Проблема суммирования систематических погрешностей измерительных трансформаторов в трехфазных комплексах учета и измерения электрической энергии

Проблема суммирования систематических погрешностей (Δg) трансформаторов тока и напряжения в трехфазных комплексах учета и измерения электрической энергии (ЭЭ) возникла в Энергетике не сегодня, но имеет по сей день огромное значение, поскольку точность методов суммирования оказывает очень большое влияние как на величину метрологических, так и полных потерь электрической энергии в энергообъединениях и энергосистемах.

В комплексах трехфазного учета электроэнергии весьма часто трехфазные счетчики электроэнергии включены через измерительные трансформаторы (ИТ) тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН), имеющие собственные погрешности как по амплитуде, так и по фазе, влияние которых на результативность работы комплексов учета электроэнергии было рассмотрено в литературе [1, 2] в сороковых и в пятидесятых годах прошлого столетия и до сих пор выведенная тогда формула суммирования систематических погрешностей измерительных трансформаторов тока и напряжения в трехфазных комплексах учета электроэнергии остается без изменения и находит применения на практике.

Согласно этой формуле, приведенной в [3], «в случае, если систематические погрешности двух (или трех) трансформаторов тока можно считать одинаковыми и двух (или трех) трансформаторов напряжения тоже одинаковыми и, кроме того, если имеет место симметрия трехфазной цепи, то общая систематическая погрешность, вносимая измерительными трансформаторами в погрешность трехфазного комплекса учета электроэнергии, может быть определена по формуле:

δ C(3φ)=0^0291∙(δττ - δτH) ∙ t+f тт + ſтн ; (1)

где - δττ и ô■ŗн -угловые погрешности (погрешности по фазе) трансформаторов тока и напряжения ( в минутах);

ſТТ и ſТН - амплитудные погрешности измерительных трансформаторов тока и напряжения».

Но эта формула совершенно идентична формуле суммирования систематических погрешностей ТТ и ТН для однофазного комплекса учёта ЭЭ. В таком случае получается, что суммарная систематическая погрешность ИТ для трехфазного комплекса учета ЭЭ равна суммарной систематической погрешности ИТ для однофазного комплекса учета ЭЭ, что противоестественно (с точки зрения законов физики), но широко используется на практике.

Далее в [3] автор пишет: «Погрешности, вносимые измерительными трансформаторами (тока и напряжения) обычно невелики и их можно не учитывать». Однако уже давно считается, что метрологические потери ЭЭ, по крайней мере, соизмеримы с техническими потерями ЭЭ в проводах линий электропередач и посему не учитывать их невозможно.

Действительно такой факт вызывает недоумение, поскольку общеизвестно, что физически точность ИТ (ТТ и ТН) определяется потерями ЭЭ в магнитопроводах и первичных обмотках ИТ от потребления магнитопроводами токов намагничивания, а они в трех фазах трехфазного комплекса учета ЭЭ, естественно, должны быть в три раза больше, чем в однофазном комплексе, т.к. в нем количество ИТ в три раза больше, иначе возникает противоречие с законом сохранения энергии. Сразу же напрашивается аналогия: при расчёте потерь ЭЭ в проводах трёхфазных линий электропередач определяют потери ЭЭ в одном проводе, а затем умножают на три, поскольку линия электропередач трёхфазная, т. е. имеет три провода. При этом ни у кого не возникает никаких сомнений. Поэтому уже много лет формула (1) вызывает у специалистов-практиков определенные сомнения в ее справедливости и стимулирует многократные попытки ее совершенствования. Возникает правомерный вопрос: «В чем причина такого противоречия?» Попытаемся разобраться. Для этого проведем эксперимент с доступным и недорогим оборудованием практическим путем: используем трехфазную установку для поверки и регулировки счетчиков ЭЭ типа У-1134 М, секундомер, несколько индукционных электросчетчиков типа СА4У-И672( трехфазных и трехэлементных), один из которых используем по прямому назначению, т.е. в качестве электросчетчика, а другие - в качестве нагрузки для ТТ, встроенных в У-1134, ( класс точности 0,1) и ТН( класс точности 0,1). Оригинальность этого эксперимента заключается в простоте, наглядности и лёгкой воспроизводимости результатов. Дело в том, что включаемая в ТТ (ТН) нагрузка, вызывает каждый раз определённую погрешность (в ТТ и ТН), которую сразу же улавливает ЭС в виде пропорционального и ступеньчатого увеличения времени определенного числа оборотов диска (ЭС) в зависимости от количества фаз, в ТТ(ТН) которых включена нагрузка. При этом нет надобности измерять каждый раз погрешности ТТ (ТН). Сама же систематическая погрешность ЭС в этом эксперименте принята равной «нулю». Инструментальный эксперимент с загрузкой ТТ У-1134 М комплекса учета ЭЭ проведем в следующей последовательности операций:

  1. Включаем установку У-1134 со счетчиком типа СА4У-И672М с параметрами: (3 х 220) В и (3 х 5) А. После продолжительного прогрева (15 минут) установки У-1134 М измеряем время десяти оборотов диска исследуемого электросчетчика несколько раз: t1= 26секунд.
  2. Затем включаем последовательно в токовую обмотку ТТ фазы «А» три последовательно соединенные токовые обмотки другого электросчетчика того же типа в качестве нагрузки ТТ. Систематические погрешности ТН всех фаз считаем равными «нулю». Измеряем секундомером время десяти оборотов диска исследуемого электросчетчика: ţ2=28секунд.
  3. Затем таким же образом последовательно нагружаем ТТ фаз «В» и «С». Измеряем время десяти оборотов диска того же счетчика: t3= 30секунд, t4=32 секунды.

Таким образом, мы видим четкие ступеньки времени, равные 2-ум секундам при последовательной загрузке ТТ по фазам:

28-26=2с; 30-28=2с; 32-30=2с, что говорит о последовательном увеличении полной систематической погрешности трёхфазного комплекса учёта ЭЭ при последовательной загрузке ТТ по фазам. В данном практическом эксперименте ЭС является сумматором полной (токовой и угловой) систематической погрешности ИТ трехфазного комплекса учета ЭЭ. Определим полные суммарные систематические погрешности ТТ по фазам в разных вариантах их нагрузки:

Проведем подобный же практический эксперимент теперь отдельно с ТН (типа УТН-1 класса 0,1), через которые включены обмотки напряжения (испытуемого ЭС ), нагружая их также по фазам и фиксируя время двадцати оборотов диска того же электросчетчика. Нагрузкой являются обмотки напряжения ЭС, включенные пакетами по 3 обмотки параллельно.

68

69

  1. В формуле (1), вероятно, используется расчёт средневзвешенного суммирования значений полных систематических погрешностей фаз ИТ трёхфазного комплекса учёта ЭЭ. Например:

 

Литература

  1. Селезнев Н.Н. Учет погрешности измерительных трансформаторов при измерении мощности и энергии / Метрология и поверочное дело, 1939, N 4-5 – С. 389.
  2. Минин Г.П. . Учет погрешности измерительных трансформаторов при несимметричной нагрузке фаз/ Измерительная техника, 1940, N 7 – С. 290-295.
  3. Илюкович А.М. Электрические счётчики, Госэнергоиздат, 1963, 192 с.
Год: 2011
Город: Костанай