СЗТТ:

ОБ ИЗМЕНЕНИИ СТАНДАРТОВ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Радик Раскулов, главный метролог, ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока», г. Екатеринбург

Открыть в формате PDF

Нормативная база в области учета электроэнергии должна соответствовать современным требованиям, поэтому в настоящее время подготавливается новая редакция межгосударственных стандартов по измерительным трансформаторам. Задача разработчиков – найти разумный компромисс между последним поколением стандартов МЭК и спецификой эксплуатации трансформаторов тока и напряжения в энергосистемах стран СНГ.

В настоящее время совершенствование российской нормативной базы, касающейся измерительных трансформаторов (ИТ), – насущная задача, о чем упоминается, например, в статье [1]. В 2001 г. в ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока» (СЗТТ) были разработаны межгосударственные стандарты на трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН):

• ГОСТ 1983-2001 «Трансформаторы напряжения. Общие технические условия»;
• ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия».

Данные межгосударственные стандарты соответствуют стандартам МЭК 44-1:1996 «Измерительные трансформаторы. Часть 1: Трансформаторы тока» и МЭК 60044-2:1997 «Измерительные трансформаторы. Часть 2: Трансформаторы напряжения».

В начале XXI века Технический комитет 38 МЭК принял решение о реструктуризации комплекса отдельных стандартов в составе серии МЭК 60044, что привело к формированию нового комплекса стандартов, представленного изданиями, включающими общие требования, и изданиями, включающими частные требования.

Стандарт МЭК 61869-1, введенный в действие в 2007 г., является первым изданием новой серии и включает в себя общие требования к ИТ, которые были представлены ранее в отдельных стандартах серии МЭК 60044. В стандарте имеется ряд нововведений [2]:

• требования к измерительным трансформаторам с газовой изоляцией;
• дополнительные специальные испытания;
• требования к защите от внутреннего дугового замыкания;
• требования к защите корпусов;
• требования к коррозионной стойкости;
• требования к безопасности и защите окружающей среды.

Дополнительные требования к конкретным видам ИТ будут приведены в отдельных стандартах МЭК серии 61869. Так, в 2011 г. опубликованы стандарты МЭК 61869-3 «Индуктивные трансформаторы напряжения» и 61869-5 «Емкостные трансформаторы напряжения». В конце 2012 г. планируется опубликовать стандарт 61869-2 «Трансформаторы тока».

Структура стандартов МЭК и технические требования резко отличаются от структуры ГОСТ, поэтому прямое применение стандартов МЭК, как правило, неприемлемо.

ОТЛИЧИЯ СТАНДАРТОВ МЭК ОТ ГОСТ

Сформулируем основные отличия стандартов МЭК от ГОСТ.

1. В МЭК приводятся нормативные ссылки на стандарты МЭК, а не на стандарты, действующие в СНГ. Трансформаторы тока и напряжения, выпускаемые в СНГ, должны соответ­ствовать требованиям 35 действующих межгосударственных стандартов [3, 4].
2. В МЭК отсутствует раздел «классификация» и соответственно нет признаков, по которым подразделяются трансформаторы.
3. В перечне испытаний МЭК нет квалификационных, периодических испытаний и испытаний на соответствие утвержденному типу.
4. В стандартах МЭК отсутствует параметр «класс напряжения» согласно ГОСТ 1516.3-96 [5].
5. Номинальные напряжения сетей не соответствуют напряжениям по ГОСТ 1516.3-96.
6. Наибольшее среднеквадратическое напряжение в стандартах МЭК не соответствует наибольшему рабочему напряжению по ГОСТ 1516.3-96.
7. Испытательные напряжения промышленной частоты в МЭК существенно ниже, чем по ГОСТ 1516.3-96 (табл. 1) и примерно соответствуют испытательным напряжениям оборудования с облегченной изоляцией (уровень а по ГОСТ 1516.3-96).
8. В МЭК повторные испытания напряжением промышленной частоты на первичных вводах должны проводиться при 80% от указанного испытательного напряжения, а по ГОСТ 1516.3-96 (п. 4.16.2) при 90% испытательного напряжения.
9. Длительность приложения испытательного напряжения промышленной частоты к основной твердой изоляции в МЭК составляет 60 с, а согласно ГОСТ 1516.2-97, п. 7.4.2.2, длительность должна составлять 5 мин [6].
10. Допущение МЭК (п. 4.2.3), что «колебания, вызванные внешними причинами, или толчки землетрясения можно не учитывать» [2], противоречит требованиям ГОСТ 17516.1-90, в которых оговаривается, что для электротехнических изделий должны быть установлены группы механического исполнения и требования по сейсмостойкости [7].
11. В МЭК требования к механической прочности выводов применяются только к трансформаторам тока с U_р = 72,5 кВ и выше, а в ГОСТ 7746-2001 и 1983-2001 – ко всем трансформаторам категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69 [3, 4].
12. Маркировка трансформаторов по МЭК не соответствует применяемой в СНГ.
13. Деление трансформаторов по трем температурным категориям: –5/40; –25/40 и –40/40 °С не соответствует требованиям ГОСТ 15150-69, в котором категорий больше: У, ХЛ, УХЛ, ТВ, Т, ТС, О, М, ТМ, ОМ, В [8].
14. В стандарте МЭК нет требования, обязывающего производителя ТТ указывать размеры первичного токоведущего контура, в котором гарантируются погрешности ТТ. Это приводит к тому, что в импортном оборудовании, таком как элегазовые КРУ, КСО и т.п., из-за влияния соседних токоведущих шин погрешности ТТ не соответствуют классу точности.

