Использование трансформаторов напряжения — Continental Control Systems, LLC

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

  • (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
    • (B) исследовать примеры кинетической и потенциальной энергии и их преобразований;
    • (D) демонстрировать и применять законы сохранения энергии и сохранения количества движения в одном измерении.

    Кроме того, в Руководстве по физике для средней школы рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Работа и энергия», а также следующие стандарты:

    • (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
      • (B) исследовать примеры кинетической и потенциальной энергии и их преобразований;
      • (D) демонстрировать и применять законы сохранения энергии и сохранения количества движения в одном измерении.

      Основные термины раздела

      закон сохранения энергии

      Поддержка учителей

      Поддержка учителей

      [BL] [OL] Начните с отличия механической энергии от других форм энергии. Объясните, почему общее определение энергии как способности совершать работу имеет смысл с точки зрения любой из форм механической энергии. Обсудите закон сохранения энергии и развейте любые заблуждения, связанные с этим законом, такова идея, что движущиеся объекты просто естественным образом замедляются. Идентифицируйте тепло, выделяемое трением, как обычное объяснение очевидных нарушений закона.

      [AL] Начните дискуссию о том, как другие полезные формы энергии также превращаются в бесполезное тепло, например свет, звук и электричество. Постарайтесь научить учащихся понимать тепло и температуру на молекулярном уровне. Объясните, что энергия, теряемая на трение, на самом деле преобразует кинетическую энергию на макроскопическом уровне в кинетическую энергию на атомном уровне.

      Механическая энергия и сохранение энергии

      Ранее мы видели, что механическая энергия может быть либо потенциальной, либо кинетической. В этом разделе мы увидим, как энергия преобразуется из одной из этих форм в другую. Мы также увидим, что в замкнутой системе сумма этих форм энергии остается постоянной.

      Немало потенциальной энергии получает автомобиль с американскими горками и его пассажиры, когда они поднимаются на вершину первого холма. Помните, что потенциал часть термина означает, что энергия была сохранена и может быть использована в другое время. Вы увидите, что эта накопленная энергия может быть использована для выполнения работы или преобразована в кинетическую энергию. Например, когда объект, обладающий гравитационной потенциальной энергией, падает, его энергия преобразуется в кинетическую энергию. Помните, что и работа, и энергия выражаются в джоулях.

      Вернитесь к рисунку 9.3. Количество работы, необходимой для подъема телевизора из точки А в точку Б, равно количеству гравитационной потенциальной энергии, которую телевизор получает от высоты над землей. Это вообще верно для любого предмета, поднятого над землей. Если вся работа, проделанная над объектом, используется для подъема объекта над землей, количество работы равно приросту гравитационной потенциальной энергии объекта. Однако обратите внимание, что из-за работы, выполняемой трением, эти преобразования энергии в работу никогда не бывают совершенными. Трение вызывает потерю некоторого количества полезной энергии. В последующих обсуждениях мы будем использовать приближение, согласно которому преобразования не имеют трения.

      Теперь давайте посмотрим на американские горки на рис. 9.7. На американских горках была проделана работа, чтобы поднять их на вершину первого подъема; в этот момент у американских горок есть гравитационная потенциальная энергия. Он движется медленно, поэтому также имеет небольшое количество кинетической энергии. Когда автомобиль спускается по первому склону, его PE преобразуется в KE. В нижней точке большая часть оригинала PE был преобразован в KE, а скорость на максимуме. Когда автомобиль движется вверх по следующему склону, некоторые KE превращается обратно в PE и машина тормозит.

      Рисунок 9.7. Во время этой поездки на американских горках происходит преобразование потенциальной и кинетической энергии.

      Поддержка учителей

      Поддержка учителей

      [OL] [AL] Спросите, имеют ли класс смысл в определениях энергии, и постарайтесь выявить любые проявления путаницы или неправильных представлений. Помогите им сделать логический вывод, что если энергия — это способность выполнять работу, то логично, что она выражается в одной и той же единице измерения. Попросите учащихся назвать все формы энергии, которые они могут назвать. Спросите, поможет ли это им почувствовать природу энергии. Спросите, есть ли у них проблемы с пониманием того, как некоторые формы энергии, такие как солнечный свет, могут работать.

      [BL] [OL] Вы можете ввести понятие опорной точки как начальной точки движения. Свяжите это с началом координатной сетки.

      [BL] Объясните, что энергия — это другое свойство с другими единицами измерения, чем сила или мощность.

      [OL] Помогите учащимся понять, что скорость, с которой доставляется телепередача, не является частью расчета PE. Предполагается, что скорость постоянна. Любой KE из-за увеличения скорости доставки будет потеряна при остановке движения.

      [BL] Убедитесь, что вы четко понимаете разницу между кинетической и потенциальной энергией, а также между скоростью и ускорением. Объясните, что слово потенциал означает, что энергия доступна, но это не означает, что она и для использования или будем использоваться.

      Виртуальная физика

      Основы скейт-парка Energy

      Это моделирование показывает, как связаны кинетическая и потенциальная энергии, в сценарии, похожем на американские горки. Наблюдайте за изменениями в KE и PE нажав на поля гистограммы. Также попробуйте три скейт-парка разной формы. Перетащите фигуриста на дорожку, чтобы запустить анимацию.

