Класс точности трансформатора тока и вторичная нагрузка при косвенном учёте энергии — почему важны 0,2S/0,5S и правильная нагрузка ВА

Руководство об измерении мощности и cosφ трёхфазными токовыми клещами рассматривает прямое измерение тока токовыми клещами. При присоединениях крупных потребителей учёт энергии часто выполняется косвенно, через постоянно установленные трансформаторы тока (ТТ) между установкой и счётчиком. Эта статья рассматривает деталь, которая при выборе и подключении этих трансформаторов часто упускается из виду: класс точности и вторичную нагрузку (burden), и почему несоответствующая комбинация того и другого даёт погрешность измерения, хотя сам ТТ исправен.

Класс точности: 0,2S и 0,5S по IEC 61869-2

IEC 61869-2 (трансформаторы тока) определяет, среди прочего, классы точности 0,2 / 0,5 / 1 для целей измерения, а также специальные классы "S": 0,2S и 0,5S:

• Класс 0,2S: максимальная погрешность трансформации ±0,2% и угловая погрешность ±0,2° при номинальном токе и номинальной вторичной нагрузке, гарантированные начиная с 1% номинального тока (вместо 5% для обычного класса 0,2).
• Класс 0,5S: максимальная погрешность трансформации ±0,5%, также гарантированная начиная с 1% номинального тока.

Разница с обычными классами (без S) заключается, таким образом, не только в пределе погрешности, но прежде всего в диапазоне, в котором этот предел погрешности гарантирован: ТТ класса S сохраняет заявленную точность и при слабо нагруженной установке (например, ночью или у крупного потребителя с сильно переменным потреблением), тогда как ТТ обычного класса может давать бОльшую погрешность ниже 5% номинального тока. При расчётном учёте энергии у крупных потребителей это важно, поскольку часть потребления регулярно оказывается значительно ниже номинального тока ТТ.

Вторичная нагрузка: почему слишком малая нагрузка тоже проблема

Вторичная нагрузка (burden) — это импеданс (выражаемый в ВА при номинальном вторичном токе), подключённый к вторичной стороне ТТ — на практике сам счётчик плюс проводка между ними. Заявленный класс точности ТТ действует явно при номинальной вторичной нагрузке: ТТ с, например, номинальной нагрузкой 5 ВА охарактеризован и испытан именно при этой нагрузке.

Распространённое заблуждение состоит в том, что нагрузка ниже номинальной всегда благоприятна, поскольку ТТ тогда "менее нагружен". В действительности класс точности действует в диапазоне нагрузки между минимальным значением (как правило, 25% от номинальной нагрузки) и номинальным значением; нагрузка значительно ниже этого диапазона — например, современный цифровой счётчик с очень низким токовым входом, подключённый к ТТ, рассчитанному на гораздо более высокую нагрузку, — может выйти за пределы гарантированного диапазона точности данного класса. И наоборот, нагрузка, превышающая номинальное значение (например, из-за слишком длинной или слишком тонкой вторичной проводки), даёт бОльшую погрешность, чем обещает обозначение класса.

Почему это приводит к погрешности измерения без неисправности ТТ

ТТ, изготовленный по спецификации и не имеющий никакого дефекта, может, таким образом, всё же измерять вне заявленного класса точности, если фактически подключённая вторичная нагрузка не соответствует тому, для чего действует обозначение класса. Это не является неисправностью самого ТТ, а следствием несоответствующей комбинации ТТ и вторичной нагрузки — различие, которое при необъяснимом отклонении измерения часто упускается, поскольку внимание сначала направляется на сам ТТ или счётчик, а не на соответствие вторичной нагрузки между ними.

Примечание: точные значения минимальной и максимальной вторичной нагрузки, допустимый диапазон коэффициента мощности нагрузки (как правило, cos φ = 0,8 индуктивный при нагрузке ≥ 5 ВА, cos φ = 1 при нагрузке < 5 ВА) и точные пределы погрешности установлены в IEC 61869-2; для конкретного проекта действуют паспортные данные соответствующего ТТ и спецификация производителя счётчика.

Практическая значимость

При замене счётчика на существующем присоединении с ТТ — например, при переходе на цифровой счётчик с другим (как правило, значительно более низким) токовым входом, чем у старого электромеханического счётчика, — целесообразно проверить, находится ли новая вторичная нагрузка ещё в пределах диапазона, гарантированного для класса ТТ. При новом присоединении крупного потребителя выбор между 0,2S и 0,5S частично зависит от ожидаемого профиля нагрузки: при сильно переменной или преимущественно низкой нагрузке 0,2S лучше подходит для сохранения точности и в диапазоне низких токов.

Частые ошибки

1. Полагать, что нагрузка ниже номинальной всегда лучше — ниже минимальной нагрузки (как правило, 25% от номинального значения) ТТ выходит за пределы гарантированного класса точности.
2. Сочетать старый ТТ с новым цифровым счётчиком без проверки соответствия вторичной нагрузки — нагрузка, сильно отклоняющаяся от номинального значения ТТ, даёт погрешность измерения, не связанную с самим счётчиком.
3. Использовать класс 0,5 (без S) при сильно переменном профиле нагрузки со многими часами низкого потребления — без гарантии S до 1% номинального тока погрешность при низком потреблении может быть больше ожидаемой.
4. Удлинять вторичную проводку между ТТ и счётчиком без пересчёта добавленной нагрузки — дополнительная длина кабеля добавляет импеданс к вторичной нагрузке и может превысить номинальное значение ТТ.

Связанные материалы

• Измерение мощности и cosφ трёхфазными токовыми клещами
• Порт P1, телеграмма DSMR и умный счётчик
• Токовые клещи AC/DC, эффект Холла и погрешности измерения
• Измерение гармоник анализатором сети и коэффициент K