Табл. 1. Номинальные уровни прочности изоляции выводов первичной обмотки ИТ

Примечания:

1. В числителе – для уровня изоляции а, в знаменателе – для уровня изоляции б.
2. Для открытых (незащищенных) установок рекомендуется выбирать максимальный уровень прочности изоляции.

В настоящее время в связи с опытом внедрения АИИС КУЭ, периодической поверкой измерительных трансформаторов на месте эксплуатации и появлением нового оборудования возникла необходимость привести стандарты в соответствие с современными требованиями.

На 2012 г. ОАО «СЗТТ» запланировано внесение изменений в ГОСТ 1983-2001 с учетом требований новых стандартов МЭК, а после выхода стандарта МЭК 61869-2 – внесение изменений в ГОСТ 7746-2001.

Наибольшие проблемы при разработке и внедрении систем учета электроэнергии вызывают следующие требования стандартов:

• минимальная мощность вторичной нагрузки ТТ;
• мощность нагрузки ТН;
• минимальная мощность нагрузки ТН;
• коэффициент мощности нагрузки ТН.

МИНИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ВТОРИЧНОЙ НАГРУЗКИ ТТ

Согласно требованиям стандарта [3], мощность вторичной нагрузки ТТ должна находиться в диапазоне от 25 до 100% номинальной вторичной нагрузки, а коэффициент мощности вторичной нагрузки должен составлять 0,8 или 1.

В ТТ без применения методов коррекции погрешностей токовая погрешность всегда отрицательная и для некоторых типоисполнений ТТ может выходить за нижний (отрицательный) предел допускаемой токовой погрешности ТТ.

При проектировании ТТ, для того чтобы уменьшить отрицательную токовую погрешность, применяют витковую коррекцию путем отмотки витков вторичной обмотки. При этом кривая токовой погрешности становится более положительной, но может выйти за верхний предел допускаемой стандартом токовой погрешности при токах 100 и 120% номинального первичного тока при минимальной мощности вторичной нагрузки. На угловую погрешность витковая коррекция не влияет.

Для иллюстрации влияния коррекции, на рис. 1 приведены графики токовой погрешности низковольтного ТТ с коэффициентом трансформации 300/5 класса точности 0,5 и номинальной мощностью 5 В·А. Графики приведены для следующих случаев:

• без коррекции при номинальной мощности вторичной нагрузки (S_H);
• с коррекцией при номинальной мощности вторичной нагрузки;
• при мощности вторичной нагрузки 25% номинальной (1,25 В·А);
• при мощности вторичной нагрузки 3,75 В·А.

Из графика (рис. 1) видно, что по результатам расчета при номинальной мощности вторичной нагрузки токовая погрешность не укладывается в нижний (отрицательный) предел допускаемой токовой погрешности для класса точности 0,5, поэтому необходимо применить витковую коррекцию.

Рис. 1. Токовые погрешности ТТ 300/5 класса точности 0,5 с витковой коррекцией

При витковой коррекции токовая погрешность при номинальной мощности вторичной нагрузки укладывается в пределы допускаемой токовой погрешности для класса точности 0,5, а при токах 100 и 120% номинального первичного тока становится положительной.

При нагрузке 25% номинальной, что составляет 1,25 В·А для нагрузки 5 В·А, токовая погрешность выходит за верхний предел допускаемой токовой погрешности для класса точности 0,5.

При нагрузке 3,75 В·А токовая погрешность соответствует требованиям стандарта [3]. Для этого типоисполнения ТТ погрешности не выходят за пределы допускаемой токовой погрешности в более узком диапазоне нагрузок – от 3,75 до 5 В·А.

