Новости Электротехники 2(116) 2019





<  Предыдущая  ]  [  Следующая  >
Журнал №1(25) 2003

Трансформаторы тока должны обеспечивать достоверный учет электроэнергии на протяжении десятков лет. Как выбрать модель, декларируемые характеристики которой обеспечат, а скрытые качества не исказят точность измерений в течение длительной эксплуатации. Белорусские эксперты знакомят читателей со своим опытом проведения независимых испытаний и делают «предвыборный» анализ ТТ различных производителей.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА НА 0,4 КВ: ИСПЫТАНИЯ, ВЫБОР, ПРИМЕНЕНИЕ

     

Аркадий Гуртовцев,
к.т.н. ведущий научный
сотрудник РУП «БелТЭИ»
Владимир Бордаев,
Владимир Чижонок,
РУП «Гродноэнерго»,
Республика Беларусь

Приборный недоучет
Последние годы коммерческий учет электроэнергии в распределительных сетях 0,4 кВ базировался на массовом использовании измерительных однофазных двухобмоточных трансформаторов тока (ТТ) класса 0,5 и индукционных трехэлементных электросчетчиков класса 2,0 (активной и/или реактивной энергии). Каждый счетчик токовыми (последовательными) цепями подключается через три однофазных ТТ, а цепями напряжения (параллельными) – непосредственно к соответствующим линиям низковольтной трехфазной четырехпроводной сети переменного тока (рис.1). В сетях напряжением выше 0,4 кВ дополнительно используются измерительные трансформаторы напряжения, к которым подсоединяются параллельные цепи счетчиков.
Гарантируемая точность измерений в реальных условиях применения указанных средств определяется пределом допускаемой относительной погрешности измерительного комплекса: счетчика с тремя ТТ. Составляющие этой погрешности – систематические и случайные основные токовые и угловые погрешности ТТ и счетчика, а также их дополнительные погрешности, обусловленные различными факторами.
Графики модуля максимальной относительной погрешности d измерительных комплексов в зависимости от отношения действительного первичного тока к номинальному (I1/I) для счетчиков и ТТ соответствующих классов точности приведены на рис.2. Составляющие погрешности рассчитаны исходя из фактических условий применения и с учетом влияющих величин (изменение напряжения – 5%; изменение температуры – 5ºС, изменение частоты – 1%, cos j = 0,8). При изменении в процессе эксплуатации точностных характеристик счетчиков и ТТ погрешность может возрасти до 10–15% (отрицательная погрешность индукционного счетчика ежегодно увеличивается на 1–1,5%).
В условиях спада и значительных колебаний нагрузки потребителей рассмотренный учет отличается большой погрешностью, что в целом приводит к приборному недоучету электроэнергии и росту коммерческих потерь. В районных электрических сетях (РЭС) часто фиксируются небалансы в 20% и более по электроэнергии, полученной на подстанциях РЭС по стороне высшего напряжения, и электроэнергии, отданной потребителям по стороне низшего напряжения. Иногда складывается парадоксальная ситуация: у потребителя работают маломощные электроустановки и освещение, а счетчики энергосистемы фиксируют нулевое потребление. По различным оценкам, доля коммерческих потерь электроэнергии, которая определяется приборным недоучетом (погрешностями измерительных средств, их неправильными выбором и эксплуатацией), достигает 25–30% всех коммерческих потерь.
С одной стороны, выход из сложившегося положения заключается в переходе от малочувствительных и неточных индукционных счетчиков к электронным и замене ТТ класса 0,5 (обеспечивают токовую погрешность 0,5% при 100–120% I, 0,75% при 20–100% I и 1,5% при 5–20% I; при токе меньше 5% I погрешность не нормируется) на ТТ класса 0,5S, которые обеспечивают более низкие пределы допускаемых погрешностей в большем диапазоне изменения первичного тока (токовая погрешность составляет 0,5% при 20–120% I, 0,75% при 5–20% I и 1,5% при 1–5% I). С другой стороны, необходимо правильно выбирать модели ТТ и грамотно их эксплуатировать.

