Требования к классу точности трансформаторов тока для коммерческого учета

В информационно-измерительных цепях понижающие средства играют первую роль. Схема включает в себя приемо-передающие приборы с измерительными устройствами, счетчиками электроэнергии и специализированным программным обеспечением. Однако при высокой погрешности преобразования точность измерительных приборов не имеет смысла. Поэтому классы точности трансформаторов тока с развитием высокоточного оборудования приобретают особую значимость.

Они представляет собой важную характеристику, которая показывает соответствие погрешности измерений номинальным значениям. На нее влияет множество параметров.

Общий принцип работы

Через силовую катушку с некоторым количеством витков проходит ток с преодоление сопротивления в ней. Вокруг нее образуется магнитный поток, который изменяется во времени. Его колебания передаются на перпендикулярный магнитопровод. Такое расположение позволяет снизить потери в процессе преобразований энергий.

За счет колебания магнитного поля во вторичных обмотках генерируется электродвижущая сила. Преодолевая сопротивление, пониженный ток течет по цепи измерительных приборов. Напряжение пропорционально входной нагрузке и зависит от количества витков в первичной катушке. В электромеханике такое соотношение называют коэффициентом трансформации.

Класс точности представляет собой отклонение реальной величины от номинального значения.

Для чего используются

Разнообразные виды измерительных трансформаторов встречаются как в небольших приборах размером со спичечный коробок, так и в крупных энергетических установках. Их основное назначение – понижать первичные токи и напряжения до значений, необходимых для измерительных устройств, защитных реле и автоматики. Применение понижающих катушек обеспечивает защиту цепи низшего и высшего ранга, поскольку они разделены между собой.

Понижающие средства разделяют по признакам эксплуатации и предназначены для:

• измерений. Они передают вторичный ток на приборы;
• защиты токовых цепей;
• применения в лабораториях. Такие понижающие средства имеют высокую классность точности;
• повторного конвертирования, они относятся к промежуточным инструментам.

Понижающие средства делят по типу установки: наружные, внутренние, переносные и накладные, а также по типу материалов изоляции, коэффициенту трансформации.

Измерение

Измерительный трансформатор необходим для понижения высокого тока основного напряжения и передачу его на измерительные устройства. Для подключения стандартных приборов к высоковольтной сети потребовались бы громоздкие установки. Реализовывать инструменты таких размеров экономически не выгодно и не целесообразно.

Использование понижающих трансформаторов позволяет применять обычные устройства измерения в обычном режиме, что расширяет спектр их применения. Благодаря снижению напряжения, они не требуют дополнительных модификаций. Трансформатор отделяет высоковольтное напряжение сети от питающего напряжения приборов, обеспечивая безопасность из использования. От их классности зависит точность учета электрической энергии.

Защита

Кроме питания измерительных приборов понижающие трансформаторы подают напряжение на системы защиты и автоматической блокировки. Поскольку в сетевой электросети происходят перепады и скачки напряжения, которое губительно для высокоточного оборудования цепи.

В энергетических установках оборудование делится на силовое и вторичное, которое контролирует процессы первичной схемы подключения устройств. Высоковольтная аппаратура располагается на открытых площадках или устройствах. Вторичное оборудование находится на релейных планках внутри распределительных шкафов.

Промежуточным элементом передачи информации между силовыми агрегатами и средствами измерения, управления, контроля и защиты являются понижающие или измерительные трансформаторы. Они разделяют первичную и вторичную цепь от пагубного воздействия силовых агрегатов на чувствительные измерительные приборы, а также защищают обслуживающий персонал от повреждений.

Точный учет: трансформаторы тока

Реализуемая в Российской Федерации политика энергосбережения, а также растущая стоимость электрической энергии требуют все большей и большей эффективности ее учета. С этой целью создаются автоматизированные системы учета электроэнергии, в штат предприятий принимаются специалисты для их обслуживания. Для создания и эксплуатации таких систем требуются не только дополнительные капиталовложения, но и решения для ряда технических задач, одна из которых будет рассмотрена в этой статье.

Низшим уровнем в иерархии автоматизированных систем учета является уровень информационно-измерительного комплекса (ИИК). Он включает в себя измерительные трансформаторы, счетчики электрической энергии, вторичные цепи измерительных трансформаторов. Очень важным на этапе построения ИИК является минимизация его погрешности, которая в большей мере зависит от правильного выбора измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН). Проблемы выбора ТН — отдельная тема, которая не затрагивается этим материалом. Стоит лишь отметить, что в отличие от ТТ их погрешности не зависят от изменяющейся нагрузки в контролируемой цепи. С ТТ все значительно сложнее.

