Обеспечение требуемой точности измерений электрической энергии

Чтобы обеспечить требуемую точность измерений электрической энергии необходимо выполнять требования ПУЭ [ 11], типовой инструкции по учету электроэнергии [ 7], методики выполнения измерений электроэнергии [ 6], правил и норм применения средств учета [ 1 - 5, 8, 12, 13] и др.

Согласно ПУЭ, допускаемые классы точности счетчиков, измерительных трансформаторов, а также допустимые уровни потерь напряжения в линиях связи счетчика с ТН при учете электрической энергии должны соответствовать приведенным в табл. 3.

Таблица 3

Допускаемые классы точности счетчиков и измерительных трансформаторов, а также допустимые потери напряжения в линиях связи счетчика с ТН при учете электроэнергии

Объекты учета	Расчетный учет	Технический учет
Класс точности для	δ U, % от U ном	Класс точности для	δ U, % от U ном
СА	ТТ	ТН	СА	ТТ	ТН
Генераторы мощностью более 50 МВт, межсистемные	0,5	0,5	0,5	0,25				1,5
ЛЭП 220 кВ и выше, трансформаторы мощностью 63 MB · А и более
Генераторы мощностью 15-20 МВт, межсистемные ЛЭП110-150 кВ, трансформаторы мощностью 10-40 МВА		0,5	0,5	0,25				1,5
Прочие		0,5	0,5(1,0)	0,25(0,5)				1,5

Примечание. СА - счетчик активной электроэнергии; ТТ - измерительный трансформатор тока; ТН - измерительный трансформатор напряжения; δ _U - относительные потери напряжения в процентах от номинального значения.

При питании расчетных счетчиков от ТН класса точности 0,5 потеря напряжения в проводах и кабелях не должна превышать 0,25 % U_ном; при питании от ТН класса точности 1 - не более 0,5 % U_ном.

В практической эксплуатации измерительного комплекса (счетчик, ТН, ТТ и линии связи между ними) заданные классы точности и уровни потерь напряжения не всегда удается выдержать.

Основные составляющие погрешности измерительного комплекса приведены на рис. 30.

Рис. 30. Основные составляющие погрешности измерительного комплекса:

δ _U - погрешность напряжения ТН, %; θ _U - угловая погрешность ТН, мин; δ _I - токовая погрешность ТТ, %; θ _I - угловая погрешность ТТ, мин; δ_л - погрешность из-за потери (падения) напряжения в линии связи, % U _ном; δ_с - погрешность счетчика, %; δ_о.п. - погрешность отсчета показаний счетчика; δ_{с i} - дополнительная погрешность счетчика, вызванная влиянием i -й внешней величины; l - число внешних влияющих величин

Предел допускаемой относительной погрешности измерительного комплекса рассчитывают по формуле [ 6]

Влияние дистабилизирующих факторов на погрешность измерений электроэнергии рассмотрено в [ 19].

На рис. 31 приведены экспериментальные зависимости токовой погрешности δ _I разделительных (промежуточных) ТТ типа ТК-20 (класс точности 0,5, коэффициент трансформации 5/5, мощность S = 5 В·А), включенных совместно со счетчиком типа ЦЭ6805 (100 В, 5 А, класс точности 0,5). Эти погрешности определены на установке для поверки счетчиков типа МК6801 (класс точности 0,05 при разных значениях коэффициента мощности и нагрузки вторичных цепей ТТ). В качестве нагрузки использованы токовые цепи индукционных счетчиков типа СА3У-И681.

Рис. 31. Токовая погрешность ТТ типа ТК20 при различных значениях и характере нагрузки вторичной цепи

Как известно, на некоторых подстанциях напряжением 110 кВ токовые цепи счетчиков включены через промежуточные ТТ типа ТК-20. Увеличение нагрузки (полного сопротивления) Z_н во вторичной цепи этих трансформаторов приводит к большим отрицательным погрешностям измерений электроэнергии и, как следствие, к небалансу на линиях связи (рис. 31).

