Способ коррекции угловой погрешности трансформатора тока

Предложенное изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в области автоматической коррекции угловой погрешности трансформаторов тока, в частности для электронных счетчиков электрической энергии. Целью данного технического решения является повышение точности измерений счетчиков электрической энергии за счет упрощения расчетов угловой погрешности трансформатора тока и введения автоматической коррекции угловой погрешности трансформатора тока. Способ коррекции угловой погрешности трансформаторов тока заключается в измерении мгновенных значений входных сигналов тока и напряжения и углов φ между ними, а также проводят коррекцию угловой погрешности диагностируемого трансформатора тока. При этом производят калибровку счетчика электроэнергии, содержащего диагностируемый трансформатор тока, путем его подключения к установке для поверки счетчиков при коэффициенте мощности, равном cos(φ)=1, затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(φ)=0,5L, и определяют относительную погрешность счетчика δ1, затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(φ)=0,5С, и определяют относительную погрешность счетчика δ2, после чего рассчитывают относительную погрешность счетчика, вызванную угловой погрешностью трансформатора тока δ, на основании указанного значения относительной погрешности счетчика δ рассчитывают значение синуса угловой погрешности трансформатора тока - sin(Δφ), а поправочный коэффициент рассчитывают на основании указанного значения sin(Δφ). 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в области автоматической коррекции угловой погрешности трансформаторов тока, в частности для электронных счетчиков электрической энергии.

В настоящее время проблема, связанная с достоверностью учета электроэнергии, носит экономический характер и, поэтому ее решение важно не только потребителям, но и производителям средств учета электрической энергии и ее поставщикам. Известно, что особенно сильно характеристики трансформаторов тока и напряжения, применяемых в счетчиках электрической энергии, зависят от параметров нагрузки и, как показывает практика их эксплуатации, в большинстве случаев эти нагрузки или находятся в предельной области применения, или превышают максимально допустимые значения. В связи с этим необходимо проводить корректировку погрешностей измерений не только счетчиков электрической энергии, но и угловые погрешности трансформаторов тока и напряжения, а также коэффициента мощности нагрузки при измерении активной энергии.

Известны аналогичные способы определения угловых погрешностей трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и коэффициента мощности нагрузки при измерении активной энергии и их влияние на составляющую погрешность измерения электрической энергии, см. доклад Комковой Е.В. «Зависимости составляющей погрешности измерений электроэнергии от угловых погрешностей трансформаторов тока, напряжения и коэффициента мощности нагрузки», опубликованный в материалах 4-го научно-технического семинара. «Метрологическое обеспечение электрических измерений в электроэнергетике», М., 2000 г., раздел 4, стр.1-8.

В аналогичном способе погрешность трансформаторной схемы подключения счетчика δ_θ является одной из составляющих погрешности измерений электроэнергии. При уменьшении коэффициента мощности контролируемого присоединения, влияние погрешности δ_θ на погрешность измерения электроэнергии иногда становится преобладающим. Угловые погрешности трансформаторов тока и напряжения, систематические по своей природе, вводят в виде поправок, что способствует значительному снижению погрешности трансформаторной схемы подключения счетчика.

Известны также измерительные трансформаторы тока с возможностью коррекции нелинейности при передаче, в которых, в зависимости от регулировки трансформатора тока, устанавливаются заданные начальные значения, патент ГДР №236416, МПК 4 H01F 40/14, оп. 04.06.1986, патент РФ №2174689, МПК 7 G01R 19/00, H01F 38/32, пр.22.12.2000.

Недостатки аналогов. В известных аналогах для сравнения результатов измерений с установленными значениями необходимы образцовые средства, в частности для измерения угловой погрешности трансформаторов необходим образцовый трансформатор напряжения. В аналогах измеряют погрешности, но при этом отсутствует сам метод или устройство для использования их в практике коррекции. Следовательно аналогичные технические решения не могут обеспечивать достаточной точности измерений.

