Початок arrow Статті arrow Влияние вторичной нагрузки на погрешности трансформаторов тока

Влияние вторичной нагрузки на погрешности трансформаторов тока

Раскулов Р. Ф.

В системе учета электроэнергии одним из важнейших элементов, влияющих на погрешности измерения энергии, являются измерительные трансформаторы. Наибольшее влияние на метрологические характеристики трансформаторов тока оказывают мощность вторичной нагрузки и первичный ток. Для трансформаторов тока зависимости погрешностей от вторичной нагрузки носят нелинейный характер из-за свойств материала магнитопровода.
ГОСТ 7746-2001 нормирует погрешности трансформаторов тока при мощности вторичной нагрузки 25-100% номинальной в диапазоне 5 - 120% номинального первичного тока для класса точности 0,5 и 1 - 120% для классов точности 0,5S и 0,2S.
При выпуске трансформаторов из производства во время приемосдаточных испытаний погрешности трансформаторов тока определяются в упомянутых диапазонах первичного тока и мощности вторичной нагрузки.
В эксплуатации нередко мощность нагрузки не соответствует диапазону ГОСТ 7746-2001. Обычно мощность вторичной нагрузки завышена из-за подключения в цепь учета приборов релейной защиты и автоматики.
Из-за снижения энергопотребления в энергосистемах трансформаторы тока в ряде узлов работают при токах, существенно меньших номинального. Аналогичная ситуация возникает при включении цепей релейной защиты во вторичную обмотку трансформатора тока совместно с приборами учета электроэнергии, когда в интересах защиты выбирают трансформатор тока с заведомо повышенным коэффициентом трансформации. Это приводит к снижению в 5 - 10 раз вторичного тока ТТ даже при номинальном для энергоснабжения номинальном токе. Также могут встречаться режимы работы трансформаторов при первичных токах, превышающих 120% номинального.
Таким образом, практически отсутствует информация о погрешностях трансформаторов тока в следующих случаях:
при нагрузках, больших номинальной;
при токах, меньших 1% и больших 120% номинального первичного тока.
Целью настоящей работы является исследование влияния мощности вторичной нагрузки на погрешности следующих распространенных типов трансформаторов тока:
ТОЛ10-1-300/5 класс точности 0,5, номинальная вторичная нагрузка 10 В А;
ТПОЛ-10-300/5 класс точности 0,5, номинальная вторичная нагрузка 10 В А.
Для проведения измерений было отобрано по пять трансформаторов каждого типа. Измерения проводились в диапазоне от 0,5 до 200% номинального первичного тока при различных вторичных нагрузках по мощности и cos φ = 0,8 (инд.).
Токовые погрешности ТОЛ10
Рис. 1. Токовые погрешности ТОЛ10-1:
1 - ГОСТ 7746; 2 - 0,25Sном; 3 - Sном; 4 - 2Sном; 5 - 3Sном; 6 - 5Sном
Угловые погрешности ТОЛ10-1
Рис. 2. Угловые погрешности ТОЛ10-1:
1 - ГОСТ 7746; 2 - 0,25Sном; 3 - Sном; 4 - 2Sном; 5 - 3Sном; б - 5Sном

Исследования проводились в аккредитованном испытательном центре ОАО СЗТТ по схеме поверки дифференциально-нулевым методом согласно ГОСТ 8.217-87. При проведении измерений использовался образцовый трансформатор типа И-512 класса точности 0,05 и прибор сравнения типа К-507 класса точности 0,1.

Токовые погрешности ТПОЛ10-1
На рис. 1 и 2 построены графики зависимости токовой и угловой погрешности от первичного тока при различных вторичных нагрузках для трансформаторов тока ТОЛ10-1. Вторичная нагрузка изменялась от четверти номинальной до пятикратной. Из графика на рис. 1 видно, что в диапазоне тока 20 - 120% номинального при увеличении мощности вторичной нагрузки до двукратной токовые погрешности не выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токах, меньших 20% номинального первичного тока, увеличение мощности вторичной нагрузки приводит к резкому росту токовой погрешности. При токе 5% номинального и номинальной вторичной нагрузке погрешность составляет -1,1%, при двойной -2,0%, при тройной -2,5%, при пятикратной -2,7%. При токе 0,5% номинального погрешности составят для нагрузки, равной четверти номинальной, -0,5%, для номинальной -1,75%, для двойной -3%, для тройной -4,2%, а для пятикратной нагрузки -6%.
На рис. 2 построены графики зависимости угловой погрешности от первичного тока при различных вторичных нагрузках для трансформаторов тока ТОЛ10-1. Из графика видно, что в диапазоне первичного тока 20 - 200% изменение вторичной нагрузки от 0,25Sном до пятикратной на угловых погрешностях практически не отражается и погрешности не выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токах от 5 до 20% номинального погрешности с ростом вторичной нагрузки до пятикратной увеличиваются, но не выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токах, меньших 5%, наблюдается резкий рост угловой погрешности и при 0,5% номинального тока погрешности увеличиваются от 120 мин для нагрузки 0,25Sном до 250 мин для 5Sном.
На рис. 3 и 4 изображены графики зависимости токовой и угловой погрешности в относительных единицах. За единицу приняты погрешности, соответствующие классу точности 0,5 при 100% первичного тока (0,5% токовой погрешности и 30 мин угловой). Из графиков видно, что токовые погрешности при 0,5% первичного тока могут увеличиваться более чем в 12 раз, а угловые - в 8 раз по сравнению с нормой для класса точности 0,5.
На рис. 5 и 6 построены графики зависимости токовой и угловой погрешности от первичного тока для трансформатора тока ТПОЛ-10 при изменении вторичной нагрузки от 0,25Sном до пятикратной номинальной. Этот трансформатор имеет другие конструктивные параметры и поэтому в области низких значений первичного тока влияние свойств магнитопровода сказывается сильнее, чем зависимость от значения вторичной нагрузки.


