اندازه گیری سیستم قدرت

22-1 مقدمه

سنجش دقیق ولتاژ، جریان یا دیگر پارامتر های شبکه ی نیرو پیش نیازی برای هر شکلی از کنترل می باشد که از کنترل اتوماتیک حلقه ی بسته تا ثبت داده ها برای اهداف آمارب می تواند متغیر می باشد . اندازه گیری و سنجش این پارامتر ها می تواند به طرق مختلف صورت گیرد که شامل استفاده از ابزار ها ی مستقیم خوان و نیز مبدل های سنجش الکتریکی می باشد.

مبدل ها خروجی آنالوگ D.C دقیقی را تولید می کنند – که معمولا یک جریان است- که با پارامتر های اندازه گیری شده مرتبط می باشد (مولفه ی مورد اندازه گیری)آنها ایزولاسیون الکتریکی را بوسیله ی ترانسفورماتور ها فراهم می کنند که گاها به عنوان ابزولاسیون گالوانیکی بین ورودی و خروجی بکار برده می شوند.این مسئله ابتداء یک مشخصه ی ایمنی محسوب می شود ولی همچنین به این معنی است که سیم کشی از ترمینال های خروجی و هر دستگاه در یافت کننده می تواند سیک وزن و دارای مشخصات عایق کاری کمی باشد مزیت های ابزار های اندازه گیری گسسته در زیر ارائه گردیده است.

الف) نصب شدن در نزدیکی منبع اندازه گیری، کاهش بار ترانسفورماتور وسیله و افزایش ایمنی بدنبال حزف سلسله ی سیم کشی طولانی.

ب) قابلیت نصب نمایشگر دور از مبدل

ج) قابلیت استفاده از عناصر نمایشگر چندگانه به ازای هر مبدل

د) بار روی CT’s/VT’s بصورت قابل ملاحظه ای کمتر است.

خروجی های مبدل ها ممکن است به روش های مختلف از ارائه ی ساده ی مقادیر اندازه گیری شده برای یک اپراتور تا بهره برداری شدن بوسیله ی برنامه ی اتوماسیون سک شبکه برای تعیین استراتژی کنترلی مورد استفاده قرار گیرد.

2-22) مشخصه های عمومی

مبدل ها می توانند دارای ورودی ها یا خروجی های منفرد و یا چند گانه باشند ورودی ها ، خروجی ها و تمامی مدار های کمکی از همدیگر مجزا خواهند شد. ممکن است بیش از یک کمیت ورودی وجود داشته باشد و مولفه ی مورد اندازه گیری می تواند تابعی از آنها باشد-هرچند مبدل اندازه گیری که مورد استفاده قرار گیرد معمولا انتخابی بین نوع مجزا و پیمانه ای وجود دارد که نوع اخیر یعنی پیمانه ای توسط پریز واحد ها را به یک قفسه ی ایتاندارد وصل می کند موقعیت و اولویت استفاده نوع مبدل را تعیین می کند.

1-2-22) ورودی های مبدل

ورودی مبدل ها اغلب از ترانسفورماتور ها گرفته می شود که این امر ممکن است از طرق مختلف صورت پذیرد . به طور کامل ، برای بدست آوردن بالا ترین دفت کلی باید کلاس اندازه گیری ترانسفورماتور های دستگاه مورد استفاده قرار گیرد. و سپس خطای ترانسفورماتور، ولو اینکه از راه جبر و بصورت ریاضی گون، به خطای مبدل اضافه خواهد شد. هرچند که اعمال مبدل ها به کلاس محافظتی ترانسفورماتور های دستگاه عمومیت دارد و به این علت است که مبدل ها معمولا بر اساس توانایی تحمل اضافه بار کوتاه مدت مشخص روی جریان ورودی آنها توصیف می شوند. مشخصه های عمومی مقاومتی مناسب برای اتسال به کلاس حفاظتی ترانسفور ماتور های دستگاه برای مدار ورودی جریان یک ترانسفور ماتور در ذیل آمده است:

الف)300 درصد کل جریان پیوسته

ب)2500 درصد برای سه ثانیه

ج)5000 درصد برای یک ثانیه

مقاومت ظاهری ورودی هر مدار ورودی جریان باید تا حد ممکن پایین و برای ولتاژ ورودی باید تا حد ممکن بالا نگه داشته شود. این کار خطا ها را بعلت عدم تناسب مقاومت ظاهری کاهش می دهد .

2-2-22) خروجی مبدل ها

خروجی یک مبدل معمولا منبع جریان می باشد. و به این معنا یت که در طول محدوده تغییرات ولتاژ خروجی (ولتاژ مقبول) مبدل ، وسایل نمایشگر اضافی بدون محدودیت و بدون هرگونه نیازی برای تنظیم مبدل می تواند اضافه گردند.میزان ولتاژ قابل قبول ، حداکثر مقاومت ظاهری حلقه ی مدار خروجی را تعیین می کند . به طوری که میزان بالای ولتاز قابل قبول ، دوری موقعیت دستگاه مزبور را تسهیل می کند.