В связи с тем, что для некоторых типоисполнений низковольтных ТТ погрешности при нагрузке 25% номинальной не укладываются в пределы допускаемой токовой погрешности, в стандарт [3] был введен нижний предел вторичных нагрузок. Согласно [3] для ТТ с номинальными вторичными нагрузками 1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 В·А нижний предел вторичных нагрузок – 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75 и 3,75 В·А соответственно.

Таким образом, допущение по нижнему пределу вторичной нагрузки для некоторых типоисполнений низковольтных ТТ в тексте стандарта [3] стало звучать как обязательное требование для всех ТТ, хотя большинство из них не имеет витковой коррекции.

Для АИИС КУЭ широко применяются электронные счетчики, имеющие меньшее энергопотребление по сравнению с индукционными. В соответствии с требованиями стандарта [9] мощность, потребляемая параллельной цепью (напряжения) электронных счетчиков активной энергии, не должна превышать 10 В·А, а последовательной (токовой) – 1 В·А.

Наиболее распространенные типы ТТ класса напряжения 10 кВ рассчитаны на номинальную мощность вторичной нагрузки 10 В·А, а ТН – 75 В·А. Мощность токовой цепи электронного счетчика в 1 В·А намного ниже нижнего предела мощности вторичной нагрузки, которая согласно [3] составляет 3,75 В·А для ТТ с номинальной мощностью 5 и 10 В·А.

При замене счетчиков электроэнергии на электронные, несмотря на то, что токовая погрешность большинства типов ТТ при снижении мощности вторичной нагрузки уменьшается, для соблюдения требований стандарта [3] о нижнем пределе нагрузки в эксплуатации применяют различные способы увеличения сопротивления нагрузки – добавочные резисторы, более длинные кабели, что приводит к увеличению отрицательной токовой погрешности ТТ и соответственно к увеличению погрешности измерения электроэнергии.

В статье [1] приводятся данные о том, что стоимость установки добавочных резисторов соизмерима со стоимостью счетчика и колеблется от 2500 до 10 000 руб. Для крупной энергокомпании эти расходы могут составлять миллионы рублей.

В стандарт [3] планируется внести следующее изменение:

«Мощность вторичной нагрузки ТТ должна находиться в диапазоне от 25 до 100% номинальной вторичной нагрузки.
Для ТТ с классом точности 0,1; 0,2; 0,2S; 0,5S и номинальной нагрузкой не более 15 В·А может указываться более широкий интервал вторичных нагрузок.
Допускается для ТТ с номинальными вторичными нагрузками 1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 В·А устанавливать нижний предел вторичных нагрузок – 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75 и 3,75 В·А соответственно».

МОЩНОСТЬ НАГРУЗКИ ТН

Несмотря на то, что ряд номинальных мощностей нагрузки в стандарте [4] больше, чем в стандарте МЭК [10], нередко возникает необходимость в нестандартных значениях мощности.

В стандарте МЭК [10], при условии если одно из значений мощности ТН является стандартным и относится к стандарт­ному классу точности, допускается принятие номинальной мощности нестандартной, но относящейся к другому классу точности.

МИНИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ НАГРУЗКИ ТН

Метрологические характеристики ТН устанавливаются согласно [4] для мощности активно-индуктивной нагрузки при коэффициенте мощности 0,8 в диапазоне:

где S_H – номинальная мощность ТН в данном классе точности, В·А;
U_1Н – номинальное первичное напряжение ТН, В;
U₁ – значение первичного напряжения, подведенного к ТН, В.

При проектировании ТН, для того чтобы погрешность напряжения сделать более положительной, применяют витковую коррекцию путем отмотки витков первичной обмотки.

Число витков коррекции подбирают так, чтобы при холостом ходе ТН имел положительную погрешность напряжения, а при минимальной и номинальной мощности вторичной нагрузки укладывался в диапазон погрешностей для заданного класса точности.

Если в ТТ витковая коррекция применяется для некоторых типоисполнений ТТ, то в ТН витковая коррекция применяется всегда и при мощности вторичной нагрузки менее 25% может выходить за верхний (положительный) предел допускаемой погрешности напряжения.

Согласно стандарту [4] наименьшая номинальная нагрузка составляет 10 В·А, соответственно 25% составят 2,5 В·А. Мощность цепи напряжения электронного счетчика по требованиям стандарта [9] не должна превышать 10 В·А, однако мощность, потребляемая цепью напряжения счетчика, как правило, намного меньше и может быть меньше 2,5 В·А. Поэтому в стандарт МЭК [10] введен ряд нагрузок I: 1,0 – 2,5 – 5,0 – 10 В·А.

