ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА И КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В условиях рыночной экономики энергоресурсы, в том числе и электрическая энергия, стали не дешевыми товарами. Это привело к ужесточению требований и появлению новых задач по повышению точности измерений данных ресурсов. В таких реалиях для обеспечения устойчивого функционирования и развития, прежде всего, необходимы новые решения по эффективному использованию электроэнергии.

Главная задача учета электрической энергии – получение достоверной информации о количестве произведенной, переданной и потребленной электроэнергии. Все эти процессы протекают одновременно, поэтому допущенную ошибку учета электроэнергии невозможно исправить путем повторных измерений. Данные факторы доказывают то, что задача анализа погрешностей и повышения точности измерения электроэнергии является актуальным. Важности вопросу придает и повышение внимания к качеству электрической энергии, для измерения которого, требуется еще более точные измерения.

На достоверность учета электроэнергии оказывает большое влияние правильный выбор средств измерения, которые являются составными компонентами измерительных узлов, а также соблюдение оптимальных условий их применения. Это обусловлено тем, что электрическая энергия измеряется с суммарной погрешностью, полученной из погрешностей этих компонентов. Ими, в первую очередь, являются счетчики электроэнергии, трансформаторы тока и напряжения. И на фоне повышения требований к системам измерения электроэнергии возникает задача повышения точности данных компонентов.

При расчете суммарной погрешности учитываются:

• погрешность трансформаторов тока;
• погрешность трансформаторов напряжения;
• погрешность счетчика электрической энергии;
• погрешность схемы включения трансформаторов тока и напряжения к счетчику электрической энергии;
• погрешность от падения напряжения в цепи присоединения трансформатора напряжения к счетчику электрической энергии
• погрешности от влияния внешних условий применения.

Повышение точности только электросчетчиков не гарантирует желаемого эффекта. Влияние погрешностей измерительных трансформаторов, входящих в состав узла учета, также может является основной причиной недоучета.

Увеличение погрешности возникают в следующих случаях:

• при несоответствии нагрузки вторичных цепей трансформаторов тока и напряжения номинальным значениям;
• при снижении тока трансформатора до значений менее 5 %;
• при потерях напряжения в линиях соединения трансформаторов напряжения к счетчикам (не должны превышать 0,25 %);
• несоблюдение требований по условиям эксплуатации;
• влияние высокочастотных электромагнитных полей;
• несоответствие значения коэффициента мощности вторичной нагрузки номинальным значениям;
• неравномерность нагрузки трансформаторов по фазам.

Из данного перечня основным является рост нагрузок измерительных трансформаторов, например, за счет дополнительного подключения к ним новых устройств релейной защиты и автоматики, которые делают нагрузку вторичных цепей нелинейной. В следствии чего, синусоидальность кривых тока и напряжения во вторичной цепи становится искаженной. К тому же из-за генерации потоков энергии высших гармоник нелинейными нагрузками увеличивается кажущаяся полная мощность, по величине которой осуществляется оценка погрешностей трансформаторов. В результате исследования влияния искажений синусоидальности кривых тока и напряжения на погрешности измерительных трансформаторов было установлено, что искажения формы входного сигнала влияют на коэффициент взаимоиндукции между обмотками и на величину ЭДС вторичной цепи трансформатора напряжения и тока во вторичной цепи трансформатора тока. При этом, наибольшее влияние на погрешности оказывает третья гармоника, а с ростом порядкового номера гармоник их влияние снижается.

Также существенное влияние на метрологические характеристики трансформаторов тока, и соответственно на точность учета электроэнергии, оказывает кратность первичного тока. Фактическая нагрузка трансформаторов часто может быть значительно ниже его номинального тока по причине того, что сети были построены с учетом перспективы развития, которое так и не произошло. И оказывается так, что трансформаторы работают при недогрузке по первичному току, когда значения оказываются менее, чем 5 %. Причиной также может быть выбор завышенного коэффициента трансформации из проектной мощности электроустановки, либо исходя из требований стойкости к воздействию токам короткого замыкания. Снижение первичных токов в трансформаторе до значений, не соответствующих номинальным, ведет к существенному увеличению погрешностей. В результате чего увеличивается недоучет отпущенной электроэнергии. В таких случаях наиболее эффективным методом повышения точности измерений является замена трансформаторов тока класса точности 0,5 и менее точных на трансформаторы классов точности 0,5S и 0,2S.

Для снижения погрешностей трансформаторов чаще всего применяется технологический и структурный методы. Технологический способ состоит в тщательном анализе метрологических характеристик при выборе трансформатора, оптимизации нагрузок вторичных цепей и обеспечении работы в наиболее подходящем по точности диапазоне измерений.

Структурный путь основан на методах компенсации погрешностей путем введения поправок в результаты измерений. Этот путь требует проведения предварительных измерений и анализ погрешностей трансформаторов. Данный способ, по сравнению с первым, считается более эффективным.

Метрологические характеристики трансформаторов напряжения оказывают прямое влияние и на измерения параметров качества электроэнергии. Связано это с тем, что замеры проводятся во вторичных цепях измерительных трансформаторы напряжения из-за невозможности непосредственного подключения приборов контроля параметров качества электроэнергии к высоковольтным электрическим сетям.

Список литературы:

1. ГОСТ 7746-2015 Трансформаторы тока. Общие технические условия
2. Гузий В.В. Метод и средства повышения точности измерений электрической энергии, реализуемых с помощью измерительных систем: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.11.15. Москва, 2012.
3. Комкова Е.В. Повышение точности учета электрической энергии в электроэнергетических системах: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.02. Москва, 2002.
4. Голунов Ю.В. Проблемы учета электроэнергии и измерений показателей качества электроэнергии в ОАО «Тюменьэнерго»/ Метрология электрических измерений в электроэнергетике.: Доклады науч.-техн. семинаров и конф. 1998-2001 гг.-М.: Изд-во НЦ ЭНАС-2001.
5. Раскулов Р.Ф. Влияние вторичной нагрузки на погрешности трансформаторов тока// Электрические станции.- 2003 .-№7.
6. Раскулов Р.Ф. Анализ условий работы измерительных трансформаторов и исследование влияний воздействующих факторов на точностные характеристики трансформаторов в энергосистемах: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.15.-м.: ВНИИЭ, 2004.
7. Раскулов Р. Ф. Трансформаторы напряжения 3–35 кВ Факторы, влияющие на погрешности [Текст] / Р. Ф. Раскулов // Новости ЭлектроТехники. – 2011. – №1
8. Савина Н. В. Влияние качества электроэнергии на погрешность измерительных трансформаторов тока и напряжения [Текст] / Н. В. Савина, М. А. Сухомесов // Электричество. – 2008.
9. Миронюк Н. Е. [и др.] Влияние искажений синусоидальной формы кривых тока и напряжения на погрешности измерительных трансформаторов [Текст] // Электричество. – 2005.