در جایی که حلقه ی خروجی برای اهداف کنترلی مورد استفاده قرار گرفته می شود ، دیود زینر های به طور مناسب ارزیابی شده گاها در میان ترمیتال های هر وسیله در حلقه ی سری برای حفاظت در برابر امکان تبدیل مدارات داخلی آنها به مدار باز نصب می شوند.این امر اطمینان می دهد که یک وسیله خراب در داخل حلقه منجر به خرابی کامل حلقه ی خروجی نمی گردد. طبیعت جریان ساده ی خروجی مبدل حقیقتا ولتاژ را بالا می برد و تا تحت فشار قرار دادن سیگنال خروجی صحیح اطراف حلقه ادامه می یابد.

3-2-22) دقت مبدل

معمولا دقت از اولویت های اولیه می باشد . اما در مقایسه باید اشاره گردد که دقت می تواند به طرق مختلف تعریف گردیده و شاید تحت تعاریف بسیار نزدیک شرابط استفاده اعمال گردد. مطالبی که در زیر اشاره می گردد تلاش دارد تا برخی از موضوعاتی که دارای عمومیت بیشستری هستند و نیز ارتباط آنها با شرایطی که در عمل رخ می دهد با استفاده از تروینولوژی معین در ICE 60688 را روشن می سازد.

دقت مبدل بوسیله ی عوامل مختلف (به یک مقدار کم یا زیاد) تحت تاثیر فرار خواهد گرفت که با نام مقادیر تاثیر شناخته می شود که روی آن استفاده کننده کنترل کمی داشته یا حتی هیچ کنترلی ندارد. جدول 1-22 لیست کاملی از مقادیر تاثیر را به نمایش در آورده است.دقت تحت گروهی از شرایط که به عنوان شرایط مرجع شناخته می شوند بررسی می گردند. شرایط مرجع برای هر یک از مقادیر تاثیر می تواند به صورت یک مقدار منفرد (برای مثال 20 درجه ی سانتی گراد) یا محدوده ی تغییرات ( برای مثال 10 تا 40 درجه ی سانتی گراد ) بیان گردد.

جدول 1-22 ) --------------------------------------------------------

خطای تعیین شده تحت شرایط مرجع به خطای ذاتی باز می گردد. همه ی مبدل هایی که دارای خطای ذاتی یکسانی هستند در یک کلاس دقت مشخص گروهبندی می شوند که بوسیله ی نشانه ی کلاس مذکور مشخص می گردند. نشانه ی کلاس با خطای ذاتی بوسیله درصدی مشخص می گردد( برای مثال مبدلی با خطای ذاتی 0.1 درصد از کل مقیاس دارای نشانه ی کلاسی برابر با 0.1 می باشد) یکی است.

سیستم نشانه ی کلاسی که در IEC 60688 استفاده می شود نیازمند این است که تغییرات برای هر یک از مقادیر تاثیر دقیقا مرتبط با خطای ذاتی باشد و این به این معنی است که بیشترین مقدار دقت آن است که کارخانه ی سازنده ادعا دارد و کمترین مقدار ناشی از حدود ناپایداری است.

به علت آنکه مقادیر تاثیر زیادی وجود دارند ، پایداری ها به صورت منفرد تعیین می گردند ضمن اینکه همه ی دیگر مقادیر تاثیر در شرایط مرجع نگهداری می شوند محدوده تغییرات اسمی استفاده از یک مبدل بوسیله ی کارخانه ی سازنده مشخص می گردد. محدوده تغییرات اسمی به طور طبیعی گسترده تر از میزان یا محدوده ی تغییرات مرجع می باشد. مطابق با محدوده ی تغییرات اسمی استفاده از یک مبدل خطاهای اضافی به علت یک خزا روی هم جمع می شوند. این خطا های اضافی به مقدار تاثیر منفردی که اغلب نشانه ی کلاس می باشد محدود می شود. جدول 2-22 جزئیات اجزاء محدوده ی تغییرات نوعی یک مبدل را طبق استاندارد ارائه می کند.

جدول 1-22 ) --------------------------------------------------------

همچنین آشفتگی برای مشخص شدن کارائی تحت شرایط عملی واقعی بالا می رود. سیگنال خروجی اغلب یک مولفه ی اندازه گیری آنالوگ D.C می باشد اما از یک مقدار ورودی متناوب بدست می آید و به ناچار مقدار مشخصی از اجزاء متناوب یا موج دار را دارار خواهد بود. موج یا شکن بوسیله ی اختلاف بین مقادیر ماکسیمم و مینیمم اخزاء متناوب سیگنال خروجی تعریف می گردند . هر چند که برخب سازنده ها از اختلاف بین میانگین تا ماکسیمم یا r.m.s (Remote Monipulator system) استفاده می کنند. برای با معنی بودن شرایطی که تحت آن مقدار موج یا شکن اندازه گرفته شده است باید توضیح داده شود ، برای مثال 0.35% r.m.s = 10% peak-to-peak ripple .