Вопрос о применении догрузочных резисторов для соблюдения требований стандарта о нижней границе вторичной нагрузки ТН должен решаться в соответствии с погрешностями ТН, полученными при поверке.

Необходимо также учитывать, что вторичные обмотки ТН находятся на одном магнитопроводе и являются магнитосвязанными, то есть изменение нагрузки на одной обмотке влияет на погрешности другой обмотки. С дополнительных обмоток ТН нередко производится питание освещения, подогрева счетчика, модема или других вспомогательных цепей. В работе [11] приведены результаты исследований влияния нагрузки дополнительных обмоток ТН на погрешности измерительной обмотки.

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ ТН

В стандарте [4] указывается, что нагрузка ТН должна быть только активно-индуктивной с коэффициентом мощности (cos φ) 0,8, однако цепь напряжения современных электронных счетчиков представляет собой активную или активно-емкостную нагрузку для ТН.

В работе [11] приведены результаты исследований влияния коэффициента мощности вторичной нагрузки на метрологические характеристики ИТ. Сделан вывод, что при работе ТН на электронный счетчик, представляющий собой емкостную или омическую нагрузку значением менее 10 В·А, погрешности ТН не выходят за пределы допускаемой погрешности для данного класса точности.

Предлагаются следующие изменения в стандарт на ТН с учетом требований МЭК [10]: «Стандартные значения номинальной мощности при коэффициенте мощности 1, выраженные в вольт-амперах, следующие: 1,0 – 2,5 – 5,0 – 10 В•А (ряд нагрузок I).
Стандартные значения номинальной выходной мощности при коэффициенте мощности 0,8, выраженные в вольт-амперах, следующие: 10; 15; 20; 25; 30; 45; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200 В·А (ряд нагрузок II).
Номинальная выходная мощность трехфазного трансформатора должна представлять собой номинальную мощность для каждой фазы.
Примечание. Для данного ТН, при условии что одно из значений номинальной мощности стандартное и относится к стандартному классу точности, допускаются другие номинальные значения мощности, которые могут быть нестандартными значениями, но относящимися к другим стандартным классам точности».
Изменение по диапазону нагрузки ТН:
«Метрологические характеристики должны быть установлены для следующих рабочих условий применения трансформаторов:
• мощность нагрузки определяется от любого значения от 0 В·А до 100% номинальной нагрузки при коэффициенте мощности, равном 1, для диапазона нагрузки I;
• между 25 и 100% номинальной нагрузки при коэффициенте мощности 0,8 для диапазона нагрузки II».

ВЫВОДЫ

• Прямое применение стандартов МЭК неприемлемо из-за существенных расхождений с требованиями межгосударственных стандартов.
• При заказе импортных ИТ необходимо, чтобы ИТ соответствовали межгосударственным стандартам, особенно в части испытательных напряжений.
• Внесение изменений в межгосударственные стандарты позволит устранить существующие проблемы при эксплуатации систем учета электроэнергии.
• Если по результатам поверки вторичная нагрузка ИТ меньше нижнего предела допускаемой стандартами вторичной нагрузки, а погрешности ИТ соответствуют требованиям стандарта, то применение догрузочных резисторов нецелесообразно и приводит к увеличению погрешностей измерений.
• При принятии решения о необходимости догрузки ТН резисторами на месте эксплуатации необходимо учитывать нагрузки всех обмоток ТН и характер работы ТН.

ЛИТЕРАТУРА

1. Демченко В., Ковалев В. Счетчики электроэнергии. Назревшие проблемы и необходимые решения // Новости ЭлектроТехники. 2011. № 4(70).
2. МЭК 61869-1.Измерительные трансформаторы. Часть 1: Общие требования. Издание 1.0 2007-10.
3. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
4. ГОСТ 1983–2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.
5. ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции.
6. ГОСТ 1516.2-97. Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжения от 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции.
7. ГОСТ 17516.1-90. Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам.
8. ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
9. ГОСТ Р 52323-2005 (МЭК 62053-22:2003). Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0,5S.
10. МЭК 61869-3. Индуктивные трансформаторы напряжения. Издание 1.0. 2011-07.
11. Раскулов Р.Ф. Трансформаторы напряжения 3–35 кВ. Факторы, влияющие на погрешности // Новости ЭлектроТехники. 2011. № 1(67).

    ---

620043, Екатеринбург, ул. Черкасская, 25
Тел.: (343) 232-59-95. Факс: (343) 212-52-55
e-mail: cztt@cztt.ru
www.cztt.ru