Из известных аналогов ближайшим - прототипом - является доклад Комковой Е.В. «Зависимости составляющей погрешности измерений электроэнергии от угловых погрешностей трансформаторов тока, напряжения и коэффициента мощности нагрузки». В прототипе погрешность трансформаторной схемы подключения счетчика, состоящая из угловых погрешностей трансформатора тока (ТТ), трансформатора напряжения (ТН) и коэффициента мощности нагрузки δ_θ в процентах при измерениях активной электроэнергии, представлена в виде выражения:

,

где θ_I - угловая погрешность ТТ, мин;

θ_u - угловая погрешность ТН, мин;

cos ϕ - коэффициент мощности контролируемого присоединения.

Это выражение применяется для расчета погрешности δ_θ в случаях, если знаки угловых погрешностей θ_I и θ_u неизвестны и погрешности могут иметь случайные значения.

Если значения угловых погрешностей и их знак известны, то применяют выражение: δ_θ=0,0291(θ_I-θ_u)tgϕ, %

Угловые погрешности ТТ и ТН зависят от нескольких влияющих факторов: тока, частоты, вторичной нагрузки, коэффициента мощности вторичной нагрузки и других факторов. Зная эти зависимости, можно учитывать погрешности ТТ и ТН в виде поправок, тем самым повышая точности измерений электроэнергии. Например, для получения поправок необходимо сравнивать пределы допускаемых угловых погрешностей образцового ТН в зависимости от класса точности поверяемого ТН.

Таким образом, в способе измерения угловых погрешностей трансформаторов и учета их в виде поправок, требуется дорогостоящее образцовое оборудование, что приводит к удорожанию способа и увеличивает трудоемкость сбора данных для расчета угловых погрешностей трансформаторов и, к тому же, не обеспечивает достаточной точности измерения электроэнергии.

Целью заявляемого технического решения является повышение точности измерений счетчиков электрической энергии за счет упрощения расчетов угловой погрешности трансформаторов тока и введения способа автоматической коррекции угловой погрешности трансформаторов тока.

Заявляемый способ коррекции угловой погрешности трансформаторов тока, используемых в счетчиках электроэнергии, заключается в измерении мгновенных значений входных сигналов тока и напряжения и углов ϕ между ними с последующим вычислением измеренного значения активной мощности, а коррекцию угловой погрешности диагностируемого трансформатора тока осуществляют путем деления измеренного значения активной мощности на поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью данного трансформатора тока.

При этом калибровку счетчика электроэнергии, содержащего диагностируемый трансформатор тока, производят путем его подключения к установке для поверки счетчиков при коэффициенте мощности, равном cos(ϕ)=1. Затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(ϕ)=0,5L, и определяют относительную погрешность счетчика δ1. Затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(ϕ)=0,5C, и определяют относительную погрешность счетчика δ2. Значение аббревиатуры L означает индуктивность, а С - емкость, см. Справочник авт. С.Т.Усатенко и др. «Выполнение электрических схем по ЕСКД», М., Издательство Стандартов, 1989 г., стр.248. Значение cos(ϕ)=0,5L (индуктивная нагрузка) - это cos 60°, а cos(ϕ)=0,5С (емкостная нагрузка) - это cos (-60°), см. ГОСТ Р 52323-2005 Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования, ч.22 Статические счетчики активной энергии классов точности 0,28 и 0,58, стр.4.

Далее рассчитывают относительную погрешность счетчика, вызванную угловой погрешностью трансформатора тока δ=(δ1-δ2)/2. На основании указанного значения относительной погрешности счетчика δ рассчитывают значение синуса угловой погрешности трансформатора тока - sin(Δϕ)) и записывают его в энергонезависимую память счетчика, а поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью данного трансформатора тока, рассчитывают на основании указанного значения sin(Δϕ).

Поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью измерительного трансформатора тока, Кθ вычисляют из выражения:

Кθ=cos(Δϕ)±tg(ϕ)·sin(Δϕ),

где ϕ - угол между током и напряжением;

Δϕ - угловая погрешность трансформатора тока.

