Сегодня электроэнергия является неотъемлемой частью жизни, а для ее эффективного распределения и контроля необходимо иметь точные данные о параметрах в электросетях. Измерение таких величин, как ток и напряжение, играет ключевую роль в обеспечении безопасности, надежности и экономичности энергосистем.

Одним из ключевых инструментов для точного измерения токов в сетях высокого напряжения являются трансформаторы. Они преобразуют первичный ток большой величины в безопасный и более доступный для измерения вторичный ток.

Точность измерений, осуществляемых с помощью трансформаторов тока, напрямую зависит от их класса точности. Класс точности определяется допустимой погрешностью измерения, выраженной в процентах. Чем ниже класс точности, тем выше точность измерения.

Классы точности по ПУЭ и ГОСТ

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ 7746-2001, выбор класса точности ТТ должен соответствовать требуемой точности измерения в конкретной схеме.

  • ПУЭ регламентирует общие требования к выбору класса точности ТТ,

  • ГОСТ 7746-2001 устанавливает технические требования к ТТ,

  • ГОСТ 19151-93 нормирует допустимые погрешности ТТ.

Погрешности измерительных трансформаторов.png

Рис. 1. Трансформатор, класс точности 0,5

Стандартные классы точности:

  • 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1 - используются для высокоточных измерений в системах учета электроэнергии, релейной защиты и автоматики.

  • 3; 5 - применяются для менее точных измерений, например, в схемах сигнализации и контроля.

  • 10 - используется для особых случаев, например, для измерения токов КЗ (короткого замыкания).

На сегодня большая часть систем контроля электросетей автоматизирована. Для корректного функционирования данных сетей крайне важен постоянный контроль. В том числе необходимо иметь точные данные измерительных приборов и приборов контроля. Проблемы вызывают источники «помех», потерь энергии: создание магнитного потока, нагрев проводов, обмоток, иных элементов устройства – все это может создавать погрешности.

Трансформатор тока является первым элементом систем контроля и измерения электроэнергии. В связи с этим точность любых измерительных приборов, подключенных через него, не будет иметь особого смысла без его корректной работы для получения точных данных. Эта характеристика именуется «классом точности» и имеет особую значимость для устройства.

Современные трансформаторы, обладающие определенным и обозначенным классом точности, должны по своим характеристикам соответствовать ГОСТ 7746-2001 – стандарту Российской Федерации и СНГ. Данный документ также совпадает по своим критериям различных классов с международными стандартами, указанными в МЭК 44-1:1996. Классы точности в нашей стране, таким образом, во многом совпадают с международными (по крайней мере с теми, что используют метрическую систему измерений).

Класс точности конструкции задается сочетанием двух погрешностей измерений – угловой и токовой. Погрешности устройства возникают и задаются как следствие особенностей конструкции. Параметрами, влияющими на возникающие погрешности, являются:

  • форма и размеры магнитопровода;

  • материал изготовления магнитопровода;

  • сечение провода и число витков обмотки;

Помимо учета данных параметров при изготовлении трансформатора перед конструкторами стоит задача максимизировать точность измерений при диапазоне первичных токов от 1% до 5%. Именно в данном ранжире токов наблюдается наибольшая погрешность обмотки (данная особенность связана с физическими свойствами магнитных материалов). Т.к. параметр рассчитан для всего спектра токов, данная область – самая сложная при проектировке и сборке.

Классы точности измерительных трансформаторов 

Современное положение измерительных трансформаторов возникло после ужесточения требований к проводимому расчёту электроэнергии, а также после внедрения новых технологий изготовления магнитопроводов. Дополнительные изменения повлек курс на автоматизацию и разделение цепей учета и измерения.

В рамках современных конструкций классы точности измерительных трансформаторов, в большинстве своем, не делают ниже «0,5» - особенно, если основная работа трансформатора ведется в рамках низких значений тока по сравнению с номинальным. Трансформаторы старого образца, не обновлённые по новым конструкционным запросам, теперь редко отвечают даже классу точности «1».

Такие трансформаторы теперь часто заменяют на отвечающие классу точности 0,5S (как и меньшие значения параметра). Основное нововведение – замена электротехнической стали на аморфные сплавы в составе обмоток. Трансформаторы данного типа, в отличие от более старых аналогов, нормируются и от 1% до 5% номинального тока (именно на этом участке происходит наибольший недоучет электроэнергии), что позволяет сократить недоучет в несколько раз.

В зависимости от соотношения измеряемого тока и номинального используются различные классы точности устройства. При выборе класса следует учитывать, что точность измерений, ввиду технических особенностей трансформатора, значительно ниже при малых значениях тока. Основные классы точности, использующиеся для учета и измерений, варьируются от 0.1 до 10. Более современные аналоги существуют для классов 0.2 и 0.5 – с маркировкой «S». Согласно ГОСТ, числовое значение параметра соответствует погрешности по току. Каждому классу также отвечает погрешность по углу – для класса 0.5, например, погрешность по углу составляет 40 градусов.

Для защиты используются иные классы точности – 5Р и 10Р, а также их вариации. Классы 5Р и 10Р используются для защиты наиболее часто. К ним не предъявляются требования по точности в переходных режимах, а также требования по ограничениям остаточной намагниченности. В таких устройствах намагниченность может достигать значений в 80% и более от индукции насыщения. Более редкие классы точности для защиты (например, 5PR, 10PR) имеют дополнительные требования – к остаточной намагниченности, к точности передачи мгновенного значения тока и др., в зависимости от специфики применения.

Перечень классов точности

Более подробно характеристики, соответствующие различным классам рассмотрены в ГОСТ и других документах. Так, таблица классов по ГОСТ приведена ниже:

Каждому классу точности в расчетах конструкции соответствует свой первичный ток. Так, для трансформатора точности 0.1 ток будет составлять (в процентах от номинального значения) 5, 20 или 100-120 %%. Также, каждому значению тока соответствует предел допустимой погрешности (т.е. предельная погрешность). Указаны отдельно токовая погрешность (в процентах), угловая погрешность (средняя и минимальная). Для класса точности 0.1 токовая погрешность варьируется от 0.1 до 0.4 % отклонения от среднего значения, угловая – минимальное отклонение составляет от 5 до 15, среднее – от 0.15 до 0.45. Предел вторичной нагрузки для классов точности от 0.1 до 1 составляет 25-100% номинального значения и 50-100% для классов точности 3, 5 и 10.

Ниже приведена аналогичная таблица для трансформаторов тока для защиты.

Заключение

Класс точности трансформатора – одна из его основных характеристик. Потому что любые системы измерения и контроля параметров сети имеют первым звеном, как правило, трансформатор, любые подключенные измерительные устройства не могут реализовать высокую точность измерений без соответствующей точности трансформатора. Стоит отметить, что, хотя более точный трансформатор всегда лучше менее точного, разница в цене может сделать такую замену нецелесообразной.

Данный параметр может иметь различные значения, указанные в международных стандартах стран СНГ и ГОСТ 7746-2001, а также ПУЭ. Допустимые значения классов точности для трансформатора отличаются для учета и измерении, а также для защиты. Подавляющее большинство трансформаторов для измерения изготавливается со значением класса точности до 0.5. Более современным вариантом таких устройств являются конструкции с пометкой «s», означающей, что нормирование трансформаторов производится и в промежутке от 1% до 5% номинального тока, что опускалось в более старых конструкциях.

Класс точности трансформатора задается предельной погрешностью. При соответствующем первичном токе составляется набор допустимых для класса параметров. Список допустимых классов точности для современных трансформаторов указан в ГОСТ 7746-2001 и отличается для измерения и для защиты.