با تغییرات شرایط مولفه ی مورد اندازه گیری سیگنال به طور آنی از تغییرات طبعیت نمی کند بلکه دارای تاخیر زمانی می باشدو این مسوله به علت فیلترینگ مورد نیاز برای کاهش شکن یا ،در مبدل هایی که از تکنولوژی رقمی استفاده می کنند ، ممانعت از بد نمایی زمان واکنش معمولا می تواند در عوض افزایش شکن کاهش یابد و بالعکس. مبدل هایی که دارای زمان واکنش گکمتر از معمول هستند می توانند برای چنان مواردی مورد استفاده قرار گیرد جایی که سیستم نیرو، نوسانات ، افت ها و نوسانات فرکانس پایین را که باید مانیتور گردد تحمل می کند.

مبدل هایی که دارای جریان خروجی می باشند ولتاژ خروجی ماکسیممی دارند که به عنوان ولتاژ قابل قبول شناخته می شود. اگر مقاومت بار خیلی بالا باشد و از این رو ولتاژ قابل قبول از یک حدی تجاوز کند، خروجی مبدل دارای دقت بالایی نخواهد بود.

میدل های مخصوصی بوسیله ی سازندگان برای استفاده روی سیستم هایی که شکل موجی ، سینوسی خالص نیست مشخصه بندی شده اند. آنها عموما به انواع دریافت حقیقی r.m.s باز می گردند . برای چنین انواعی عامل اختشاش شکل موج یک مقدار تاثیر می باشد. دیگر مبدل ها به دربافت میانگین باز می گردند و برای پاسخ به مقدار r.m.s یک مرجع سینوسی خالص تنظیم شده اند. اگر شکل موج ورودی به هم بریزد خطا ها بوجود خواهند آمد . برای مثال خطایی به علت آسیب دیدن سومین هارمونیک می تواند بالغ بر یک در صد به ازای سه درصد هارمونیک شود. اولین بار که دستگاه نصب شد استفاده کننده توقع دارد که دقت مبدل در طی زمان پایدارباقی بماند. استفاده از اجزاء دارای کیفیت بالا و نیز بررسی محافظه کارانه ی نیرو به اطمینان از پایداری طولانی مدت کمک خواهد کرد ولی شرایط محیطی مخالف یا ناسازگار می تواند منجر به تغییر کارایی گردد که ممکن است نیاز به جایگزینی آن در طی طول عمر دستگاه گردد.

3-22) تکنولوژی مبدل های دیجیتال

مبدل های دارای سیستم نیروی دیجیتال از تکنولوژی مشابهی که در مورد رله های رقمی و دیجیتال که در فصل هفتم توضیح داده شده استفاده می کنند. سیگنال های آنالوگ حاصل شده از CT’s و VT’s برای جلوگیری از بدنمایی فیلتر می شوند ( با استفاده از مبدل A/P به دیجیتال تبدیل می شوند( و سپس پردازش سیگنال برای بدست آوردن اطلاعات مورد نیاز انجام می گیرد. اطلاعات پایه در فصل هفتم ارائه گردیده است. نرخ نمونه برداری 64 (نمونه/چرخه) یا بیشتر ممکن است مورد استفاده قرار گیرد و کلاس دقت آن به طور معمول 0.5 می باشد.

خروجی ها ممکن است هم دیجیتال و هم آنالوگ باشند . خروجی های آنالوگ به وسیله ی عوامل تاثیر گزار روی دقت آنچنانکه در بالا توضیح داده شد تحت تاثیر قرار می گیرند. خروجی های دیجیتال نوعا در شکل یک پیوند مخابراتی با انواع موجود RS232 و RS458 هستند زمان واکنش بسته به نرخی که مقادیر به پیوند مخابراتی انتقال داده می شوند و تاخبر در پردازش داده ها درد انتهای دریافت کننده ممکن است در مقایسه با مبدل های آنالوگ قابل تحمل تر باشند .

در حقیقت همه ی مقادیر تاثیری که یک مبدل آنالوگ سنتی را تحت تاثبر قرار می دهند در مبدل های دیجیتالی نیز در برخی اشکال مشاهده می شوند ولب خطاهای ایحاد شده شاید خیلی کمتر از نوع مشابه در مبدل های آنالوگ بوده و نیز در یک چرخه ی زمانی طولانی بسیار پابدار تر می باشد.

مزیت استفاده از تکنولوژی رقمی در مبدل ها به صورت زیر می باشد:

1- پایداری طولانی مدت بهبود شده

2- اندازه گیری r.m.s با دقت خیلی بیشتر

3- امکان ارتباطی بهبود یافته

4- قابلیت برنامه ریزی مقیاس گزاری

5- محدوده ی تغییرات گسترده تر از توابع

6- کاهش یافتن اندازه ی دستگاه