В качестве счетчиков электроэнергии, содержащих диагностируемые трансформаторы тока, используют счетчики, имеющие угловую погрешность 0,1-0,5 градуса, а поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью измерительного трансформатора тока, Кθ вычисляют из выражения:

Кθ=1±tg(ϕ)·sin(Δϕ).

Значение синуса угловой погрешности трансформатора тока - sin(Δϕ) вычисляют из выражения:

sin(Δϕ)=δ/100/tg(ϕ)

где ϕ - угол между током и напряжением;

δ - относительная погрешность счетчика, вызванная угловой погрешностью трансформатора тока.

На чертеже 1 приведена зависимость относительной погрешности измерения активной мощности от угла между током и напряжением при угловой погрешности трансформатора тока, равной 0,2 градуса, где δ(х) - некорректированная погрешность, δ1(х) - откорректированная погрешность в форме прямой линии.

Пример реализации заявляемого способа. Например, заявляемый способ можно использовать для коррекции угловой погрешности трансформаторов тока, выполненных на сердечниках из аморфного сплава 84ХТМ, которые применяются в многофункциональных счетчиках электроэнергии, таких как ЦЭ6812Э, ЦЭ6850, ЦЭ6850М и СЕ402.

При этом калибровку счетчиков можно осуществить с помощью установки для поверки счетчиков типа МК6801, а коэффициент мощности можно установить по эталонному счетчику типа ЦЭ6815, который входит в состав установки МК6801.

Таким образом, заявляемый способ коррекции угловой погрешности трансформатора тока, по сравнению с аналоговой компенсацией, упрощает калибровку счетчиков и позволяет автоматически более точно и в широком диапазоне компенсировать угловую погрешность, а также является более экономичным, не требующим дополнительного образцового оборудования.

1. Способ коррекции угловой погрешности трансформаторов тока, используемых в счетчиках электроэнергии, заключающийся в измерении мгновенных значений входных сигналов тока и напряжения и углов φ между ними с последующим вычислением измеренного значения активной мощности, а коррекцию угловой погрешности диагностируемого трансформатора тока осуществляют путем деления измеренного значения активной мощности на поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью данного трансформатора тока, отличающийся тем, что производят калибровку счетчика электроэнергии, содержащего диагностируемый трансформатор тока, путем его подключения к установке для поверки счетчиков при коэффициенте мощности, равном cos(φ)=1, затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(φ)=0,5L, и определяют относительную погрешность счетчика δ1, затем на установке для поверки счетчиков устанавливают коэффициент мощности, равный cos(φ)=0,5C, и определяют относительную погрешность счетчика δ2, после чего рассчитывают относительную погрешность счетчика, вызванную угловой погрешностью трансформатора тока δ=(δ1-δ2)/2, на основании указанного значения относительной погрешности счетчика δ рассчитывают значение синуса угловой погрешности трансформатора тока - sin(Δφ) и записывают его в энергонезависимую память счетчика, а поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью данного трансформатора тока, рассчитывают на основании указанного значения sin(Δφ).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью измерительного трансформатора тока, КΘ вычисляют из выражения

КΘ=cos(Δφ)±tg(φ)·sin(Δφ),

где φ - угол между током и напряжением;

Δφ - угловая погрешность трансформатора тока.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве счетчиков электроэнергии, содержащих диагностируемые трансформаторы тока используют счетчики, имеющие угловую погрешность 0,1-0,5°, а поправочный коэффициент, обусловленный угловой погрешностью измерительного трансформатора тока, КΘ вычисляют из выражения

КΘ=1±tg(φ)·sin(Δφ)

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что значение синуса угловой погрешности трансформатора тока - sin(Δφ) вычисляют из выражения

где φ - угол, между током и напряжением;

δ - относительная погрешность счетчика, вызванная угловой погрешностью трансформатора тока.