      Это моделирование (http://phet.colorado.edu/en/simulation/energy-skate-park-basics) показывает, как связаны кинетическая и потенциальная энергии, в сценарии, похожем на американские горки. Наблюдайте за изменениями в KE и PE, нажимая на поля гистограммы. Также попробуйте три скейт-парка разной формы. Перетащите фигуриста на дорожку, чтобы запустить анимацию. Гистограммы показывают, как KE и PE преобразовываются туда и обратно. Какое утверждение лучше всего объясняет, что происходит с механической энергией системы при увеличении скорости?

      Механическая энергия системы возрастает, если нет потерь энергии на трение. Энергия преобразуется в кинетическую энергию при увеличении скорости.

      Механическая энергия системы остается постоянной, если нет потерь энергии на трение. Энергия преобразуется в кинетическую энергию при увеличении скорости.

      Механическая энергия системы увеличивается, если нет потерь энергии на трение. Энергия преобразуется в потенциальную энергию при увеличении скорости.

      Механическая энергия системы остается постоянной, если нет потерь энергии на трение. Энергия преобразуется в потенциальную энергию при увеличении скорости.

      Поддержка учителей

      Поддержка учителей

      Эта анимация показывает преобразования между KE и PE и как меняется скорость в процессе. Позже мы можем вернуться к анимации, чтобы увидеть, как трение преобразует часть механической энергии в тепло и как сохраняется полная энергия.

      На реальных американских горках есть много взлетов и падений, и каждый из них сопровождается переходами между кинетической и потенциальной энергией. Предположим, что на трение энергия не теряется. В любой момент поездки полная механическая энергия одинакова и равна энергии, которую автомобиль имел на вершине первого подъема. Это результат закона сохранения энергии, который гласит, что в замкнутой системе полная энергия сохраняется, то есть она постоянна. Используя индексы 1 и 2 для представления начальной и конечной энергии, этот закон выражается как

      Каждая из сторон равна полной механической энергии. Фраза в закрытая система означает, что мы предполагаем, что энергия не теряется в окружающую среду из-за трения и сопротивления воздуха. Если мы проводим расчеты с плотными падающими объектами, это хорошее допущение. Для американских горок это предположение вносит некоторую неточность в расчет.

      Расчеты с использованием механической энергии и сохранения энергии

      Советы для успеха

      При расчете работы или энергии используйте метры для расстояния, ньютоны для силы, килограммы для массы и секунды для времени. Это гарантирует, что результат будет выражен в джоулях.

      Поддержка учителей

      Поддержка учителей

      [BL] [OL] Убедите учащихся в том, какой значительный объем работы требуется, чтобы довести автомобиль с американских горок до вершины первой, самой высокой точки. Сравните это с объемом работы, который потребуется, чтобы подняться на вершину американских горок. Спросите учащихся, почему они могут чувствовать усталость, если им приходится идти пешком или взбираться на вершину американских горок (они должны использовать энергию, чтобы приложить силу, необходимую для движения тела вверх против силы тяжести). Проверьте, могут ли учащиеся правильно предсказать, что отношение массы автомобиля к массе человека будет равно отношению проделанной работы и полученной энергии (например, если масса автомобиля в 10 раз больше массы человека, количество работы, необходимое для переместить машину на вершину холма будет в 10 раз больше работы, необходимой для подъема на холм).

      Смотреть физику

      Сохранение энергии

      В этом видео обсуждается преобразование PE в KE и сохранения энергии. Сценарий очень похож на американские горки и скейт-парк. Это также хорошее объяснение изменений энергии, изученных в лаборатории Snap.

      Поддержка учителей

      Поддержка учителей

      Прежде чем показывать видео, просмотрите все уравнения, связанные с кинетической и потенциальной энергией и сохранением энергии. Также убедитесь, что у студентов есть качественное понимание происходящего преобразования энергии. Вернитесь к лаборатории привязки и лаборатории моделирования.

      Смотреть Физика: сохранение энергии. Это видео знакомит с законом сохранения энергии и объясняет, как потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.

      Ожидали ли вы, что скорость в нижней части склона будет такой же, как при падении объекта прямо вниз? Какое утверждение лучше всего объясняет, почему это не совсем так в реальных жизненных ситуациях?

      Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где было большое трение. В реальной жизни большая часть механической энергии теряется в виде тепла, вызванного трением.

      Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где есть небольшое трение. В реальной жизни большая часть механической энергии теряется в виде тепла, вызванного трением.

      Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где было большое трение. В реальной жизни механическая энергия не теряется из-за сохранения механической энергии.

      Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где есть небольшое трение. В реальной жизни механическая энергия не теряется из-за сохранения механической энергии.

      Пример работы

      Применение закона сохранения энергии

      Камень массой 10 кг падает с 20-метрового обрыва. Чему равна кинетическая и потенциальная энергия при падении камня с высоты 10 м?

