Клас точності трансформатора струму та вторинне навантаження при непрямому обліку енергії — чому важливі 0,2S/0,5S і правильне навантаження ВА

Посібник про вимірювання потужності та cosφ трифазними струмовими кліщами розглядає пряме вимірювання струму струмовими кліщами. Для приєднань великих споживачів облік енергії, однак, часто виконується непрямо, через постійно встановлені трансформатори струму (ТС) між установкою та лічильником. Ця стаття розглядає деталь, яку при виборі та підключенні цих трансформаторів часто упускають з уваги: клас точності та вторинне навантаження (burden), і чому невідповідна комбінація обох дає похибку вимірювання, хоча сам ТС справний.

Клас точності: 0,2S і 0,5S за IEC 61869-2

IEC 61869-2 (трансформатори струму) визначає, серед іншого, класи точності 0,2 / 0,5 / 1 для цілей вимірювання, а також спеціальні класи "S": 0,2S і 0,5S:

• Клас 0,2S: максимальна похибка трансформації ±0,2% і кутова похибка ±0,2° за номінального струму та номінального вторинного навантаження, гарантовані починаючи з 1% номінального струму (замість 5% для звичайного класу 0,2).
• Клас 0,5S: максимальна похибка трансформації ±0,5%, також гарантована починаючи з 1% номінального струму.

Різниця зі звичайними класами (без S) полягає, таким чином, не лише в межі похибки, але передусім у діапазоні, у якому ця межа похибки гарантована: ТС класу S зберігає заявлену точність і за слабко навантаженої установки (наприклад, вночі або у великого споживача із сильно змінним споживанням), тоді як ТС звичайного класу може давати більшу похибку нижче 5% номінального струму. Для розрахункового обліку енергії у великих споживачів це важливо, оскільки частина споживання регулярно опиняється значно нижче номінального струму ТС.

Вторинне навантаження: чому замале навантаження теж проблема

Вторинне навантаження (burden) — це імпеданс (виражений у ВА за номінального вторинного струму), підключений до вторинної сторони ТС — на практиці сам лічильник плюс проводка між ними. Заявлений клас точності ТС діє чітко за номінального вторинного навантаження: ТС, наприклад, з номінальним навантаженням 5 ВА охарактеризований і випробуваний саме за цього навантаження.

Поширене хибне уявлення полягає в тому, що навантаження нижче номінального завжди сприятливе, оскільки ТС тоді "менш навантажений". Насправді клас точності діє в діапазоні навантаження між мінімальним значенням (зазвичай 25% від номінального навантаження) та номінальним значенням; навантаження значно нижче цього діапазону — наприклад, сучасний цифровий лічильник з дуже низьким струмовим входом, підключений до ТС, розрахованого на набагато вище навантаження, — може вийти за межі гарантованого діапазону точності даного класу. І навпаки, навантаження, що перевищує номінальне значення (наприклад, через задовгу або задто тонку вторинну проводку), дає більшу похибку, ніж обіцяє позначення класу.

Чому це призводить до похибки вимірювання без несправності ТС

ТС, виготовлений за специфікацією і без жодного дефекту, може, таким чином, все ж вимірювати поза заявленим класом точності, якщо фактично підключене вторинне навантаження не відповідає тому, для чого діє позначення класу. Це не є несправністю самого ТС, а наслідком невідповідної комбінації ТС і вторинного навантаження — відмінність, яку при незрозумілому відхиленні вимірювання часто упускають, оскільки увага спершу спрямовується на сам ТС або лічильник, а не на відповідність вторинного навантаження між ними.

Примітка: точні значення мінімального та максимального вторинного навантаження, допустимий діапазон коефіцієнта потужності навантаження (зазвичай cos φ = 0,8 індуктивний за навантаження ≥ 5 ВА, cos φ = 1 за навантаження < 5 ВА) та точні межі похибки встановлені в IEC 61869-2; для конкретного проєкту діють паспортні дані відповідного ТС та специфікація виробника лічильника.

Практична значущість

При заміні лічильника на наявному приєднанні з ТС — наприклад, при переході на цифровий лічильник з іншим (зазвичай значно нижчим) струмовим входом, ніж у старого електромеханічного лічильника, — доцільно перевірити, чи нове вторинне навантаження ще перебуває в межах діапазону, гарантованого для класу ТС. При новому приєднанні великого споживача вибір між 0,2S і 0,5S частково залежить від очікуваного профілю навантаження: за сильно змінного або переважно низького навантаження 0,2S краще підходить для збереження точності й у діапазоні низьких струмів.

Часті помилки

1. Вважати, що навантаження нижче номінального завжди краще — нижче мінімального навантаження (зазвичай 25% від номінального значення) ТС виходить за межі гарантованого класу точності.
2. Поєднувати старий ТС із новим цифровим лічильником без перевірки відповідності вторинного навантаження — навантаження, що сильно відхиляється від номінального значення ТС, дає похибку вимірювання, не пов'язану із самим лічильником.
3. Використовувати клас 0,5 (без S) за сильно змінного профілю навантаження з багатьма годинами низького споживання — без гарантії S до 1% номінального струму похибка за низького споживання може бути більшою за очікувану.
4. Подовжувати вторинну проводку між ТС і лічильником без перерахунку доданого навантаження — додаткова довжина кабелю додає імпеданс до вторинного навантаження і може перевищити номінальне значення ТС.

Пов'язані матеріали

• Вимірювання потужності та cosφ трифазними струмовими кліщами
• Порт P1, телеграма DSMR і розумний лічильник
• Струмові кліщі AC/DC, ефект Холла та похибки вимірювання
• Вимірювання гармонік аналізатором мережі та коефіцієнт K