Выбор моделей
На современном рынке представлены десятки моделей ТТ, внесенных в Госреестр средств измерений. Все эти изделия соответствуют межгосударственному стандарту ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия», во многом близки по своим декларируемым техническим характеристикам, но, как показывают испытания и опыт эксплуатации, не равноценны в долговременной перспективе для экономичного, достоверного и точного учета электроэнергии в энергосистемах и у потребителей. Обычно в рекламной и технической документации изготовителей отсутствуют многие сведения и характеристики, которые нужны квалифицированному пользователю и могли бы существенно повлиять на выбор ТТ при их закупке для энергосистемы и потребителей.
К таким дополнительным сведениям, в частности, относятся:

  • графики токовых и угловых погрешностей ТТ при различных значениях первичных токов и нагрузках вторичной цепи (они демонстрируют технологический запас по классу точности, тип погрешности – систематический или случайный, положительный или отрицательный, и тенденции изменения погрешностей);
  • графики токовых и угловых погрешностей ТТ с учетом влияющих эксплуатационных факторов: намагничивания постоянным током, действия повышенной температуры внешней среды, вибрации, времени эксплуатации (одни из этих факторов могут способствовать хищению электроэнергии, а другие влияют на метрологические характеристики ТТ в длительной перспективе);
  • потери электроэнергии в обмотках ТТ и в сердечнике на вихревые токи и перемагничивание (позволяют рассчитать суммарные технические потери электроэнергии на приборный учет по энергосистеме в целом).
При выборе ТТ для массового использования в энергосистеме, когда счет изделий идет на тысячи и десятки тысяч штук и все трансформаторы должны вести достоверный учет в течение десятилетий, остро стоит вопрос как о доверии к декларируемым характеристикам различных моделей ТТ, так и об их скрытых качествах, которые могут выявиться только в процессе испытаний или длительной эксплуатации. В этих условиях решение должно приниматься только после независимых испытаний предлагаемых образцов ТТ. Именно такой путь выбран в Объединенной энергосистеме Республики Беларусь. По заданию концерна «Белэнерго», РУП «БелТЭИ» и аккредитованный испытательный центр филиала ПСДТУ РУП «Гродноэнерго» провели независимые испытания ряда образцов ТТ, а в дальнейшем такая работа будет проводиться постоянно.

Рис. 1: Схема подключения счетчика через ТТРис. 2: Измерительные комплексы «Счетчик-ТТ»

Испытания ТТ
Испытания проводились согласно утвержденной программе для каждого представленного образца ТТ (всего 25 образцов четырех изготовителей из четырех стран) по четырем пунктам:

  • определение токовых и угловых погрешностей в рабочих условиях применения во всем диапазоне изменения первичного тока: 1, 5, 20, 100, 120% I;
  • определение токовых и угловых погрешностей при изменении полной мощности нагрузки вторичной цепи S2 в диапазоне 25; 50; 75; 100% от номинальной мощности S при cos j = 0,8 и при S2= 0;
  • определение токовых и угловых погрешностей после разового намагничивания сердечника постоянным током через обмотку ТТ;
  • проверка требований к конструкции ТТ (по монтажу, защите от несанкционированного доступа, маркировке и типу сердечника – всего 12 позиций).
Цель испытаний – определение соответствия декларируемых изготовителем характеристик ТТ фактическим характеристикам отобранных образцов и определение зависимости метрологических характеристик образцов от воздействующих факторов, вероятных в процессе эксплуатации (в частности, от намагничивания постоянным током).
На испытания были представлены следующие образцы ТТ:
ПАРТИЯ 1. Т- 0,66 УЗ белорусского предприятия РУП «Минский электротехнический завод им. Козлова» с номинальным коэффициентом трансформации Кн=I/I=I/5А –номиналов 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5 – всего 7 образцов;
ПАРТИЯ 2. TAL-0,72 N3 литовской фирмы Elfita номиналов 10/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 600/5 – всего 8 образцов;
ПАРТИЯ 3. Т- 0,66 УЗ российской фирмы ОАО «Самарский трансформатор» номинала 300/5 – один образец;
ПАРТИЯ 4. Т- 0,66 УЗ украинской фирмы «Завод измерительных приборов «Днеста» номиналов 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5 – всего 9 образцов.
Характерные графики токовых и угловых погрешностей отдельных образцов ТТ, полученные в процессе испытаний, приведены в протоколах испытаний 1–4, а сравнительные конструктивные параметры ТТ представлены в таблице 1.

