Lab 5

เขียนโดย Unlimited , ป้ายกำกับ: , 30 ธันวาคม 2553 23:10:00

การทดลองที่ 5
Instrument Transformer and Power Measurement







อุปกรณ์ประกอบการทดลอง
1.)        Power Meter NANOVIP ELCONTROL ENERGY  1 เครื่อง


2.)        Ammeter AC JIS C1102 YOKOGAWA  2 เครื่อง


3.)        Voltmeter AC MODLE SK-5000B ACC 2%  2 เครื่อง


4.)        Wattmeter AC+DC JIS C1102 YOKOGAWA  1 เครื่อง


                5.) Transformer 440VA                        1    เครื่อง
 6.) Current Transformer GWA 110  1     เครื่อง
 7.) Junction Box                                    1     กล่อง
 8.) ชุดโหลดหลอดไฟ 8 ดวง              1      ชุด





วัตถุประสงค์
1.เพื่อให้นักศึกษาสามารถสังเกตความถูกต้องของการวัดทั้งโดยตรงและโดยอ้อม
2. เพื่อให้นักศึกษาสังเกตความถูกต้องของกระแสและแรงดันที่ต้องผ่าน CT และ PT


ผลการทดลอง
จากการทดลองเรื่อง Instrument Transformer and Power Measurement จะเห็นได้ว่า
               เมื่อทำการต่อวงจรเสร็จสิ้นก็ทำการวัดค่าต่างๆโดยใช้มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า สำหรับโหลดแบบต่างๆ
ขั้นตอนในการทดลอง
วัดโดยตรง
วัดโดยผ่านหม้อแปลง
W1/W2
%
Error
V1
(V)
A1
(A)
W1
(W)
W1
NANOVIP
(W)
V2
(V)
A2
(A)
W2
(W)
W2
NANOVIP
(W)
1.Off หลอดไฟทุกดวง
220
0
0
0
100
0
0
0
-
-
2.On หลอดไฟ2 ดวง
220
0.84
189
189
100
0.43
46.9
47.5
3.98
0.74
3.Onหลอดไฟ 4 ดวง
220
1.65
370
388
100
0.83
93
97
4
4.86
4.Onหลอดไฟ 8 ดวง
220
3.41
756
775
100
1.3
184
190
4.082
2.64


สรุปและวิจารณ์ผลการทดลอง
                จากการทดลองนี้จะเห็นได้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหนผ่าน Current Transformer (C.T.) ชึ่งจะมีปริมาณที่ลดลงประมาณ1/2 เท่า และเราทำการวัดแรงดันผ่านPotential Transformer (P.T.)แรงดันก็จะลดลงประมาณ 1/2  เท่า ซึ่งเมื่อเราต่อCurrent Coil กับPotential Coil ของ Wattmeter เข้าทางด้าน secondary ของ Current Transformer (C.T.)และ Potential Transformer(P.T.)จะทำให้ Wattmeterลดลง 1/4 ของกำลังที่ใช้จริง จากการทดลองเราต้องนำค่าที่อ่านได้ไปคูณ4 ก็จะได้ค่าที่ใกล้เคียงกับค่า Wattmeterที่ต่อกับวงจรโดยไม่ผ่าน C.T.กับP.T. และก็จะเกิดค่าความผิดพลาดเกิดขึ้นเนื่องจากloss ภายในอุปกรณ์ที่ใช้วัดดังนั้นเราจึงทราบได้ว่า Current Transformer (C.T.) กับPotential Transformer(P.T.) เป็นตัวช่วยในการขยายย่านวัดของเครื่องวัดให้สามารถวัดปริมาณทางไฟฟ้าที่สูงๆได้


ข้อมูลอ้างอิง
Instrument transformer
Instrument transformer คืออุปกรณ์ที่ใช้แยกอุปกรณ์เครื่องมือวัดและ/หรืออุปกรณ์ควบคุมที่ต่ออยู่ด้าน secondary ออกจากด้านไฟแรงสูงที่ต่อเข้าทาง primary ของ Instrument
transformer สามารถแยกออกเป็น
- อุปกรณ์ที่ใช้แยกอุปกรณ์วัดกระแส เรียกว่า current transformer
- อุปกรณ์ที่ใช้แยกอุปกรณ์วัดแรงดัน เรียกว่า voltage transformer

