Трансформатор напряжения (VT) — класс точности и нагрузка при косвенном измерении напряжения, зеркальное отражение трансформатора тока

Руководство о классе точности и нагрузке трансформатора тока при косвенном измерении кВтч рассматривает, как трансформатор тока (CT) преобразует большой первичный ток в измеримый вторичный ток. При косвенном измерении более высоких уровней напряжения — например, на стороне среднего напряжения трансформаторной подстанции — напряжение преобразуется аналогичным образом с помощью трансформатора напряжения (VT, voltage transformer, также называемого PT, potential transformer). Эта статья рассматривает класс точности и нагрузку VT, а также ключевое отличие от CT в вопросе безопасного использования.

Классы точности согласно IEC 61869-3

IEC 61869-3 (трансформаторы напряжения) определяет для целей измерения следующие классы точности:

Класс 0,1 и 0,2: предназначены прежде всего для лабораторных и эталонных применений, с самыми жёсткими пределами погрешности.
Класс 0,5 и 1: классы, используемые в большинстве промышленных и расчётных измерительных применений.
Класс 3: более широкий класс, применяемый преимущественно там, где достаточно грубой индикации.

Каждый класс определяет максимальную погрешность коэффициента трансформации и угловую погрешность, которую VT может иметь при своём номинальном напряжении и номинальной нагрузке.

Нагрузка: два ряда, в зависимости от коэффициента мощности

Как и у трансформатора тока, нагрузка (burden) VT — это нагрузка (выраженная в ВА), подключённая к вторичной обмотке — на практике измерительный прибор плюс кабельная проводка между ними. IEC 61869-3 определяет два стандартных ряда номинальной нагрузки:

Диапазон нагрузки I (cos φ = 1): стандартные значения 1,0 – 2,5 – 5,0 – 10 ВА.
Диапазон нагрузки II (cos φ = 0,8 индуктивный): стандартные значения 10 – 25 – 50 – 100 ВА.

Как и у CT, указанный класс точности VT действует именно при номинальной нагрузке; нагрузка, значительно отличающаяся от значения, для которого охарактеризован VT, может вывести фактическую погрешность измерения за пределы обозначения класса.

Зеркальное отражение CT: никогда не замыкать, а размыкать можно

Важнейшее практическое отличие между VT и CT заключается в противоположном риске повреждения на вторичной стороне:

Трансформатор тока (CT) никогда нельзя эксплуатировать без нагрузки (разомкнутым), пока через него протекает первичный ток: весь первичный проход ведёт себя тогда как намагничивающая обмотка, что даёт опасно высокий пик вторичного напряжения.
Трансформатор напряжения (VT), напротив, никогда нельзя замыкать накоротко на вторичной стороне: VT ведёт себя как источник напряжения с относительно низким внутренним сопротивлением, и короткое замыкание на вторичной стороне вызывает очень большой ток через обмотку, что приводит к перегреву и, возможно, выгоранию VT.

Эти два режима отказа противоположны друг другу, что при одновременной работе с CT и VT в одной измерительной или защитной установке может быть реальным источником путаницы — а значит, и ошибок.

Временное перенапряжение и роль VT при замыкании на землю

При замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью или компенсирующей катушкой (Петерсена) напряжение на неповреждённых фазах может временно повыситься (принципиально сравнимо с руководством о временном перенапряжении вследствие замыкания на землю в сети высокого напряжения, хотя на другом уровне напряжения и в другом контексте). VT, используемый для обнаружения повреждений в такой сети, должен во время этого временного перенапряжения продолжать точно измерять, не насыщаясь — эта способность указывается производителем как номинальный коэффициент напряжения (Vf) трансформатора. Точное значение Vf и связанная с ним допустимая продолжительность зависят от системы заземления сети, в которой применяется VT; определяющими здесь являются полный текст IEC 61869-3 и указания сетевого оператора или производителя.

Практическая значимость

При оценке измерительной или защитной схемы с VT — например, на стороне среднего напряжения трансформаторной подстанции — целесообразно проверить, не создают ли вторичная проводка и подключённый прибор риска непреднамеренного короткого замыкания вторичной цепи VT, а также соответствует ли указанная нагрузка прибора номинальной нагрузке VT. При работе на вторичных цепях VT, как и при противоположном правиле для CT, важно заранее знать, какое действие представляет опасность именно для этого трансформатора.

Частые ошибки

Неверное применение правила CT ("никогда не оставлять разомкнутым") к VT — для VT действует противоположный риск: никогда не замыкать накоротко вторичную сторону.
Отсутствие сравнения нагрузки подключённого прибора с номинальной нагрузкой VT, из-за чего фактическая точность измерения может выйти за пределы указанного класса.
Выбор класса 0,1/0,2 для обычного расчётного или технологического измерения, где вполне достаточно класса 0,5 или 1, что приводит к ненужным дополнительным затратам.
Неучёт номинального коэффициента напряжения (Vf) при применении VT для обнаружения повреждений в сети с изолированной нейтралью или нейтралью, заземлённой через компенсирующую катушку, из-за чего VT может насытиться и начать ненадёжно измерять во время временного перенапряжения.

Связанные материалы

Класс точности и нагрузка трансформатора тока при косвенном измерении кВтч
[Временное перенапряжение вследствие замыкания на землю в сети высокого напряжения (§442)](/guides/nen-1010/442-tijdelijke-overspanning-hoogspanningsaardfout)
Система IT — IMD и обнаружение первого повреждения
Измерение гармоник анализатором сети и K-фактор