При первичном токе, составляющем 10% номинального, предельное значение токовой погрешности δ _I; для ТТ класса точности 0,5 не должно превышать ±1%, а угловой погрешности - ±60' (см. приложение 4).

Номинальная вторичная нагрузка (мощность S_ном, В·А, или сопротивление Z_ном, Ом) определяется по выражениям:

для находящихся в эксплуатации на подстанциях типовых ТТ с номинальным вторичным током I _{2 ном} = 5А находится в пределах S_ном = 2,5 + 100 В·А или Z_ном = 0,1 ¸ 4 Ом.

Зависимость погрешности напряжения ТН δ _U от мощности вторичной нагрузки трансформатора Р ₂ приведена на рис. 32 [ 18].

Погрешности ТН не должны выходить за пределы допустимых для данного класса точности при условии, что нагрузка составляет 25 - 100 % номинальной при cos φ = 0,8 (инд). Если нагрузка превышает номинальную мощность или меньше ее, то класс точности ТН становится более грубым (см. приложение 2).

Погрешность из-за потери напряжения в линии соединения счетчика с ТН δ_л характеризуется разностью абсолютных значений напряжений на зажимах вторичной обмотки ТН и на колодке зажимов счетчика (выражается в процентах). Эта погрешность имеет отрицательный знак. Потери напряжения зависят от сечения и длины проводов (кабелей), а также от мощности нагрузки ТН.

Погрешность счетчика δ_с зависит от значения тока и cos φ, а также от формы кривой тока нагрузки, несимметрии напряжений, обратной последовательности фаз напряжений, температуры и других факторов [ 1 - 3].

Рис. 32. Погрешность напряжения ТН в зависимости от мощности вторичной нагрузки

Зависимости погрешности счетчиков δ _с от тока и cosφ (нагрузочные характеристики) показаны на рис. 10, 11 и 33.

На рис. 33 изображены программируемые нагрузочные характеристики счетчика типа A2 R (100 В, 5 А, класс точности 0,5, СП «АББ ВЭИ Метроника»). Эти характеристики получены при определении погрешностей счетчика δ_с на установке типа МК6801 при cos φ = 0,5, cos φ = 1 и токах нагрузки от 25 мА до 5 А:

Рис. 33. Программируемые нагрузочные характеристики счетчика A2 R (100 В, 5 А, класс точности 0,5)

I, А......................................	0,025	0,05	0,1	0,5
P, Вт (cos φ = 1).................	4,2	8,7	17,2
δс , % при:
cos φ = 1..............................	-1,6	-0,84	-0,50	-0,20	-0,17	-0,14	-0,13
cos φ = 0,5...........................	-	-	-0,88	-0,21	-0,12	-0,10	-0,08

Допускаемые изменения погрешности δ_с индукционных и электронных счетчиков в зависимости от условий нагрузки, определенные ГОСТ 6570-96 и ГОСТ 30206-94, приведены в табл. 4.

Таблица 4

Допускаемые изменения погрешности δ_с индукционных и электронных счетчиков согласно требованиям ГОСТ 6570-96 и ГОСТ 30206-94

Условные нагрузки	Пределы погрешности, %, для классов точности
0,5	1,0	2,0
Индукционные счетчики по ГОСТ 6570-96
0,05 I ном, cos φ = 1	±1	±1,5	±2,5
0,1 I ном до Imax, cos φ = 1	±0,5	±1,0	±2,0
0,1 I ном при cos φ = 0,5 (инд.)	±1,3	±1,5	±2,5
Электронные счетчики по ГОСТ 30206-94
0,01 I ном до 0,05 I ном, cos φ = 1	±1,0	-	-
0,05 I ном до Imax, cos φ = l	±0,5	-	-
0,02 I ном до 0,1 I ном, cos φ = 0,5	±1,0	-	-

Более подробные сведения о нормируемых стандартами погрешностях ТТ, ТН, индукционных и электронных счетчиках приведены в [ 15].