Зависимость токовой погрешности от нагрузки и намагничивания Зависимость угловой погрешности от нагрузки и намагничивания
 

Примечания:

  1. Номинальная вторичная нагрузка Sном = 5 ВА при cos j = 0,8; Zном = 0,2 Ом.
  2. Намагничивание производилось постоянным током 5А, подаваемым на первичную обмотку.

Зависимость токовой погрешности от нагрузки и намагничивания Зависимость угловой погрешности от нагрузки и намагничивания
 

Примечания:

  1. Номинальная вторичная нагрузка Sном = 5 ВА при cos j = 0,8; Zном = 0,2 Ом.
  2. Намагничивание производилось постоянным током 5А, подаваемым на первичную обмотку.

Зависимость токовой погрешности от нагрузки и намагничивания Зависимость угловой погрешности от нагрузки и намагничивания
 

Примечания:

  1. Номинальная вторичная нагрузка Sном = 5 ВА при cos j = 0,8; Zном = 0,2 Ом.
  2. Намагничивание производилось постоянным током 5А, подаваемым на первичную обмотку.

Зависимость токовой погрешности от нагрузки и намагничивания Зависимость угловой погрешности от нагрузки и намагничивания
 

Примечания:

  1. Номинальная вторичная нагрузка Sном = 5 ВА при cos j = 0,8; Zном = 0,2 Ом.
  2. Намагничивание производилось постоянным током 5А, подаваемым на первичную обмотку.

Зависимость токовой погрешности от нагрузки и намагничивания Зависимость угловой погрешности от нагрузки и намагничивания
 

Примечания:

  1. Номинальная вторичная нагрузка Sном = 5 ВА при cos j = 0,8; Zном = 0,2 Ом.
  2. Намагничивание производилось постоянным током 5А, подаваемым на первичную обмотку.

Требования к конструкции трансформаторов токаTAL-0,72N3T-0,66У3 (Днеста)T-0,66У3 (Самара)T-0,66У3 (МЭТЗ)
Защита от несанкционированного потребления электроэнергии
Возможность установки пломбы госповерителя и производителя, исключающей замену таблички с даннымиИмеется ИмеетсяИмеетсяИмеется
Прозрачная крышка, защищающая зажимы вторичной обмотки и табличку с даннымиИмеетсяИмеется ИмеетсяИмеется
Возможность установки пломбы энергоснабжающей организации, исключающей доступ к зажимам вторичной обмотки и табличке с данными после монтажаИмеетсяИмеетсяИмеетсяИмеется
Защита контакта подключения цепи напряжения счетчикаИмеетсяHетHетHет
Монтаж
Hаличие двойных контактов вторичной обмоткиИмеетсяИмеетсяИмеетсяHет
Исключение доступа к неиспользуемым контактам вторичной обмоткиПредусмотреноПредусмотрено Предусмотрено-
Возможность монтажа проводом: медным, сечением 2,5 мм2 ; алюминиевым, сечением 4 мм2Имеется ИмеетсяИмеетсяИмеется
Возможность монтажа к медным и алюминиевым шинамКонтакты имеют никелевое покрытие, обеспечивается возможность монтажа к медным и алюминиевым шинамКонтакты имеют никелевое покрытие, обеспечивается воз-можность монтажа медными и алюми-ниевыми проводамиШина алюминиеваяШина алюминиевая
Возможность установки на DIN-рейкуHетИмеетсяHетHет
Маркировка
Соответствие нанесенных данных требованиям ГОСТ 7746-2001Выводы первичной обмотки маркируются P1, P2, вторичной обмотки S1,S2. Должно быть соответственно Л1, Л2, И1, И2. Остальное соответствуетСоответствуютСоответствуют Соответствуют
Способ нанесения маркировки (обеспечение четкости надписей в течение срока эксплуатации - 25 лет)Металлическая табличка, номинал ТТ отлит на корпусеТабличка из пленки ПВХТабличка из пленки ПВХ, номинал ТТ отлит на корпусеТабличка из пленки ПВХ
Особенности конструкции
Тип сердечникаЭлектротехническая стальHанокристаллический сплавЭлектротехническая сталь Электротехническая сталь

