W podstacjach trakcyjnych oraz innych większych rozdzielniach wysokiego napięcia przeprowadzane są pomiary w celu kontroli procesów zachodzących podczas pracy urządzeń. Mierzone mogą być zarówno wielkości elektryczne jak i nieelektryczne.
W przypadku prądu przemiennego dla bezpieczeństwa stosuje się układy z przekładnikami napięciowymi i prądowymi, które obniżają wysoki potencjał do bezpiecznej wartości.
Rozróżnia się przekładniki prądowe i napięciowe.
Przekładniki prądowe
Przekładnik prądowy to specjalny transformator, służący do pomiaru prądu w linii zasilającej lub zasilania urządzeń zabezpieczających, który pracuje w stanie zwarcia kontrolowanego. Przekładnik prądowy po stronie pierwotnej posiada małą liczbę zwojów N1. Zaciski strony pierwotnej przekładnika są oznaczane za pomocą dużych liter: K - początek uzwojenia, L - koniec uzwojenia. Po stronie wtórnej przekładnik posiada dużą liczbę zwojów N2. Zaciski strony wtórnej oznaczane są za pomocą małych liter: k - początek uzwojenia, l - koniec uzwojenia.
Dzięki zachowaniu zależności N1 < N2 duża wartość prądu pierwotnego zostaje odpowiednio pomniejszona do bezpiecznej wartości. Przez uzwojenie pierwotne przepływa prąd o bardzo dużej wartości oraz wysokim napięciu. Odpowiednia przekładnia umożliwia pomiar tego prądu w sposób bezpieczny. Po stronie wtórnej znajduje się amperomierz (posiada małą rezystancję) lub cewka prądowa licznika energii elektrycznej. Wartość znamionowa prądu wtórnego wynosi zwykle 5 A, czasem 1 A.
Po stronie pierwotnej nie stosuje się żadnego zabezpieczenia, tak jak po stronie wtórnej. Bardzo ważne jest aby przekładnik zawsze pracował w stanie zwarcia. W uzwojeniu pierwotnym wobec przepływu dużego prądu wytwarza się strumień magnetyczny. Uzwojenie wtórne jest zwarte wobec tego płynie w nim prąd zwarcia, który wytwarza strumień magnetyczny skierowany przeciwnie do strumienia wytwarzanego przez uzwojenie pierwotne. Dzięki temu strumienie się kompensują. Rozwarcie strony wtórnej przekładnika prądowego powoduje, że przestaje płynąć prąd w uzwojeniu wtórnym i zanika strumień magnetyczny pochodzący od tego uzwojenia. Strumień magnetyczny prądu pierwotnego przestaje być kompensowany i osiąga duże wartości. Powoduje to silne grzanie rdzenia przekładnika oraz indukowanie się na jego wtórnych zaciskach dużej siły elektromotorycznej. Stanowi to zagrożenie zarówno dla przekładnika jak i obsługi. Przekładnik może się przegrzać i spalić, a obsługa może zostać porażona prądem o bardzo wysokim napięciu. Dlatego w uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego znajduje się dodatkowy zacisk, który się zwiera w przypadku, gdy wymienia się amperomierz. Strona wtórna jest dodatkowo uziemiona i nie zawiera bezpieczników.
Jak widać przy znamionowym prądzie pierwotnym I1n, prąd wtórny jest także znamionowy I2n . Odpowiada to w przybliżeniu stosunkowi uzwojeń pierwotnego N1 do wtórnego N2.
Amperomierz przyłączony do strony wtórnej jest odpowiednio wyskalowany i mimo, że przepływa przez niego prąd o natężeniu kilku amperów to wskazuje on wartość kilkaset lub kilka tysięcy amperów, czyli taki jaki przepływa przez stronę pierwotną.
Przekładniki napięciowe
Przekładnik napięciowy podobnie jak przekładnik prądowy jest specjalnym transformatorem służącym do zasilania urządzeń pomiarowych lub zabezpieczających, który pracuje w stanie bliskim stanu jałowego. Przekładnik napięciowy po stronie pierwotnej ma dużą liczbę zwojów N1. Zaciski strony pierwotnej oznaczane są za pomocą dużych liter: M - początek uzwojenia, N - koniec uzwojenia. Po stronie wtórnej przekładnik ma małą liczbę zwojów N2. Zaciski strony wtórnej oznaczane są za pomocą małych liter: m - początek uzwojenia, n - koniec uzwojenia.
Stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego N1 do liczby zwojów uzwojenia wtórnego N2 sprawia, że wysokie napięcie strony pierwotnej zostaje odpowiednio pomniejszone do bezpiecznej wartości po stronie wtórnej. Napięcia strony pierwotnej U1 są rzędu 6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 110 kV, 220 kV, 400 kV. Napięcia strony wtórnej U2 to zwykle 100 V, 110 V, 125 V, 150 V.
Przekładnik napięciowy po stronie pierwotnej zabezpieczony jest bezpiecznikami wysokiego napięcia, natomiast po stronie wtórnej bezpiecznikami instalacyjnymi. W związku z tym, że przyłączony do zacisków strony wtórnej woltomierz ma dużą rezystancję prąd w obwodzie jest niewielki, dlatego stan pracy przekładnika jest bliski stanu jałowego. Strona wtórna dodatkowo jest uziemiona. W przypadku przekładnika napięciowego należy dbać o to, aby nie doszło do zwarcia po stronie wtórnej przekładnika, gdyż grozi to zniszczeniem przekładnika.
Jak widać przy znamionowym napięciu strony pierwotnej U1n, napięcie strony wtórnej jest także znamionowe U2n. Taki stan odpowiada w przybliżeniu stosunkowi liczby zwojów uzwojenia pierwotnego N1 do uzwojenia wtórnego N2.
Woltomierz przyłączony do strony wtórnej jest odpowiednio wyskalowany i mimo, że zasilany jest napięciem rzędu klikudziesięciu voltów to wskazuje wartości napięcia strony pierwotnej rzędu kV.
Przekładniki prądowe włącza się szeregowo z linią zasilającą. W przypadku układu trójfazowego stosuje się trzy przekładniki prądowe. Przekładnik napięciowy w przypadku układu jednofazowego włącza się między fazę a przewód zerowy. W przypadku układu trójfazowgo stosuje się 2 lub częściej 3 przekładniki, które się odpowiednio włącza do układu. Każdy przekładnik włącza się między poszczególne fazy.
W układach prądu stałego nie można stosować przekładników. Z tego względu układy pomiarowe w obwodach prądu stałego sprawiają trochę kłopotu. W celu dostosowania urządzeń pomiarowych do dużych wartości prądu i napięcia stosuje się bocznik lub też układ z zastosowaniem dzielnika napięcia. Jednak żaden z podanych sposobów nie gwarantuje bezpieczeństwa. Czasem wykorzystuje się możliwości transduktora.
Układ z transduktorem umożliwia oddzielenie obwodu pomiarowego od obwodu o wysokim potencjale. Zasada działania jest prosta: Prąd przepływający przez transduktor wywołuje strumień magnetyczny. Nasycenie rdzenia transduktora zależy więc pośrednio od prądu przepływającego przez transduktor. Oporność magnetyczna rdzenia wpływa na wartość prądu przemiennego w obwodzie pomiarowym.
Warunkiem poprawności pomiaru jest zachowanie stałej wartości napięcia zasilania obwód pomiarowy. Można to osiągnąć stosując stabilizatory napięcia.
Na takiej samej zasadzie działa transduktor napięciowy.
Najczęściej pomiary energii elektrycznej przeprowadzane są w określonych odstępach czasu. Dawniej pomiarem energii zajmował się personel podstacji, obecnie robi to komputer w centrum sterowania, do którego przesyłane są informacje. Całkowity pomiar energii wykonywany jest na szynie minusowej podstacji, czasem także w pojedynczym polu zasilacza jeśli wymaga tego sytuacja (zasilanie zakładów).
Pomiar energii realizowany jest za pomocą liczników energii najczęściej składających się z dwóch członów: pomiarowego i rejestrującego. W członie pomiarowym zliczana jest energia, następnie w członie rejestrującym wychyla się wskazówka proporcjonalnie do wartości energii. Okresowo włącza się mechanizm rejestrujący, który odłącza wskazówkę i sprowadza ją do położenia równemu wartości zerowej rysując tym samym odcinek długości proporcjonalnej do pobranej mocy w danym czasie. Wszystkie pomiary dokonywane przez liczniki przekazywane są do urządzenia, które przesyła informacje do centrum sterowania.
O pomiarach przeprowadzanych w pojazdach trakcyjnych czytaj -> przyrządy pomiarowe.
![[Rozmiar: 30508 bajtów]](tla i obrazki/uklady pomiarowe.jpg)