Влияние вторичной нагрузки на погрешности трансформаторов тока

Раскулов Р. Ф., èíæ.

ОАО “Свердловский завод трансформаторов тока”

В системе учета электроэнергии одним из важнейших элементов, влияющих на погрешности измерения энергии, являются измерительные трансформаторы. Наибольшее влияние на метрологиче- ские 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. Обыч- но 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 включе- нии цепей релейной защиты во вторичную обмотку трансформатора тока совместно с приборами учета электроэнергии, когда в интересах защиты выбирают трансформатор тока с заведомо повы-

шенным 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% номи-

нального 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 = 0,8 (инд.).

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.

Íà ðèñ. 1 è 2 построены графики зависимости токовой и угловой погрешности от первичного тока при различных вторичных нагрузках для

	1					1					200
Токоваяпогрешность,%	0									Угловаяпогрешность,мин	180
	–1	2									160
											140
		3
	–2										120
	–3	4									100
											80
	–4	5
			6								60
	–5										40
	–6										20
											0
	0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
				Первичный ток, %

	6
		4
		5
	3		1
		2
0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
			Первичный ток, %

8 ! !8#K 0 7	" I ! !8#K 0 7
1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì	1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì

2003, ¹ 7

43

	4									2
îòí.åä	2			1					погрешность,%	0
	0									–2
	–2	2								–4
			1
	–4	3								–6
		4
погрешность,	–6									–8
	–8	5	6						–10
	–10								Токовая
Токовая									–12
	–12								–14
	0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
				Первичный ток, %

				1
	2
	3
	4
	5
	6
0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
			Первичный ток, %

% 8 ! !8#K 0 7	,	8 ! !8 #K 07
1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì	1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì
трансформаторов тока ТОЛ10-1. Вторичная на-	меньших 5%, наблюдается резкий рост угловой
грузка изменялась от четверти номинальной до	погрешности и при 0,5% номинального тока по-
пятикратной. Из графика на ðèñ. 1 видно, что в	грешности увеличиваются от 120 мин для нагруз-
диапазоне тока 20 – 120% номинального при уве-	êè 0,25Síîì äî 250 ìèí äëÿ 5Síîì.
личении мощности вторичной нагрузки до дву-	Íà ðèñ. 3 è 4 изображены графики зависимости
кратной токовые погрешности не выходят за пре-	токовой и угловой погрешности в относительных
делы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токах, мень-	единицах. За единицу приняты погрешности, со-
ших 20% номинального первичного тока, увеличе-	ответствующие классу точности 0,5 при 100% пер-
ние мощности вторичной нагрузки приводит к	вичного тока (0,5% токовой погрешности и 30 мин
резкому росту токовой погрешности. При токе 5%	угловой). Из графиков видно, что токовые погреш-
номинального и номинальной вторичной нагрузке	ности при 0,5% первичного тока могут увеличива-
погрешность составляет -1,1%, при двойной -2,0%,	ться более чем в 12 раз, а угловые – в 8 раз по
при тройной -2,5%, при пятикратной -2,7%. При	сравнению с нормой для класса точности 0,5.
токе 0,5% номинального погрешности составят для	Íà ðèñ. 5 è 6 построены графики зависимости
нагрузки, равной четверти номинальной, -0,5%, для	токовой и угловой погрешности от первичного
номинальной -1,75%, для двойной -3%, для трой-	тока для трансформатора тока ТПОЛ-10 при изме-
ной -4,2%, а для пятикратной нагрузки -6%.	нении вторичной нагрузки от 0,25Síîì до пятикрат-
Íà ðèñ. 2 построены графики зависимости уг-	ной номинальной. Этот трансформатор имеет дру-
ловой погрешности от первичного тока при раз-	гие конструктивные параметры и поэтому в облас-
личных вторичных нагрузках для трансформато-	ти низких значений первичного тока влияние
ров тока ТОЛ10-1. Из графика видно, что в диапа-	свойств магнитопровода сказывается сильнее, чем
зоне первичного тока 20 – 200% изменение вто-	зависимость от значения вторичной нагрузки.
ричной нагрузки от 0,25Síîì до пятикратной на уг-	Из графика на ðèñ. 5 видно, что в диапазоне
ловых погрешностях практически не отражается и	òîêà	5 – 200% номинального	при увеличении
погрешности не выходят за пределы, заданные	мощности вторичной нагрузки до двойной номи-
ГОСТ 7746-2001. При токах от 5 до 20% номина-	нальной токовые погрешности выходят за преде-
льного погрешности с ростом вторичной нагрузки	лы, заданные ГОСТ 7746-2001.		При токах, мень-
до пятикратной увеличиваются, но не выходят за	ших 5% номинального первичного тока, увеличе-
пределы, заданные ГОСТ 7746-2001. При токах,	ние вторичной нагрузки также приводит к резкому

åä	7
îòí.	6								ìèí
	5
погрешность,									погрешность,
	5		6
	4
	4
	3			1
Угловая	2	3							Угловая
	1	2
	0
	0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
				Первичный ток, %

290
		3
240		2
190	5
140
	4		6						6
90				1
								3	4	5
40
0
–10	0,5	1	5	20	50	100	120	150		200
				Первичный ток, %

) I ! !8#K 0 7	. I ! !8 #K 07
1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì	1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5	– 3Síîì; 6 – 5Síîì

44

2003, ¹ 7

Токоваяпогрешность,отн.ед.	4					1			Угловаяпогрешность,отн.ед.	10
	0									8
	0	2	1
	–4	3								6
	–8	4								4
	–12		6
		5
	–16									2
	–20									0
	–24
										–1
	0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
				Первичный ток, %

4	2
		6					6
	3			1
							5	3
		5
0,5	1	5	20	50	100	120	150	200
			Первичный ток, %

/ 8 ! !8 #K 07	5 I ! !8 #K 07
1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5 – 3Síîì; 6 – 5Síîì	1 – ÃÎÑÒ 7746; 2 – 0,25Síîì; 3 – Síîì; 4 – 2Síîì; 5	– 3Síîì; 6 – 5Síîì

росту токовой погрешности. При токе 1% номинального и вторичной нагрузке 0,25Síîì 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.

Íà ðèñ. 7 è 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 об-

щей 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 зна- чительном превышении мощности вторичной нагрузки трансформаторы класса точности 0,5 реально будут соответствовать классу точности 3 и ниже.

3.Угловые погрешности от мощности вторич- ной 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 первич- ного 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 по-

грешностей при токе, большем номинального,

– токовых до 14% и угловых до 300 мин и более.

2003, ¹ 7

45