Влияние вторичной нагрузки на погрешности низковольтных трансформаторов тока и учет электрической энергии

В статье рассматриваются влияние вторичной нагрузки и конструкции трансформаторов тока до 0,66 кВ на токовую погрешность и результат некорректного учета электрической энергии для потребителя.

Аничкин А.Н., главный конструктор ОАО «СЗТТ»
Раскулов Р.Ф., к.т.н., главный метролог ОАО «СЗТТ»

В настоящее время для коммерческого учета электрической энергии применяются электронные счетчики активной энергии.

В соответствии со стандартами на электронные счетчики, мощность, потребляемая параллельной цепью (напряжения) электронных счетчиков активной энергии, не должна превышать 10 В·А, а последовательной (токовой) — 1 В·А [1].

Так, например, мощность, потребляемая токовой цепью, не превышает 0,05 В·А для однотарифного однофазного счетчика.

В связи с этим для трансформаторов тока до 0,66 кВ включительно, характеризующихся малой длиной вторичный цепей, вторичная нагрузка крайне мала и может составлять 1 В·А при длине кабеля 5 м и его сечении 2,5 мм². Такая малая вторичная нагрузка накладывает определенные требования на трансформаторы: для корректного учета данные изделия должны работать как при номинальной вторичной нагрузке, которая может быть равна 3–5 В·А, так и при нагрузке 1 В·А.

Снижать требования к трансформаторам в части номинальной вторичной нагрузки и делать ее менее 3–5 В·А нецелесообразно из-за человеческого фактора (качество монтажа) и наличия переходных сопротивлений. То есть реальная вторичная нагрузка будет лежать в диапазоне от 1 В·А до 3–5 В·А. Исключение — трансформаторы с вторичным током на 1 А.

Стоит отметить, что до сих пор ряд производителей трансформаторов при изготовлении их на классы точности 0,5 и 0,5S и первичные токи 150–300 А для снижения их стоимости использует магнитопроводы из электротехнической стали. А коррекция осуществляется путем сверления конструктивного отверстия в магнитопроводе для обеспечения токовой коррекции в ½ витка (рисунок 1).

При такой конструкции трансформаторы соответствуют классу точности 0,5S при номинальной вторичной нагрузке, но в случае минимальной вторичной нагрузки около 1В·А при токах, близких к номинальному, не соответствуют классу точности.

Токовая погрешность таких трансформаторов будет иметь знак плюс, что приведет к переплате при учете потребителем (в сравнении с корректно работающим трансформатором). Причем иногда, в описании типа средства измерения таких производителей утверждается, что их изделия работают в диапазоне вторичных нагрузок вплоть до 0 В·А включительно, что не соответствует действи тельности.

Предлагаем рассмотреть последствия применения таких трансформаторов для потребителя, который их использует. Подчеркнем, что каждый случай индивидуален, но можно сделать оценочный расчет.

Для примера возьмем трансформатор на номинальный первичный ток 300 А класса точности 0,5S. Как показали исследования, проводимые в ИЦ ОАО «СЗТТ», токовая погрешность такого изделия при конструкции, описанной выше, может достигать в диапазоне 50–120% номинального первичного тока +0,7%. При нормированной (согласно ГОСТ 7746-2015) погрешности ±0,5% трансформатор не находится в классе точности на 0,2%.

Переплата при учете потребителем за один год для одного трансформатора равна:

P = I_1ном50% × U_раб × Δf × 8760 × S_кВт·ч / 1000

где P — переплата при учете потребителем, руб.; I_1ном50% — 50%-ное значение номинального первичного тока трансформатора (в нашем примере — 150 А); U_раб — рабочее напряжение трансформатора (в нашем примере — 220 В); Δf — разница между реальной и допускаемой токовой погрешностью (в нашем примере — 0,002 или 0,2%); 8760 — число часов в году; S_кВт·ч — стоимость киловатт-часа на сегодняшний день в Свердловской области (10,57 руб. на май 2026 года).

Таким образом

P = 150 × 220 × 0,002 × 8760 × 10,57 / 1000 = 6111 руб.  

Данное значение является расчетным и получается в результате ряда допущений, но стоит отметить, что оно сопоставимо с реальным, так как допущения сделаны в сторону его уменьшения. Так, расчет сделан для 50%-ного значения номинального первичного тока трансформатора.