Часто проектировщики и эксплуатирующие организации недостаточно серьезно относятся к выбору ТТ для учета. Выбирается ТТ с наилучшим классом точности, не заостряя внимания на других его параметрах. Так поступают будучи уверенными, что использование ТТ с наилучшим классом точности — уже экономия средств. Причиной этого является или неумение правильно выбрать ТТ, или желание сэкономить: устанавливаются трансформаторы тока имеющиеся в наличии, или выбираются ТТ, имеющие меньшую стоимость и более простые в установке, несмотря на ограниченность их метрологических характеристик. Результатом являются значительные финансовые потери, появляющиеся вследствие отсутствия точного учета.

Требования к применяемым в нашей стране трансформаторам тока регулирует ГОСТ 7746-2001 (1). В числе прочих характеристик этим стандартом задан ряд первичных токов и значения вторичных токов (1 и 5 А), с которыми ТТ могут быть изготовлены. Также регламентируются диапазоны измерений первичного тока, при которых должен быть сохранен класс точности: от 5-120% для классов точности 0,5 и 0,2, от 1-120% для классов 0,5S и 0,2S. Таким образом, классы точности с литерой «S» отличаются от прочих увеличенным диапазоном измерений в область минимальных значений (с 5% до 1%). Кроме того, существует требование ПУЭ (п.1.5.17) (2), согласно которому требуется выбирать коэффициент трансформации так, чтобы ток в максимальном режиме загрузки присоединения составлял не менее 40% тока счетчика, а в минимальном — не менее 5%. А ток счетчика, как правило, равняется вторичному току ТТ, поэтому приведенное выше требование можно смело отнести к обмотке учета измерительного трансформатора. Стоит отметить, что требование к минимальному режиму идет вразрез с ГОСТ 7746, т.к. делает нецелесообразным применение ТТ классов точности с литерой «S». Что касается требования 40% в максимальном режиме то оно, вероятно, основано на стремлении минимизировать погрешности ТТ классов без «S» (см. рис. 1), в то время как для классов 0,2S и 0,5S целесообразнее было бы применять критерий «20%», в связи с ростом погрешностей при уменьшении первичного тока ниже этой величины (см. рис.2).

Рис. 1. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2; 0,5; 1

Рис. 2. Токовая и угловая погрешности ТТ классов точности 0,2S; 0,5S

Итак, при выборе коэффициента трансформации ТТ необходимо «убить двух зайцев»: не только «вписаться» в указанный ГОСТ 7746-2001 диапазон, но и соблюсти требование ПУЭ.

Как рассчитать погрешность

Погрешность измерительных трансформаторов определена их конструктивной особенностью. На точность влияет геометрические размеры и формы магнитопроводов, число витков и диаметр провода обмоток. Также большое влияние также оказывает материал, из которого изготовлен магнитопровод.

Такие характеристики электромагнитных материалов при невысоких токах первой обмотки имеют погрешность 1- 5%, поэтому их точность очень низкая. Конструкторы стремятся добиться классности в этом масштабе. Вместо конструкторских сталей применяют аморфные материалы.

Для вычисления класса точности используют следующие формулы:

• погрешность по величине тока: (delta)I = I2 – I1, где I2 – ток во вторичной обмотке, I2 – ток силовой цепи;
• погрешность по углу сдвига: (alpha) = (alpha)2 – (alpha)1, где (alpha)2 = 180 градусам, (alpha)1 – фактический угол сдвига.

Погрешности углу и величине тока объясняют воздействие напряжения намагничивания.

Каким требованиям должны соответствовать для коммерческого учета электроэнергии

Современные технологии позволяют изготавливать трансформаторы от 6 до 10 кВ с числом катушек до четырех штук. Каждая катушка имеет свой класс точности. Он подбирается исходя из области применения. Каждая предусматривает свой комплекс тестирования.

Для коммерческих приборов учета используют катушки с классностью 0,2S и 0,5S. Они обладают высокой проницаемостью магнитного поля. Литера «S» указывает на тестирование трансформатора в пяти точках в диапазоне от 1-120% от расчетного напряжения.

Схема проверок выглядит как 1х5х20х100х120. Для классов 1; 0,5 и 0,2 тестирование выполняют по четырем точкам 5х20х100х120%.Для релейной и автоматической защиты используют три точки 50х100х120. Такие трансформатор имеют классность с литерой «З». Требования к классу точности представлены в ГОСТ 7746—2001.

Класс точности — важнейшая характеристика трансформатора тока

Класс точности трансформатора тока является одной из важнейших характеристик ТТ, которая указывает, что его погрешность измерений не превышает значений, установленных в нормативных документах. Погрешность в свою очередь зависит от многих факторов.