current transformer (CT)
CT ไม่เหมือน power transformer ทั้งหมดแต่ใช้หลักการ electromagnetic induction เหมือนกัน ลักษณะการใช้งานต่างกัน ใน power transformer กระแสไหลผ่านขดลวด primary จะมีความสัมพันธ์กับกระแสด้าน secondary ซึ่งเป็นไปตาม load แต่ CT มีขดลวด primary ต่ออนุกรม (series) กับ line เพื่อวัดกระแสที่ไหลผ่าน หรือกล่าวได้ว่า กระแสในขดลวด primary จะไม่ขึ้นกับ load ที่ต่ออยู่อาจแบ่งประเภทของ CT ได้เป็นสองชนิดตามการใช้งาน
- CT ที่ใช้วัดกระแส โดยนำอุปกรณ์ instrument เช่น metering system ต่างๆ คือ energy
meter, current indicating meter มาต่อเข้าที่ด้าน secondary เรียกว่า metering current transformer
- CT ที่ใช้กับระบบป้องกัน (protective equipment) เช่น trip coil, relay ซึ่งเรียกว่าprotective current transformer

หน้าที่ของ CT คือ แปลงกระแสสูงค่าหนึ่ง เป็นกระแสอีกค่าหนึ่งที่ต่ำลง ตามมาตรฐานกำหนด rated current ของขดลวด secondary ไว้ที่ 5A และ 1A เพื่อเป็นมาตรฐานในการผลิตอุปกรณ์ หรือเครื่องมือที่นำมาต่อเข้าที่ secondary terminal กรณีใช้งานกับไฟแรงสูง จำเป็นต้องมีฉนวนที่สามารถทนต่อแรงดันใช้งานและแรงดันผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นในระบบ แต่หากไม่คำนึงถึงฉนวน(insulation) สิ่งสำคัญของ CT ที่ต้องมี คือ
- primary winding
- magnetic core
- secondary winding
- burden

หลักการทำงานของ CT
ถ้ากระแส I p ไหลผ่านทาง primary winding จะเกิด
- induced flux : Øใน core
- flux ใน core จะเหนียวนำให้เกิดแรงดันที่ secondary winding : Es
- Es เกิดขึ้นทำให้เกิดกระแส Is ไหลใน secondary circuit
- กระแสที่ไหลเป็นไปตาม ampere-turn balance
NpIp = NsIs    (เป็น ideal transformer)
ในทางปฏิบัติ secondary winding จะมีทั้ง resistance และ leakage reactance และต้องคำนึงถึง capacitance ที่อาจมีค่าสูงจนมีผลต่อ impedance ของวงจร
Es = Is Zs = k. Øm
Øm เป็น exciting ampere-turn : N pIl
ฉะนั้น N p I p จึงถูกแบ่งเป็นสองส่วน คือ ส่วนของ primary exciting ampere-turn : NpIeและ ส่วนของ primary transferring ampere-turn : NpIpl เมื่อกระแสที่แปลงไปที่ด้าน secondaryไม่ใช่กระแสทั้งหมด จึงทำให้เกิด current error หรือ ratio error ขึ้น
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า จะได้รับการออกแบบสำหรับต่ออนุกรมกับสาย ที่มีกระแสไฟฟ้าสูง  (High Current) ทำหน้าที่แปลงกระแสไฟฟ้าให้ต่ำลง เพื่อให้เหมาะสมกับย่านการวัดของแอมมิเตอร์ และวัตต์มิเตอร์
รูป  แสดงลักษณะของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า C.T.

การต่อหม้อแปลงกระแส (ซีที) ให้ถูกต้อง  จะต่อหม้อแปลงกระแส (ซีที) เพื่อใช้กับหม้อแปลงกำลังสามเฟสจะต่ออย่างไรจึงจะถูกต้อง   ถ้าต่อหม้อแปลงกระแสผิดรีเลย์จะทำงานผิดพลาด ดังนั้นในการต่อหม้อแปลง (ซีที) เพื่อให้กับหม้อแปลงสามเฟสเพื่อใช้กับรีเลย์กระแสต่าง (Differential relay) ควรจะมีข้อกำหนดดังนี้
หม้อแปลงกระแส (ซีที) ที่ใช้จะต้องมีอัตราการทดกระแสเป็นสัดส่วนกันในด้านปฐมภูมิ และทุติยภูมิ เพราะกระแสที่ไหลในด้านทั้งสองของหม้อแปลงไม่เท่ากัน เนื่องจากแรงดันในแต่ละด้าน เช่น หม้อแปลงหนึ่งเฟสขนาด 1.1 เควีเอ 220 / 110 โวลต์ ด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิจะมีกระแสไหลเป็นสัดส่วนกันคือ 5 และ 10 แอมแปร์ ตามลำดับ
ดังนั้นการเลือกขนาดของหม้อแปลงสำหรับด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิจะต้องเลือกให้มีขนาดเป็น 5 / 1 และ 10 / 1 จึงจะเหมาะสม

หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า (Potential Transformer : PT)
                หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า หมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ประกอบกับเครื่องวัดแรงดันไฟฟ้า (V) , วัดกำลังไฟฟ้า (P) หรือวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (PF) เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการวัดนั้น มีค่าสูงกว่าพิสัย (Rang) ของเครื่องวัด ที่สามารถวัดค่าได้และให้ความปลอดภัยต่อกิจกรรมการวัดแรงไฟฟ้า ซึ่งหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า จะมีอัตราส่วนของหม้อแปลง (Transformer Ratio : av ) ที่แน่นอนและมีการรั่วไหลของเส้นแรงแม่เหล็กน้อยมาก แรงดันไฟฟ้าด้านด้านทุติยภูมิ ส่วนมากจะกำหนดไว้ไม่เกิน 100 V และมีขนาดกำลังตั้งแต่ 5 – 300 VA

โครงสร้างและการทำงาน
                หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าจะมีโครงสร้างที่เหมือนกันกับหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไป   โดยประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) พันอยู่รอบแกนเหล็ก (Core Or laminate ) วงจรฟลักซ์แม่เหล็กปิดเดียวกัน ดังรูป

            

               การกำหนดขั้ว ของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า ด้านปฐมภูมิจะกำหนดขั้วเป็น ตัวอักษร U , V (ตัวพิมพ์ใหญ่) ส่วนทางด้านทุติยภูมิจะกำหนดขั้วเป็น u , v (ตัวพิมพ์เล็ก) ตามลำดับ
             การทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า   จะมีหลักการคล้าย ๆ กับ หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไปกล่าวคือ จะอาศัยหลักการเหนี่ยวนำของขดลวดทั้งสองที่พันอยู่บนแกนเหล็กเดียวกัน   โดยจะแปลงแรงดันสูง ทางด้านขดลวดปฐมภูมิ ให้มีพิกัดแรงดันต่ำลงที่ทางด้านทุติยภูมิ   เพื่อให้เหมาะสมกับพิสัย (Rang) ของโวลต์มิเตอร์ และเพื่อเกิดความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน อีกด้วย
  
V_\text{p} = N_\text{p} \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}. V_\text{s} = N_\text{s} \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t},



   Av       =     Potential Transformer Ratio
  Vp     =     แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ขดลวดปฐมภูมิ (Volt)
  Vs      =     แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
  Np    =      จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
  Ns    =      จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)


การต่อใช้งาน
             มาตรฐาน ในการกำหนดตัวอักษร แสดงขั้วของหม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิใช้อักษร  U และ V และขดลวดทุติยภูมิใช้อักษร u  และ  v  ตามลำดับ  พิกัดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ( Rated Voltage) ของขดลวดทุติยภูมิ ตามมาตรฐานจะกำหนดไว้ที่ 100 V ในการใช้หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้านั้น    จะต้องไม่ให้ภาระไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิสูงจนเกินไป (ค่าสูญเสียภายในของโวลต์มิเตอร์ ) จะได้ค่าความถูกต้องในการใช้งาน    ตามพิกัดของหม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าตามที่กำหนด ภาระไฟฟ้าของหม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้   จะเรียกว่าเบอร์เดน (Burden) ค่าเบอร์เดนนี้ควรจะอยู่ในช่วงระหว่าง 30 VA ถึง 300 VA ซึ่งจะระบุไว้ที่ป้ายชื่อ (Name plate)

 ข้อควรระวังในการต่อใช้งาน
             1). การต่อใช้งานในระบบ 1 เฟส จะต้องต่อให้ถูกขั้ว
             2). การต่อใช้งานในระบบ 3 เฟส จะต้องต่อให้ถูกขั้ว และเรียงลำดับเฟสให้ถูกต้อง
             3). การเลือกใช้สายตัวนำ ต่อเข้ากับเครื่องมือวัด จะต้องคำนวณและเลือกใช้ให้เหมาะสม โดยคำนวณจากค่าพิกัดกำลังของ หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า ด้วย



0 Response to "Lab 5"

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: ส่งความคิดเห็น (Atom)