Результаты испытаний:
ПАРТИЯ 1: Т- 0,66 УЗ (Беларусь) – образцы соответствуют требованиям ГОСТа при отсутствии влияющих факторов, но при разовом намагничивании постоянным током погрешность возрастает в 2–2,5 раза сверх допустимой в отрицательную сторону в области первичного тока I1 от 1% до 5–15% I1н для всех образцов, хотя величина превышения погрешности зависит от конкретного образца ТТ;
ПАРТИЯ 2: TAL-0,72 N3 (Литва) – образцы соответствуют требованиям ГОСТа при отсутствии влияющих факторов, но при разовом намагничивании постоянным током погрешность, как токовая, так и угловая (в первую очередь токовая), возрастает в 1,2–2,5 раза сверх допустимой в отрицательную сторону в диапазоне первичного тока I1 от 1% до 15–50% I для всех образцов (конкретная величина превышения погрешности зависит от образца ТТ);
ПАРТИЯ 3: Т- 0,66 УЗ (Россия) – образец соответствует требованиям ГОСТа при отсутствии влияющих факторов, но при разовом намагничивании постоянным током токовая погрешность возрастает в 2 раза сверх допустимой в отрицательную сторону в области первичного тока I1 от 1% до 8% I1н ;
ПАРТИЯ 4: Т- 0,66 УЗ (Украина) – все образцы соответствуют требованиям ГОСТа и устойчивы к намагничиванию постоянным током.

Главный вывод по результатам испытаний:
Все представленные на испытания ТТ соответствуют требованиям ГОСТ 7746-2001 при отсутствии влияющих факторов. Только образцы украинской компании устойчивы к влияющему фактору намагничивания сердечника постоянным током, который в условиях эксплуатации может стать причиной недоучета электроэнергии, поскольку увеличивает в 2–2,5 раза отрицательную токовую погрешность измерительного ТТ в области нагрузки потребителя, составляющей меньше 50% от номинальной. Следует отметить, что устойчивость ТТ к намагничиванию постоянным током вытекает из свойств материала их сердечников – нанокристаллического сплава. Сердечники других ТТ, представленных на испытания, изготовлены из обычной магнитомягкой электротехнической кремнистой стали – сплава железа с кремнием (Si < 4,8%).

В следующем номере будет опубликована заключительная часть статьи. В ней анализируется связь между погрешностями ТТ и свойствами их магнитопроводов, приводится словарик «магнитной терминологии», излагаются требования к монтажу и эксплуатации вторичных цепей трансформаторов тока.





Очередной номер | Архив | Вопрос-Ответ | Гостевая книга
Подписка | О журнале | Нормы. Стандарты | Проекты. Методики | Форум | Выставки
Тендеры | Книги, CD, сайты | Исследования рынка | Приложение Вопрос-Ответ | Карта сайта




Rambler's Top100 Rambler's Top100

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Segmenta Media создание и поддержка сайта 2001-2019