      Использование преобразователей напряжения

      Счетчики WattNode® доступны в семи диапазонах напряжения до 600 В переменного тока между фазой и нейтралью, а также модели широкого диапазона, работающие от 100 до 600 В переменного тока. Для рабочего напряжения выше 600 В переменного тока трансформаторы напряжения или напряжения (ПТ или ТН) используются для понижения напряжения до более низкого диапазона, который будет работать со счетчиком WattNode. PT используются для сетей среднего напряжения выше 600 В переменного тока, а также иногда для трехфазных трехпроводных цепей треугольника 575–600 В переменного тока.

      Измерители WattNode ® для BACnet ® , LonWorks и Modbus поддерживают коэффициенты PT и могут выполнять внутреннее масштабирование измерений. В более старых моделях и импульсных моделях данные должны масштабироваться извне системой сбора данных.

      Если вы используете счетчик WattNode® for LonWorks®, мы предлагаем вариант PT, который добавляет свойство конфигурации UCPTptRatio который настраивает коэффициент внешнего PT, позволяя измерителю автоматически масштабировать показания напряжения, мощности и энергии.

      Масштабирование

      Добавление трансформаторов напряжения приводит к уменьшению измеренного линейного напряжения на коэффициент PT (скажем, 35:1 для этого примера). Таким образом, напряжение 4200 В переменного тока становится 120 В переменного тока. Поскольку измеритель воспринимает 120 В переменного тока, многие из измерений, которые он сообщает, будут занижены в 35 раз, если только они не будут увеличены в 35 раз.

      В частности, следующие величины масштабируются измерителем или внешним образом (если это применимо к вашему измерителю):

      • напряжение
      • Питания – поскольку мощность вычисляется из напряжения и тока. Сюда входят все значения реальной, реактивной и полной мощности.
      • Спрос – это средняя мощность за интервал
      • Энергия – Сюда входят все значения реальной, реактивной и полной энергии. При использовании счетчика импульсов умножьте масштабный коэффициент кВтч на коэффициент PT.

      PT не влияют на измерения тока, частоты и коэффициента мощности.

      ОБОРУДОВАНИЕ

      CCS поставляет счетчик WattNode с номинальным напряжением до 600 В переменного тока и трансформаторы тока, рассчитанные на использование в цепях с напряжением до 600 В переменного тока. CCS не поставляет трансформаторы напряжения, предохранители или трансформаторы тока, предназначенные для использования в цепях среднего напряжения, поэтому вам потребуется найти других поставщиков этих компонентов.

      Трансформаторы тока

      Continental Control Systems не продает трансформаторы тока, рассчитанные на использование более 600 В переменного тока, поэтому необходимо использовать трансформаторы тока, рассчитанные на среднее напряжение. Большинство трансформаторов тока среднего напряжения выдают 5 ампер при полном номинальном токе. Например, вторичная обмотка трансформатора тока с соотношением сторон 500:5 будет выдавать 5 ампер, когда 500 ампер протекают через оконное отверстие трансформатора тока (первичная обмотка). Выходной ток 5-амперного трансформатора тока можно измерить с помощью одного из наших трансформаторов тока, чтобы преобразовать выходной сигнал 5-амперного трансформатора тока в сигнал 0.333 В переменного тока. Типичные трансформаторы тока для этого приложения включают в себя:

      • АКТЛ-0750-005 – ТТ Accu-CT® с разъемным сердечником
      • СТТ-0300-005 – твердотельный (тороидальный) ТТ

      Мы называем эту технику совмещением. Счетчики LonWorks (–FT10) показаны на следующих рисунках, но эта схема сопряжения работает с любым типом счетчиков.

      При совмещении ТТ иногда бывает трудно определить, в каком направлении должны быть обращены совмещенные ТТ. Так что просто угадайте и установите их все в одном направлении. Если показания мощности отрицательные или светодиоды состояния мигают красным, поменяйте местами ТТ, поменяйте местами черный и белый провода или используйте CtDirections регистр (модели Modbus или InvertCtA, InvertCtB, InvertCtC объектов моделей BACnet) для эффективного реверсирования трансформатора тока.

      Когда вы используете два ТТ вместе, как это (ТТ отношения в сочетании с ТТ с выходом напряжения), используйте номинальный ток отношения CT как полное значение номинального тока для измерителя WattNode. Например, если ТТ среднего напряжения имеет коэффициент трансформации 500:5, используйте 500 в качестве полного номинального тока ТТ.

      Цепи трансформаторов напряжения

      В этом разделе описываются наиболее распространенные типы услуг и PT-каналы, с которыми приходится сталкиваться. В нем приведены рекомендуемые схемы подключения и информация об измерениях. В большинстве случаев PT используются с цепями среднего напряжения в диапазоне от 2400 В до 35,000 XNUMX В переменного тока, поэтому здесь будут показаны примеры среднего напряжения. Те же схемы могут также использоваться для трансформаторов тока низкого или высокого напряжения.

      Трехпроводная дельта-сервис

      Многие услуги среднего напряжения представляют собой услуги по схеме «треугольник» с тремя проводами без нейтрального проводника. В них используется одна из следующих схем заземления:

      • Плавающий: Во многих случаях трансформаторы с обмоткой треугольником остаются незаземленными. Это имеет то преимущество, что допускает замыкание на землю на одной из фаз из-за срабатывания выключателя и прерывания обслуживания.

      Рис. 1. Сетевой трансформатор: плавающий переход «треугольник-треугольник»

      • Угловой участок: Один угол, обычно фаза B, заземлен.