В настоящее время возможно изготовление трансформаторов тока на 6-10кВ с количеством обмоток до четырех, при этом каждая обмотка может быть выполнена со своим классом точности. Например, 0,5/10Р, 0,5S /10Р, 0,2S /0,5/10Р, 0,2S /0,5/5Р/10Р.

Класс точности для каждой обмотки выбирается исходя из ее назначения. Для каждого класса точности предусматривается своя программа испытаний.

Для коммерческого учета, как правило, применяют обмотки с классами точности 0,5S и 0,2S. Буква “S” обозначает, что трансформатор тока проверяется по пяти точкам от 1% до 120% (1-5-20-100-120) от номинального тока. Обмотки классов точности 1, 0,5, 0,2 проверяются лишь в четырех точках: 5-20-100-120% от номинального тока. Для релейной защиты используют обмотки с классами точности 10Р или 5Р и проверяют данные обмотки в трех точках: 50-100-120% от номинального тока трансформатора. Такие обмотки соответствуют классу точности «3».

Более подробно требования к классам точности трансформаторов тока представлены в ГОСТ 7746—2001.

Ниже представлена таблица допустимых погрешностей для различных классов точности:

Допустимые погрешности для различных классов точности ТТ

Требования к классам точности трансформаторов тока представляют собой некий диапазон, в который должны укладываться погрешности трансформатора. Чем выше класс точности, тем уже диапазон.

Разница между классами точности 0,5S и 0,5 (0,2S и 0,2) состоит в том, что погрешность обмотки класса 0,5 не нормируется ниже 5% номинального тока. Видимо поэтому в ПУЭ есть требование, чтобы минимальный ток во вторичной обмотке трансформатора составлял не менее 5%. На мой взгляд, данное требование уже давно устарело, т.к. погрешность трансформаторов тока класса точности 0,5S нормируется начиная с 1%.

Разница между классами точности 0,5S и 0,5

Применение трансформаторов тока классов точности 0,5S и 0,2S позволяет сократить недоучет электроэнергии в несколько раз при малой загрузке силовых трансформаторов.

Оказывается, возможно изготовление трансформаторов тока с различными коэффициентами трансформации измерительных и релейных обмоток. Например, измерительная обмотка 200/5 (кф. тр. 40), релейная 400/5 (кф. тр. 80). Но стоит иметь ввиду, что проверку трансформатора тока на устойчивость к токам к.з. стоит проводить по обмотке с минимальным коэффициентом трансформации.

Советую почитать:

Вы работаете в программе Dialux?

Как пользоваться нормативными документами?

Оценка степени физического износа электрооборудования

Действие электрического тока на тело человека

Таблица допустимых погрешностей для коммерческого учета

Для коммерческих приборов учета существует таблица погрешностей.

Требования, предъявляемые к классу точности преобразователей, представляют собой диапазоны, в которые погрешности должны укладываться. С увеличением точности уменьшается разброс значений.

Разница между преобразователями с маркировкой «S» и без нее, например, 0,5 и 0,5S заключается в том, что первые не нормируют ниже 5% от расчетного тока.

В чем разница между классами точности 0.5 и 0.5 s

Трансформатор тока является важным связующим звеном в сложной цепи информационно-измерительных систем. При этом особую актуальность имеет точность показаний подобного оборудования, ведь при низкой величине подобное оборудование утратит свою пригодность. Все требования к основным классам точности для данных измерительных приборов прописана в действующем стандарте. Сам термин класс точности не является метрологическим термином, он был изобретен создателями приборов, а позже принят метрологами.

Существуют различные классы точности измерения этих трансформаторов, исходя из которых можно подобрать наиболее точный прибор. Каждый подобный прибор дает определенную долю погрешности, не все потраченные кВт учитываются, в результате чего компании энергосбыта несут определенные убытки ежегодно. Погрешность в учете малого ока всегда имеет отрицательное значение, это важно знать при проведении необходимых расчетов. Наиболее распространенные классы точности на сегодня — это
0,5 и 0,5 S. В чем же разница в этих 2-х довольно схожих величинах? В этом необходим разобраться.

Преимущества использования высокоточных трансформаторов

Измерительные трансформаторы с высоким классом точности имеют ряд преимуществ:

• устойчивость измерительных параметров к намагничиванию постоянным напряжением;
• высокий коэффициент электрического сопротивления используемых материалов;
• уменьшение потерь на вихревые токи и перемагничивания стержня;
• высокий запас класса точности;

• продолжительный срок эксплуатации;
• уменьшение габаритов, материалов для изготовления, что влияет на общий вес установки;
• высокая стойкость к хищению электрической энергии.