Power Grids

voltage-and-current-sensing-in-power-grids

instrument transformers

Instrument transformers help power substations measure voltage and current safely. They create isolated replicas of electrical signals for measurement and protection. These devices support protective relays and other monitoring equipment that keep power systems stable and reliable. The two main types are voltage transformers, or VTs, and current transformers, or CTs. A voltage transformer reduces the primary voltage to a lower level that relays and measuring devices can use. A current...

overcurrent relays

Relay Settings for Circuit Fault Protection

Overcurrent relays protect circuits by sensing excess current through the secondary side of a current transformer. They are an important part of circuit protection and help keep power systems stable when a fault occurs. Two main relay types are used here: instantaneous and time-delay overcurrent relays. An instantaneous relay trips right away when current rises above the pickup current, which is the preset level that starts the relay. It then energizes the circuit breaker trip coil at once,...

radial system protection

Breaker Coordination in Radial Systems

Breaker coordination in radial systems uses time-delay overcurrent relays to limit load interruption. When a fault happens, the nearest breaker should open first. Upstream breakers stay closed because they are set with longer delays. This lets the fault be isolated while the rest of the system keeps running. If a fault is downstream of the third breaker, only the third breaker should trip. That removes power from the load beyond the fault. The second breaker keeps a longer delay setting, so...

reclosers and fuses

Fault Coordination with Reclosers and Fuses

Fault coordination with reclosers and fuses helps protect radial distribution circuits. A recloser is an automatic switch that interrupts AC power and then closes again on a preset schedule. This brief outage can clear temporary faults on overhead lines, such as those caused by tree limbs or wildlife, and it can improve overall reliability. Reclosers and their ground-level hazards also matter. Contact with a recloser or with a broken energized conductor on the ground can be dangerous. That is...

directional relays

Directional Relays in Power System Protection

Directional relays help protect power systems by telling forward faults from reverse faults. They are used when fault current flows mainly in one direction on a line. This makes the relay useful for safe and efficient fault clearing. On a protected line, a fault downstream, or to the right of the current transformer, usually makes the fault current lag the bus voltage by about 90 degrees. This is called the forward direction. A fault upstream, or to the left, may make the fault current lead...

zones of protection

Power System Protection Zones

Power system protection zones divide the network into sections so faults can be isolated quickly. These zones can include generators, transformers, buses, transmission lines, distribution lines, and motors. Each zone is shown with closed dashed lines and contains one or more components. Circuit breakers are placed at the borders where protection zones meet. If a fault happens in one zone, the related breakers open and disconnect only that section. A fault in one area, such as a kitchen in the...

line protection with impedance relays

Impedance Relays for Fault Detection

Impedance relays help protect power lines by watching the voltage-to-current ratio on a line. They measure the apparent impedance, which is the electrical opposition the relay sees at that point in the system. This makes them useful when time-delay overcurrent relays are hard to coordinate in complex radial systems and when directional overcurrent relays are difficult to use in multi-source transmission loops. These relays respond strongly during a fault. As current rises and voltage falls,...

differential relays

Differential Relay Protection in Power Systems

Differential relays protect generators, buses, and transformers by comparing currents at different points in a power system. When the currents do not match, the relay detects the difference and opens the circuit breaker. Under normal conditions, the current entering a generator, i1, equals the current leaving it, i2. If a fault occurs, these currents become unequal, and the difference current flows through the relay operating coil to trip the relay. An electromechanical differential relay is...

pilot and numeric relaying

Pilot Relays and Digital Protection

Pilot relays and numeric relays help protect power systems. Pilot relaying is a form of differential protection, which compares electrical quantities at equipment terminals through a communication channel instead of a direct relay link. It is especially useful for transmission lines with terminals far apart, often up to 80 km on 69 to 115 kV lines. Pilot relaying can use several communication channels. Pilot wires are separate electrical circuits that operate at DC, 50 to 60 Hz, or audio...

key terms and concepts

Explore how voltage transformers and current transformers scale high power-grid signals for safe measurement, relay operation, and system protection.

Voltage and Current Sensing in Power Grids | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Voltage and Current Sensing in Power Grids

Description

Transcript

Tags