      Рис. 2. Сетевой трансформатор: «треугольник-треугольник» с угловым заземлением

      • Центральная земля: В этой конфигурации одна обмотка имеет отвод от центра, а центральная точка заземлена.
      • Дополнительно : Возможны и другие возможности (хотя и редко) и включают резистивное заземление и индуктивное заземление.

      Все перечисленные выше конфигурации заземления (включая плавающие) можно контролировать, как показано на рис. Рисунок 3 ниже. При этом могут использоваться двух- или трехэлементные PT. Третий элемент PT является избыточным (ненужным) для данной конфигурации и показан на рисунке серым цветом. В результате заземления выхода фазы B СТ измеритель WattNode будет сообщать о напряжении, токе, мощности и энергии только для двух фаз: фазы A и фазы C.

      Теорема Блонделя объясняет, что сумма результатов (PowerSum и EnergySum) точны с этой конфигурацией. Однако сообщаемая мощность, реактивная мощность и коэффициент мощности для двух отдельных фаз могут оказаться несбалансированными, даже если фактическая нагрузка сбалансирована, поэтому в этой конфигурации имеют значение только суммы мощности и энергии.

      Для моделей WattNode, которые не поддерживают схемы треугольника с межфазным напряжением 120 В перем. тока, необходимо подключить счетчик между фазой и нейтралью. Поэтому мы рекомендуем использовать фазу B в качестве эталона и соединить ее с землей и нейтралью. Это приведет к нулевым показаниям счетчика для фазы B.

      Внимание, первичные обмотки PT контролируют среднее напряжение линейный напряжения, поэтому выберите коэффициент трансформации на основе междуфазных напряжений.

      Рис. 3. Мониторинг схемы треугольника

      Четырехпроводная схема соединения звездой

      Это соединение среднего напряжения с нулевым проводом. Вспомогательный трансформатор может быть треугольником-звездой (показан ниже) или звездой-звездой.

      Рис. 4. Сетевой трансформатор: треугольник-звезда

      Четырехпроводное подключение по схеме “звезда” контролируется трехэлементной конфигурацией СТ, показанной на рис. Рисунок 5 ниже. Измеритель обеспечивает пофазные показания напряжения, тока, мощности и энергии, масштабированные в соответствии с измерениями среднего напряжения.

      В этой конфигурации первичные и вторичные обмотки PT соединены звездой. Если бы любая сторона ПТ была подключена треугольником, это вызвало бы фазовый сдвиг напряжения на 30° и неправильные показания.

      Внимание, первичные обмотки PT контролируют среднее напряжение фаза-нейтраль напряжение, а не линейное напряжение. Поэтому будьте осторожны, чтобы выбрать правильное соотношение PT. Например, если цепь среднего напряжения 4160/2400Y (2400 В переменного тока между фазой и нейтралью), вам потребуется коэффициент трансформации 20:1, чтобы снизить напряжение до 120 В переменного тока.

      Рис. 5. Мониторинг четырехпроводной схемы «звезда» с нейтралью

      Трехпроводная схема соединения звездой (без нейтрали)

      Это то же самое, что и четырехпроводная схема «звезда», за исключением того, что нейтральный провод не выводится на нагрузку. ВA на землю, ВB на землю, а ВC к земле все почти равны. Потенциал земли такой же, как у нейтрали, если бы использовалась нейтраль.

      Рисунок 6: Сетевой трансформатор: треугольник-звезда без нейтрали

      Трехпроводное подключение по схеме “звезда” можно контролировать с помощью двух различных конфигураций системного терминала.

      • Двухэлементный ПТ: Видеть Рис. 3. Мониторинг схемы треугольника.
      • Трехэлементный PT (выход звезда): Это предпочтительная конфигурация ПТ, поскольку счетчик будет обеспечивать пофазные показания напряжения, тока, мощности и энергии для всех трех фаз.

      Рис. 7. Мониторинг трехпроводной схемы «звезда» без нейтрали

      Внимание, первичные обмотки PT контролируют среднее напряжение линия-земля напряжения, не междуфазные напряжения. Поэтому обязательно выберите правильное соотношение PT. Например, если цепь среднего напряжения представляет собой треугольник с линейным напряжением 4160 2400 В переменного тока, то напряжения между линией и землей будут равны 20 1 В переменного тока, и для понижения до 120 В переменного тока потребуется коэффициент трансформации XNUMX:XNUMX.

      Не используйте схему в Рисунок 7 если питание среднего напряжения не осуществляется от распределительного трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной звездой, поскольку первичные напряжения PT могут быть неопределенными или несогласованными.

      Настройка соотношения PT

      Трансформаторы напряжения преобразуют среднее (или высокое) напряжение сети в более низкое напряжение, совместимое со счетчиками WattNode. PT описываются понижающим коэффициентом, как показано в следующей таблице общих коэффициентов.

