Новини Електротехніки N6(30) - Похибки вимірювальних трансформаторів струму

Точність комерційного обліку електроенергії у системі визначається роботою вимірювальних трансформаторів струму (ТТ), напруги (ТН) та електролічильника. Підвищення класу точності лише одного елемента системи – електролічильників не дасть бажаного ефекту. Необхідно також забезпечити відповідну роботу трансформаторів, зокрема трансформаторів струму.

Точність їхньої роботи характеризується струмовий (fтт) і кутовий (j тт) похибками. Ці похибки, зокрема, розглядаються в публікаціях [1, 2], в яких досліджуються та аналізуються похибки роботи ТТ у системах обліку електроенергії. Щоб оцінити вплив первинних струмів та вторинних навантажень на струмові та кутові похибки роботи трансформаторів, було проведено метрологічні дослідження ТТ.

Дослідження

Для вивчення були обрані трансформатори струму типу ТОЛ-10-150/5 класу 0,5 (W1 = 4 віт., W2 = 120 віт.) та типу ТЛМ-10-300/5 класу 0,5 (W1 = 2 віт. , W2 = 119 віт.).

Роботи велися на метрологічній установці при зміні первинного струму ТТ в межах 1–120% Iном та номінальному вторинному навантаженні Zном при cos j = 0,8 та cos j = 1,0. Для оцінки стабільності (систематичності) струмових та кутових похибок роботи ТТ випробування проводилися на тих самих зразках ТТ, але з різницею в один і більше місяців.

На рис. 1 наведено криві струмових похибок роботи ТТ типу ТОЛ-10-150/5 залежно від величини первинного струму при номінальному вторинному навантаженні Zном = 0,4 Ом, cos j = 0,8 та cos j = 1,0.

Токові похибки знімалися:

f1 - при вторинному навантаженні Zном = 0,4 Ом, cos j = 0,8;
f2 – за таких самих вихідних даних, але на місяць пізніше;
f3 – при чисто активному номінальному вторинному навантаженні (cos j = 1,0);
f4 – притих самих вихідних даних, як і струмова похибка f3, але місяць пізніше.

Слід зазначити, що це струмові похибки ТТ типу ТОЛ-10-150/5 мають негативний знак і їх залежить як від значень первинного струму, і від величини і активно-індуктивного характеру вторинної навантаження, тобто. fтт = j (I1, Zнагр). Аналіз кривих струмових похибок показує, що струмова похибка ТТ мінімальна за суто активного вторинного навантаження.

На рис. 2 наведено криві струмових похибок роботи ТТ типу ТЛМ-10-300/5 залежно від величини первинного струму при номінальному вторинному навантаженні Zном = 0,4 Ом, cos j = 0,8 та cos j = 1,0. ТТ ТЛМ-10-300/5 має корекцію витків вторинної обмотки (відмотка на один виток від номінального значення). Токові похибки знімалися:

f1 – при вторинному навантаженні Zном = 0,4 Ом, cos j = 0,8;
f2 – за тих самих вихідних даних, як і f1, але місяць пізніше;
f3 – при суто активному вторинному навантаженні (Zном = 0,4 Ом, cos j = 1,0).

З рис. 2 видно, що струмова похибка ТТ типу ТЛМ-10-300/5 при малих первинних струмах (порядку 1-25% Iном) має негативний знак, у міру збільшення первинного струму вона зменшується і стає рівною нулю, а потім зі зростанням первинного струму вона збільшується та стає позитивною. (Деякі розбіжності малюнку 2 характеристик струмових похибок (f1, f2) можна пояснити неточністю завдання значень первинних струмів).

На рис. 3, 4 наведені криві кутових похибок роботи ТТ типу ТОЛ-10-150/5 (рис. 3) та ТЛМ-10-300/5 (рис. 4) при тих же первинних струмах та вторинних навантаженнях (Zном = 0,4 Ом , cos j = 0,8 та cos j = 1,0). З рис. 3, 4 видно, що кутові похибки ТТ максимальні при суто активному вторинному навантаженні (Zном = 0,4 Ом, cosj = 1,0) і майже на 40–50% менше за активно-індуктивного вторинного навантаження (Zном = 0,4 Ом, cos j = 0,8).

Як кутові, так і струмові похибки роботи ТТ носять систематичний характер і залежать від величини первинного струму, що протікає, від величини вторинного навантаження і її активно-індуктивного характеру.

Підсумки

ТТ можуть мати як негативні, так і позитивні значення струмових похибок роботи, як показали їх метрологічні випробування, проведені у широкому діапазоні зміни первинних струмів та вторинних навантажень. Залежність струмової похибки роботи ТТ можна виразити так:

де I1, I2 – діючі значення первинного та вторинного струмів ТТ, а nH – номінальний коефіцієнт трансформації ТТ.