Из графика на рис. 5 видно, что в диапазоне тока 5 - 200% номинального при увеличении мощности вторичной нагрузки до двойной номинальной токовые погрешности выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001.
При токах, меньших 5% номинального первичного тока, увеличение вторичной нагрузки также приводит к резкому росту токовой погрешности.


При токе 1% номинального и вторичной нагрузке 0,25Sном погрешность составляет -1%, при номинальной -3%, а при пятикратной увеличится до -8%. Для тока 0,5% номинального погрешности составят соответственно от -1,7 до -11%. Угловые погрешности в диапазоне тока 5 - 120% номинального от мощности вторичной нагрузки зависят меньше и при увеличении мощности вторичной нагрузки до пятикратной номинальной угловые погрешности не выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токе менее 5% наблюдается резкий рост угловой погрешности и при 0,5% первичного тока погрешности увеличиваются до 240 мин.
При тройной нагрузке по мощности при токе более 150% номинального начинается насыщение магнитопровода и наблюдается резкий рост погрешностей. При увеличении мощности нагрузки до пятикратной номинальной увеличение погрешностей начинается уже при токе 120% номинального и токовые погрешности могут увеличиться до 14%, а угловые свыше 300 мин.
На рис. 7 и 8 изображены графики зависимости токовой и угловой погрешности в относительных единицах для трансформатора тока ТПОЛ-10. Из графиков видно, что токовые погрешности при 0,5% первичного тока могут увеличиваться более чем в 22 раза, а угловые - в 8 раз по сравнению с нормой для класса точности 0,5.
Полученные зависимости также сохраняются в рабочем диапазоне температур по ГОСТ 77462001. Результаты исследований качественно можно распространить на все типы трансформаторов тока класса напряжения 0,66 - 10 кВ класса точности 0,5 с номинальными первичными токами до 1000 А. Количественно погрешности существенно зависят от конструктивного исполнения трансформатора и для различных типов трансформаторов и различных номинальных первичных токов будут свои значения погрешностей, при сохранении общей качественной картины, причем при уменьшении первичного тока разброс между погрешностями трансформаторов различных типов будет увеличиваться.

Выводы

  1. Измерительные трансформаторы тока имеют небольшой запас по мощности вторичной нагрузки и для некоторых типов трансформаторов при незначительном превышении мощности нагрузки погрешности выходят за пределы, заданные ГОСТ 7746-2001.
  2. Увеличение мощности вторичной нагрузки приводит к увеличению погрешностей по току, особенно при малых первичных токах, а при значительном превышении мощности вторичной нагрузки трансформаторы класса точности 0,5 реально будут соответствовать классу точности 3 и ниже.
  3. Угловые погрешности от мощности вторичной нагрузки зависят гораздо слабее и даже при пятикратном превышении мощности нагрузки для некоторых типов трансформаторов могут соответствовать требованиям ГОСТ 7746-2001 для заданного класса точности.
  4. При малых первичных токах (менее 5% номинального) погрешности трансформаторов тока резко возрастают и могут достигать 300 мин угловой погрешности и 6% токовой при первичном токе 0,5%.
  5. При кратковременном превышении первичного тока до двукратного погрешности трансформаторов тока не выходят из класса точности 0,5 при номинальной вторичной нагрузке.
  6. При многократном превышении мощности вторичной нагрузки для некоторых типов трансформаторов происходит резкое увеличение погрешностей при токе, большем номинального, - токовых до 14% и угловых до 300 мин и более.
 
Диагностика и контроль вентильных разрядников >