      PT Первичный
      напряжение
      Вторичное напряжение ТТ
      (фаза-нейтраль)
      Pri:Sec = соотношение PT
      2400 120 2400:120 = 20
      4200 120 4200:120 = 35
      4800 120 4800:120 = 40
      7200 120 7200:120 = 60
      8400 120 8400:120 = 70
      12000 120 12000:120 = 100
      14400 120 14400:120 = 120

      Значения PT Ratio представляют собой просто первичное напряжение, деленное на вторичное напряжение. Например, 4200 / 120 = 35. В редких случаях также можно использовать реверсивный PT для повышения более низкого напряжения, например, с 12 В переменного тока до 120 В переменного тока, чтобы измеритель WattNode мог контролировать потребление энергии 12 или 24 В переменного тока. Это приведет к коэффициенту PT, например, 0.1 (12 В переменного тока к 120 В переменного тока) или 0.2 (24 В переменного тока к 120 В переменного тока). В Соединенных Штатах и ​​Канаде большинство трансформаторов тока имеют вторичное напряжение 120 В переменного тока, поэтому мы исходили из этого предположения для данного дополнения. Если ваш программируемый терминал имеет другое вторичное напряжение, вам необходимо убедиться, что номинальное напряжение измерителя WattNode соответствует вторичному напряжению. В следующей таблице показаны некоторые возможные вторичные напряжения PT и соответствующие модели WattNode, которые вы могли бы использовать.

      Вторичное напряжение ТТ
      (линия-к-линии)
      Вторичное напряжение ТТ
      (фаза-нейтраль)
      Модель WattNode
      120 69 Не поддерживается
      208 120 ВНК-3Y-208-FT10
      230 132 ВНК-3Y-208-FT10
      400 230 ВНК-3Y-400-FT10

      Примечание: Поскольку компания CCS не предлагает модели с блоком питания, который может работать от линейного напряжения 120 В переменного тока или линейного напряжения 69 В переменного тока, может потребоваться привязать выходное напряжение одного трансмиттера к нейтрали и земле, как показано на рис. Рисунок 3.

      WattNode для LonWorks — опция PT

      • См. MS-20-WNC-LonWorks-Option-PT.pdf для получения дополнительной информации об использовании программируемых терминалов с WattNode для счетчиков LonWorks.

      Если у вас есть или вы заказываете WattNode для LonWorks с опцией PT, вы можете указать коэффициент PT, чтобы счетчик автоматически масштабировал значения напряжения, мощности и энергии.

      Как только вы определили правильное соотношение PT, запрограммируйте его в UCPTptRatio с помощью LonMaker®, WattNode LNS® Plug-In или другого инструмента LonWorks. UCPTptRatio ограничен диапазоном от 0.05 до 300. Если вы попытаетесь настроить значение меньше 0.05 или больше 300, счетчик вернется к коэффициенту PT, равному 1.0 (фактически без PT).

      Если вы знаете коэффициент PT на момент заказа расходомера, вы можете указать его как часть опции, чтобы коэффициент был предварительно запрограммирован на заводе. Например, для ПТ с соотношением сторон 4200:120 необходимо заказать следующее:

      WNC-3Y-208-FT10 Опция PT=35

      Значение, следующее за «PT=», должно быть отношением в виде одного числа. Не указывайте первичное напряжение или два числа, разделенные двоеточием.

      Если вы не знаете коэффициент PT при заказе счетчика, добавьте «Опция ПТ» к модели. Измеритель поставляется с коэффициентом PT, установленным на 1.0, и его необходимо настроить на месте.

      WattNode Modbus и BACnet

      Счетчики WattNode Modbus и BACnet также поддерживают потенциальные коэффициенты трансформации для масштабирования показаний напряжения, мощности и энергии. Коэффициент тока и мощности не нужно масштабировать с помощью коэффициента PT.

      Импульс WattNode

      Нет Вариант ПТ доступно для измерителя пульса WattNode. Тем не менее, вы все равно можете подключить счетчик с трансформаторами напряжения. Вам просто нужно будет настроить коэффициенты масштабирования на коэффициент PT. Например:

      импульсов на
      Киловатт-час
      Коэффициент PT Масштабированные импульсы
      За киловатт-час
      400 35 400 / 35 = 11.429
      100 35 100 / 35 = 2.857
      Ватт-часы
      за импульс
      Коэффициент PT Масштабированные ватт-часы
      за импульс
      2.5 35 2.5 * 35 = 87.5
      10 35 10 * 35 = 350.0

      Заметки

      Энергетический ролловер

      Модели WattNode для LonWorks и WattNode Modbus имеют внутреннюю точку переключения энергии 100 ГВтч (100,000,000 XNUMX XNUMX кВтч). Когда энергия достигает точки переворота, она сбрасывается до нуля (как одометр скатывается к нулю). Как правило, для достижения этой точки пролонгации требуются годы, но с опцией PT пролонгации могут происходить гораздо чаще.

      Например, в крайнем случае, при максимальном коэффициенте трансформации трансформаторов тока 300, 5000 ампер и очень высокой продолжительной нагрузке 75% от максимальной, энергия может достигать 100 ГВтч всего за 30 дней.

      Более реалистичным примером может быть соотношение PT 60 (7200 В переменного тока) и трансформаторов тока 2000 ампер, что приводит к пролонгации приблизительно один раз в год.

