Klasa dokładności przekładnika prądowego i obciążenie wtórne przy pomiarze pośrednim energii — dlaczego 0,2S/0,5S i właściwe obciążenie VA mają znaczenie

Poradnik o pomiarze mocy i cosφ za pomocą trójfazowego miernika cęgowego opisuje bezpośredni pomiar prądu miernikiem cęgowym. Przy przyłączach dla dużych odbiorców pomiar energii jest jednak często wykonywany pośrednio, poprzez trwale zainstalowane przekładniki prądowe (CT) między instalacją a licznikiem. Ten poradnik opisuje szczegół, który przy doborze i podłączaniu tych przekładników jest często pomijany: klasę dokładności i obciążenie wtórne (burden), oraz dlaczego niedopasowana kombinacja obu powoduje błąd pomiaru, mimo że sam przekładnik nie jest uszkodzony.

Klasa dokładności: 0,2S i 0,5S wg IEC 61869-2

IEC 61869-2 (przekładniki prądowe) definiuje m.in. klasy dokładności 0,2 / 0,5 / 1 dla celów pomiarowych, a także specjalne klasy "S": 0,2S i 0,5S:

• Klasa 0,2S: maksymalny błąd przekładni ±0,2% i przesunięcie fazowe ±0,2° przy prądzie znamionowym i znamionowym obciążeniu wtórnym, gwarantowane od 1% prądu znamionowego (zamiast 5% dla zwykłej klasy 0,2).
• Klasa 0,5S: maksymalny błąd przekładni ±0,5%, również gwarantowany od 1% prądu znamionowego.

Różnica względem zwykłych klas (bez S) polega więc nie tylko na granicy błędu, lecz przede wszystkim na zakresie, w którym ta granica błędu jest gwarantowana: przekładnik klasy S zachowuje deklarowaną dokładność również przy lekko obciążonej instalacji (np. w nocy lub przy dużym odbiorcy o silnie zmiennym poborze), podczas gdy przekładnik zwykłej klasy może dawać większy błąd poniżej 5% prądu znamionowego. Przy rozliczeniowym pomiarze energii u dużych odbiorców ma to znaczenie, ponieważ część zużycia regularnie mieści się znacznie poniżej prądu znamionowego przekładnika.

Obciążenie wtórne: dlaczego zbyt małe obciążenie też jest problemem

Obciążenie wtórne (burden) to impedancja (wyrażana w VA przy znamionowym prądzie wtórnym) podłączona do strony wtórnej przekładnika — w praktyce sam licznik wraz z okablowaniem między nimi. Deklarowana klasa dokładności przekładnika obowiązuje wyraźnie przy znamionowym obciążeniu wtórnym: przekładnik o np. znamionowym obciążeniu 5 VA jest scharakteryzowany i testowany właśnie przy tym obciążeniu.

Częstym błędnym przekonaniem jest to, że niższe niż znamionowe obciążenie wtórne jest zawsze korzystne, bo przekładnik jest wtedy "mniej obciążony". W rzeczywistości klasa dokładności obowiązuje w zakresie obciążenia między wartością minimalną (zazwyczaj 25% obciążenia znamionowego) a wartością znamionową; obciążenie znacznie poniżej tego zakresu — np. nowoczesny licznik cyfrowy o bardzo niskim wejściu prądowym podłączony do przekładnika zaprojektowanego dla znacznie wyższego obciążenia — może wypaść poza gwarantowany zakres dokładności danej klasy. Odwrotnie, obciążenie przekraczające wartość znamionową (np. przez zbyt długie lub zbyt cienkie okablowanie wtórne) daje błąd większy niż obiecuje oznaczenie klasy.

Dlaczego prowadzi to do błędu pomiaru bez uszkodzenia przekładnika

Przekładnik wyprodukowany zgodnie ze specyfikacją i niewykazujący żadnej wady może więc mimo to mierzyć poza deklarowaną klasą dokładności, gdy rzeczywiście podłączone obciążenie wtórne nie odpowiada temu, dla czego oznaczenie klasy obowiązuje. Nie jest to wada samego przekładnika, lecz skutek niedopasowanej kombinacji przekładnika i obciążenia wtórnego — rozróżnienie, które przy niewyjaśnionym odchyleniu pomiarowym jest często pomijane, ponieważ uwaga kieruje się najpierw na sam przekładnik lub licznik, a nie na dopasowanie obciążenia wtórnego między nimi.

Uwaga: dokładne wartości minimalnego i maksymalnego obciążenia wtórnego, dopuszczalny zakres współczynnika mocy obciążenia (zazwyczaj cos φ = 0,8 indukcyjny dla obciążenia ≥ 5 VA, cos φ = 1 dla obciążenia < 5 VA) oraz dokładne granice błędu są określone w IEC 61869-2; dla konkretnego projektu obowiązują dane tabliczki znamionowej danego przekładnika oraz specyfikacja producenta licznika.

Praktyczne znaczenie

Przy wymianie licznika na istniejącym przyłączu z przekładnikami — np. przy przejściu na licznik cyfrowy o innym (zazwyczaj znacznie niższym) wejściu prądowym niż stary licznik elektromechaniczny — warto sprawdzić, czy nowe obciążenie wtórne nadal mieści się w zakresie gwarantowanym dla klasy przekładnika. Przy nowym przyłączu dla dużego odbiorcy wybór między 0,2S a 0,5S zależy częściowo od spodziewanego profilu obciążenia: przy silnie zmiennym lub przeważnie niskim obciążeniu klasa 0,2S lepiej zachowuje dokładność również w niższym zakresie prądu.

Częste błędy

1. Założenie, że niższe niż znamionowe obciążenie wtórne jest zawsze lepsze — poniżej minimalnego obciążenia (zazwyczaj 25% wartości znamionowej) przekładnik wypada poza gwarantowaną klasę dokładności.
2. Łączenie starego przekładnika z nowym licznikiem cyfrowym bez sprawdzenia dopasowania obciążenia wtórnego — obciążenie mocno odbiegające od wartości znamionowej przekładnika daje błąd pomiaru niezwiązany z samym licznikiem.
3. Stosowanie klasy 0,5 (bez S) przy silnie zmiennym profilu obciążenia z wieloma godzinami niskiego poboru — bez gwarancji S do 1% prądu znamionowego błąd przy niskim zużyciu może być większy niż oczekiwano.
4. Wydłużanie okablowania wtórnego między przekładnikiem a licznikiem bez przeliczenia dodanego obciążenia — dodatkowa długość kabla zwiększa impedancję obciążenia wtórnego i może przekroczyć wartość znamionową przekładnika.

Powiązane

• Pomiar mocy i cosφ trójfazowym miernikiem cęgowym
• Port P1, telegram DSMR i licznik inteligentny
• Miernik cęgowy AC/DC, efekt Halla i błędy pomiaru
• Pomiar harmonicznych analizatorem sieci i współczynnik K