Токова похибка обумовлена втратами сталі ТТ, намагнічуванням сердечника при трансформації первинного струму у вторинний ланцюг і величиною вторинного навантаження. Якщо витковий коефіцієнт трансформації ТТ kвіт = W2/W1 дорівнює коефіцієнту трансформації nн = I1н/I2н, то струмова похибка ТТ завжди негативна [3].

Якщо ж kвіт менше nн через виткову корекцію вторинної обмотки (зменшення числа її витків відмотуванням 1-2 витків від номінального значення), то струмова похибка ТТ залежно від величини первинного струму може бути як негативною, так і позитивною.

Негативна струмова похибка спостерігається при малих первинних струмах ТТ, коли струм, що витрачається на намагнічування і втрати сталі, перевищує частину збільшення вторинного струму, викликану відмотуванням витків вторинної обмотки ТТ.

У міру збільшення первинного струму ТТ негативна струмова похибка зменшується до нуля, а потім стає позитивною. Подальше збільшення первинного струму призводить до зростання вторинногоструму за рахунок корекції вторинної обмотки та зростання позитивної струмової похибки ТТ. На зазначені процеси ТТ впливає величина вторинного навантаження та її активно-індуктивний характер.

Зауважимо, що негативна струмова похибка ТТ обумовлює недооблік виробленої виробником електричної енергії під час використання традиційних систем обліку електричної енергії. Струмкова похибка ТТ залежить від величини протікає первинного струму, вторинного навантаження та її активно-індуктивного характеру, тобто. fтт = j (I1, Zнагр). Якщо похибки роботи вимірювальних ТТ і ТН носять систематичний характер, то підвищення точності обліку електроенергії їх слід знати і враховувати алгоритмах розрахунку й обліку АСКУЭ, коригуючи значення виміряних струмів і напруг. Це знизить недооблік електроенергії, що відпускається, і метрологічні втрати енергосистем.

Така корекція в АСКОЕ зробить зайвими вимоги щодо підвищення класу точності ТТ, що використовуються в системах обліку електроенергії. При цьому може бути отриманий значний економічний ефект як за рахунок підвищення точності роботи АСКОЕ, так і за рахунок того, що відпадає необхідність змінювати наявні ТТ на апарати з підвищеним класом точності.

Токові та кутові похибки роботи ТТ включають як систематичну (основну), так і випадкові складові, зумовлені нагріванням магнітопроводу, магнітним полем сусідніх магнітопроводів та інші, що істотно не впливають на точність роботи ТТ.

Похибки при зниженні споживання

Зменшення споживання електричної енергії призводить до зниження первинних струмів у ТТ до кількох відсотків номінального, що у свою чергу веде до значного збільшення струмових, кутових похибок його роботи при малих первинних струмах. Урезультаті збільшуються недоурахування відпущеної енергії та комерційні втрати енергетиків. Шляхи зменшення впливу похибок роботи ТТ на комерційний облік електроенергії АСКОЕ викладено вище.

Підвищити точність комерційного обліку електроенергії індукційними лічильниками при зниженні споживання можна заміною екс-плуатованих трансформаторів на ТТ з меншим номінальним первинним струмом або встановленням нових ТТ класу 0,2S або 0,5S з меншими похибками роботи при малих первинних струмах [2].

Слід зазначити, що нижча, ніж у ТТ, виготовлених на основі електротехнічної сталі, індукція насичення ТТ класів 0,2S і 0,5S, виконаних на основі аморфного сплаву, стане перешкодою для використання їх у схемах РЗА.

Практичні рекомендації

При роботі з системами комерційного обліку електроенергії необхідно враховувати, що зниження первинного струму в межах
1-20% Іном значно підвищує як струмову, так і кутову похибки роботи трансформатора.
Збільшення cos j вторинного навантаження ТТ зменшує струмову та збільшує кутову похибку. У системах обліку вторинна навантаження вимірювальних ТТ має перевищувати номінальну.
Метрологічну перевірку вимірювальних ТТ доцільно проводити при 1, 5, 10, 20, 50, 100, 120% Iном та реальному вторинному навантаженні. Акти метрологічної перевірки мають містити значення струмових та кутових похибок роботи ТТ.
ТТ з корекцією по витках вторинної обмотки (з відмотуванням витків) при первинних струмах в межах 1-20% Iном мають негативну струмову похибку, а при струмах 20-30% Iном вона дорівнює або близька до нуля. При первинних струмах 50-100% ін. струмова похибка позитивна. ТТ без виткової корекції при активно-індуктивному вторинному навантаженнізавжди мають негативну струмову похибку.

Література

Раскулов Р.Ф. Вплив вторинного навантаження на похибки трансформаторів струму// Електричні станції. - 2003. - № 7. - С. 43-45.
Раскулов Р.Ф. Про перевищення потужності вторинного навантаження для трансформаторів струму класів точності 0,2 S та 0,5 S // Електричні станції. - 2003. - № 8. - С. 59-62.
Соп'яник В.Х. Розрахунок та аналіз перехідних і усталених процесів у трансформаторах струму та струмових ланцюгах РЗ // Електричні станції. - 2004. - № 2. - С.48-52.