      PT Бремя

      Измеритель WattNode будет питаться от вторичной обмотки PT, поэтому вам нужно будет выбрать PT с достаточно высокой номинальной нагрузкой. Модели WattNode потребляют от 2 до 4 ВА при коэффициенте мощности (PF) от 0.6 до 0.8, поэтому им требуется трансформатор напряжения, рассчитанный на эту нагрузку.

      Существуют стандартные буквенные коды IEEE/ANSI C57.13 для системных телефонов, рассчитанных на различные нагрузки. Для нестандартных ПТ уточните у производителя.

      • W: 12.5 ВА при 0.10 коэффициента мощности. Измерители WattNode потребляют намного меньше 12.5 ВА, но коэффициент мощности измерителя намного выше 0.10, что может повлиять на точность PT.
      • X: 25 ВА при 0.70 коэффициента мощности. Это может легко обеспечить метр WattNode.
      • M: 35 ВА при 0.20 коэффициента мощности. Измерители WattNode потребляют намного меньше 35 ВА, но коэффициент мощности измерителя выше 0.20, что может повлиять на точность PT.
      • Y: 75 ВА при 0.85 коэффициента мощности. Это может легко обеспечить метр WattNode.
      • Z: 200 ВА при 0.85 коэффициента мощности. Это может легко обеспечить метр WattNode.

      Ключевые слова: ПТ, ПТ, трансформатор напряжения, ТН, ТН, трансформатор напряжения, измерительный трансформатор

      См. также

      Связаться со службой технической поддержки

      Чтобы получить помощь в устранении неполадок и технические вопросы, отправьте электронное письмо в службу технической поддержки. В дополнение к вашей контактной информации укажите номера деталей CCS, которые у вас есть, и описание симптомов и проблем.

      Для помощи в выборе номеров деталей для коммерческого предложения, пожалуйста, приложите планы, спецификации и электрические чертежи, если таковые имеются. Для помощи в выборе трансформаторов тока полезны фотографии проводников, на которых будут установлены трансформаторы тока.

      Вы также можете нажать на кнопку «Отправить билет» ниже и заполнить форму.
      Отправить заявку

      Оптический трансформатор напряжения на основе ВБР-ПЗТ для измерения качества электроэнергии

      Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

      Связанные данные

      Абстрактные

      Оптические трансформаторы тока (OCT) и оптические трансформаторы напряжения (OVT) представляют собой альтернативу обычным трансформаторам для защиты и измерения с гораздо меньшими размерами и весом. Их преимущества широко обсуждались в научно-технической литературе и коммерческих приложениях, основанных на известных эффектах Фарадея и Поккельса. Тем не менее, в литературе по-прежнему мало исследований, посвященных оценке использования оптических трансформаторов для целей обеспечения качества электроэнергии, что является важным вопросом энергосистемы, предназначенным для анализа различных явлений, вызывающих нарушения качества электроэнергии. В данной работе мы построили независимый от температуры прототип оптического трансформатора напряжения на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР) и пьезоэлектрической керамики (ЦТС), пригодный для использования в полевых исследованиях на распределительных сетях 13.8 кВ. OVT был испытан при нескольких помехах, определенных в стандартах IEEE, которые могут возникнуть в системе электроснабжения, особенно при кратковременных колебаниях напряжения, таких как SAG, SWELL и ПЕРЕРЫВ. Результаты показали, что предлагаемый OVT представляет собой динамическую характеристику, способную удовлетворительно измерять такие помехи, и что его можно использовать в качестве монитора качества электроэнергии для распределительной системы 13.8 кВ. Испытания предложенной системы показали, что она способна воспроизводить до 41-й гармоники без существенных искажений и импульсных всплесков до 2.5 кГц. В качестве преимущества, по сравнению с обычными системами контроля качества электроэнергии, прототип может контролироваться дистанционно и, следовательно, может быть установлен в стратегически важных местах на распределительных линиях, чтобы контролировать их за километры без необходимости подачи электроэнергии.

      Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, оптический преобразователь, пьезокерамика, качество электроэнергии, ВБР, ОВТ, ЦТС

      1. Введение

      Качество электроэнергии стало важным требованием к электроэнергетическим системам. Термин «качество электроэнергии» применяется к различным нарушениям в электрических системах, которые всегда были предметом беспокойства для энергетических компаний и промышленности. Растущее использование нелинейных электронных нагрузок, подключенных к сети, привлекло к этой теме еще большее внимание. Из-за своих преобразователей такие нагрузки искажают доходящую до них форму волны, тем самым «загрязняя» сеть.

      С другой стороны, используемое в настоящее время оборудование более чувствительно к колебаниям напряжения, так как многие из них имеют средства управления на основе микропроцессоров и электронных устройств, чувствительных к нескольким видам помех, что приводит к плохой работе и даже сокращению срока службы.

      На промышленном уровне такие помехи могут повлиять на непрерывность работы. В некоторых отраслях промышленности, таких как сталелитейная и нефтехимическая, прерывание электроснабжения продолжительностью до 1 мин может привести к значительным потерям из-за остановки машин, оборудования и производственной линии. Для этих отраслей экономические последствия качества энергии значительны. Кроме того, бытовые потребители получают все больше информации о качестве электроэнергии и требуют, чтобы концессионеры электроэнергии улучшили предоставляемые услуги. В связи с этими требованиями набор стандартов охватывает многие проблемы, связанные с качеством электроэнергии [1,2,3]. Например, IEEE 1159 рекомендует методы контроля качества электроэнергии, IEC 61869-103 описывает использование измерительных трансформаторов для измерения качества электроэнергии, а IEC 61000-4:30 определяет методы измерения и интерпретации результатов для измерения качества электроэнергии. параметры качества в АС.