На первый взгляд сумма переплаты не поражает воображение, однако надо иметь в виду, что после прохождения первичной поверки такое изделие будет эксплуатироваться минимум 8 лет до проведения периодической поверки или утилизации, а количество низковольтных трансформаторов является преобладающим (около 90%) в электрических сетях. Таким образом, путем простейших вычислений установленный парк из 90 таких трансформаторов в год может привести к переплате уже больше полумиллиона рублей.

Предприятие ОАО «СЗТТ» прошло длинный путь по изменению технологии изготовления низковольтных трансформаторов в пластиковом корпусе. Еще 15 лет назад, видя распространение электронных счетчиков и понимая, что изделие должно обеспечивать заявленный класс точности даже при минимальных нагрузках, мы, первые в стране, заявили в описании типа СИ нижний предел вторичной нагрузки 1 В·А (рисунок 2), а также доказали право поверки трансформаторов с межповерочным интервалом до 16 лет включительно. Таких метрологических характеристик удалось добиться, в первую очередь, путем внедрения аморфного сплава, а также введением параллельной намотки проводами разного сечения (позволяет оставаться в классе точности даже при вторичной нагрузке 0 В·А) при изготовлении катушек (рисунок 3), что привело к некоторому удорожанию трансформаторов.

Наше предприятие производит трансформаторы на классы точности 0,5S и 0,2S, которые соответствуют классу точности при вторичной нагрузке 1 В·А. Подтвердить это мы готовы тем, что при предварительной договоренности заказчик может присутствовать (как лично, так и по ВКС) при испытании заказанной им продукции. Второй способ документального подтверждения характеристик — это поставка партии трансформаторов с протоколами испытаний во всем заявленном диапазоне нагрузок.

Несколько слов о ценовой политике на рассматриваемую продукцию. Безусловно, все принятые меры (изменение применяемого сплава, введение параллельных проводов) не могло не сказаться на конечной стоимости изделия. Тем не менее внедрение автоматической испытательной станции (обеспечивающей 100%-ный сплошной контроль выпускаемой продукции), а также приобретение более производительного оборудования помогли значительно снизить производственные издержки, и сегодня мы можем с уверенностью утверждать, что для конечного потребителя не будет значимой ценовой разницы. Конструкторским отделом предприятия была разработана лаконичная версия шинного трансформатора ТШП-0,66-I (как в привычном трехцветном исполнении, так и в одноцветном, по желанию заказчика) для крепления под DIN-рейку (рисунок 4). Рассматривается также возможность крепления его на опору. По вопросам приобретения данного и других трансформаторов вы можете обратиться в отдел продаж предприятия по электронной почте marketing@cztt.ru.

ВЫВОДЫ

1. В настоящее время из-за повсеместного распространения электронных счетчиков низковольтные трансформаторы тока чаще всего работают при малых вторичных нагрузках, вплоть до 1 В·А включительно.

2. Конструкция и технология изготовления трансформаторов некоторых производителей является морально устаревшей и не позволяет обеспечить им класс точности 0,5S и 0,5 при токах, близких к номинальным, и малых вторичных нагрузках. В том числе имеет место как введение в заблуждение конечного потребителя, так и прямое нарушение требований описания типа средств измерений.

Также это может привести к репутационным потерям организаций, закладывающих (использующих) такие трансформаторы.

3. Мы предполагаем, что проблема является масштабной и при малых нагрузках заявленному классу точности не соответствуют более 80% установленных трансформаторов класса точности 0,5S в стране. А издержки, связанные с этим, несет конечный потребитель.

4. Необходимо избирательно подходить к вопросам приобретения такой продукции только у проверенных производителей, которые могут доказать на практике заявленные параметры в описании типа СИ. Также необходимо сверять вторичную нагрузку, указанную в паспорте трансформатора, с данными, приведенными в описании типа средств измерений на данные трансформаторы.

5. С развитием технологий и общим повышением производительности труда ценовые преимущества трансформаторов на сердечниках из электротехнической стали со сверлением практически сведены к нулю.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ Р 52323-2005 (МЭК 62053-22:2003). Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Часть 22. Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0,5S. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200039104.