      Для целей измерения на рынке доступно несколько моделей оборудования для контроля качества электроэнергии, способных вычислять и сохранять параметры качества. Хотя эти модели очень точны, задача состоит в том, чтобы предоставить данные для этих мониторов с высокой степенью точности. Оборудование для контроля качества электроэнергии можно использовать только при низком напряжении. Для применения в распределительных линиях необходимо применять измерительные трансформаторы для снижения напряжения до соответствующих уровней. Однако измерительные трансформаторы громоздки и тяжелы, кроме того, они требуют отключения питания во время установки. Кроме того, измеритель качества электроэнергии, подключенный к выходу преобразователя прибора, должен быть оставлен на опоре для последующего сбора сохраненной информации. Из-за всех этих трудностей качество электроэнергии редко измеряется в полевых условиях, а используется только на подстанциях.

      Измерительные трансформаторы широко используются в электроэнергетике для целей защиты и учета. Измерительные трансформаторы могут быть трансформаторами напряжения (VT) или трансформаторами тока (CT) и отвечают за преобразование высокого напряжения или высокого тока в более низкие значения, совместимые со стандартным низковольтным оборудованием. Однако для приложений с высоким напряжением трансформаторы напряжения и тока, когда они включены в измерительную цепь, могут повлиять на качество измеряемых параметров, поскольку они не предназначены для оценки качества.

      Оптические трансформаторы тока и оптические трансформаторы напряжения, основанные на эффекте Фарадея и Поккельса, представляют собой новое семейство измерительных трансформаторов и альтернативу обычным электромагнитным трансформаторам для целей защиты и измерения. Их преимущества широко обсуждаются в научной и технической литературе, а их коммерческое применение хорошо принято и установлено [4].

      В мире всего несколько производителей этого оборудования, что делает технологии Фарадея и Поккельса очень дорогими. По этой причине многие операторы электростанций стремятся избегать их не только из-за высоких затрат, но и из-за относительно новой технологии, в которой не доминируют местные специалисты, требующие дорогостоящих контрактов с производителями. Однако, поскольку уже доказано, что оптическая технология имеет свои достоинства и преимущества, поиск альтернативных оптических технологий является основной задачей высокотехнологичных лабораторий во всем мире, а также целью настоящей работы.

      Тем не менее, литература по исследованиям, оценивающим использование оптических трансформаторов для целей обеспечения качества электроэнергии, по-прежнему недостаточна. В этой статье представлен новый подход OVT на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР) для измерения качества электроэнергии. Цель состоит в том, чтобы обеспечить сигнал с соответствующей точностью, требуемой анализаторами и измерителями качества электроэнергии.

      Одно из первых исследований с учетом ОВТ и нормативных стандартов было представлено Rosolem et al. [5], которые провели всесторонний обзор применения оптических датчиков для контроля качества электроэнергии среднего напряжения, обсудив технологические, экономические, нормативные и практические аспекты установок. В их обзоре были проанализированы оптические преобразователи на основе эффектов Поккельса и Фарадея, методов FBG и Power over Fiber (PoF).

      По словам Росолема, для применения оптических датчиков для контроля качества электроэнергии необходимы высокая точность и относительно большая полоса пропускания. Кроме того, мониторинг качества сети осуществляется временно, поэтому оборудование должно легко устанавливаться и сниматься с распределительной электрической сети. Датчик также должен быть экономически эффективным, чтобы оправдать его использование во многих электрических распределительных узлах [5].

      Хотя несколько авторов изучали использование пьезоэлектрических материалов, таких как PZT (цирконат-титанат свинца — PbZrTi или PZT для краткости) и ВБР для измерения напряжения, в целом, испытания проводятся для переменного напряжения без каких-либо помех и с фиксированным частота (50 или 60 Гц). Реакция OVT на возможные помехи напряжения, ухудшающие качество сети, имеет основополагающее значение для применения в измерительных системах.

      Рибейро и др. [6] испытали свой датчик при переменном напряжении до 2 кВ при частоте 60 Гц. Напряжение питания создавалось источником переменного напряжения. Goncalves и Werneck [7] использовали сигнал от самой сети, подключенной к вариатору, а затем к высоковольтному трансформатору, а Fusiek et al. [8] использовали источник переменного тока, подключенный к высоковольтному трансформатору, для генерации сигналов на датчик.

      Насир и др. [9] оценили возможность использования гибридного датчика для измерения напряжения и тока для обнаружения неисправностей в системе электроснабжения. Реакция датчика на возникновение неисправности моделировалась с учетом его теоретической модели, но отклики по напряжению и току при неисправностях не применялись к датчику.

      Данте [10] подвергал свой датчик на основе PZT переходному напряжению, применяя синусоидальный сигнал частотой 60 Гц, модулированный прямоугольной волной частотой 1 Гц. Для этого использовался генератор сигналов, подключенный к предусилителю, соединенному с лифтовым трансформатором. Применялся резкий переход амплитуды сигнала высокого напряжения (1.77 кВ).RMS до 2.66 кВRMS), и можно было наблюдать за оптическим датчиком после изменения напряжения, представляя только фазовую характеристику экспериментальной установки.

      Ян и др. [11] протестировали свою установку с синусоидальными, прямоугольными и треугольными входными сигналами на частотах 50 Гц, 3 кГц и 8 кГц. Для формирования входных сигналов использовался генератор сигналов, подключенный к усилителю. Максимальное приложенное напряжение составляло 2.5 кВ. В результате этого исследования наблюдалась сильная согласованность между входным напряжением для различных форм сигналов и откликами датчика на разных частотах. Искажения наблюдались в основном для входных сигналов треугольной и прямоугольной формы. Для синусоидального входа выходной сигнал искажался, когда приложенная частота была близка к резонансной и антирезонансной частотам материала PZT, используемого для измерения электрического поля.

      Недавно Данте и др. [12] воспроизвел свой тест, применив более высокое переходное напряжение (от нуля до 10 кВ).RMS) для имитации пошагового отклика. В очередной раз датчик воспроизвел изменение входного напряжения со временем отклика выходного сигнала менее 1 мс. Тем не менее, автор указывает, что наблюдаемая задержка в большей степени связана с фильтрами нижних частот, реализованными в электронике системы опроса.

      Наконец, работа Fusiek и Niewczas [13] кажется первой попыткой протестировать фотонный преобразователь напряжения в соответствии с официальным и общепринятым стандартом IEC.

      Хотя в вышеупомянутых работах применялись вариации напряжения на своих датчиках, ни одна из них не ставила перед собой задачу тщательно изучить поведение датчика при различных возмущениях. Кроме того, все ранее упомянутые работы разрабатывали свои датчики в лаборатории, не касаясь их использования в полевых условиях.

      В данной статье описывается разработка температурно-независимого прототипа оптического преобразователя напряжения на основе ВБР-ЦТС, пригодного для использования в полевых исследованиях. Затем OVT был испытан в условиях нескольких помех, определенных в стандартах IEEE, которые могут возникнуть в системе электроснабжения, особенно при кратковременных колебаниях напряжения. Результаты показали, что предлагаемый OVT представляет собой динамическую характеристику, способную удовлетворительно измерять такие помехи, и что его можно использовать в качестве монитора качества электроэнергии для распределительной системы 13.8 кВ. Прототип не зависит от температуры и использует метод пассивной термокомпенсации, ранее представленный Гонсалвесом и Вернеком [7]. Кроме того, благодаря тому факту, что ВБР могут контролироваться удаленно без потери информации, как показано в [14], предлагаемая система может быть установлена ​​в определенных местах на распределительных линиях, которые будут контролироваться за километры, без необходимости электропитания.

      2. Материалы и методы

      2.1. Принцип работы ОВТ

      Этот раздел начинается с презентации теории датчиков ВБР и керамики PZT, которая имеет основополагающее значение для понимания принципа работы предлагаемого оптического преобразователя напряжения. В последовательности показан принцип работы датчика измерения качества электроэнергии.

      Решетка Брэгга состоит из периодической модуляции показателя преломления сердцевины волокна. Эти модуляции называются решетками и в своей простейшей форме перпендикулярны оси распространения света. Когда широкополосный свет вводится в волокно и достигает решетки, узкая часть спектра будет отражаться за счет периодического изменения показателя преломления из-за взаимодействия с различными показателями преломления в его сердцевине. Отраженный световой сигнал удовлетворяет условию Брэгга, заданному формулой [15]:

      где пэфф — эффективный показатель преломления сердцевины волокна, Λ — период модуляции показателя преломления, λB представляет собой пик отраженного спектра, известный как длина волны Брэгга.

      Продольная деформация под действием внешней силы может изменить как nэфф и Λ, через фотоупругий эффект. Кроме того, изменение температуры также может изменить два параметра в результате термооптического эффекта и теплового расширения кремнезема. Таким образом, ВБР по сути является датчиком температуры и деформации. Однако некоторые параметры можно измерить, если их правильно связать с параметрами, непосредственно влияющими на длину волны Брэгга.

      Уравнение Брэгга (2) устанавливает связь между длиной волны Брэгга, деформацией и температурой, приложенной к ВБР [16]:

      где ε ВБР — деформация волокна (ΔLВБР/LВБР), ΔT — изменение температуры, ρ e — коэффициент фотоупругости кремнезема (0.22), η — термооптический коэффициент (8.6 × 10 −6 °C −1 ), α FBG — коэффициент теплового расширения кремнезем (0.85 × 10 -6 ° C -1 ).

      Для оптического волокна с ВБР с центром на длине волны 1550 нм можно получить теоретическую чувствительность ВБР к деформации и температуре путем подстановки данных из Таблицы 1 в уравнение (2), что приводит к уравнениям (3) и (4). Это теоретические значения, но, откалибровав ВБР по деформации и температуре, мы получим примерно такие же значения:

      Читайте также:
      Деревянное сиденье для унитаза с микролифтом/ясенем.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: