Приложение Б. Методика определения нагрузки и коэффициента мощности вторичных цепей трансформатора напряжения в рабочих условиях применения

Приложение Б

(рекомендуемое)

Методика
определения нагрузки и коэффициента мощности вторичных цепей трансформатора напряжения в рабочих условиях применения

Б.1 Общие положения

Б.1.1 В трехфазных электрических сетях общего назначения с изолированной нейтралью и напряжением 6-35 кВ однофазные незаземляемые и заземляемые двух- и трехобмоточные и трехфазные двух- и трехобмоточные измерительные трансформаторы напряжения (ТН) включаются по схемам, представленным на рисунках Б.1-Б.4.

Б.1.2 Для обеспечения безопасности персонала основные вторичные обмотки ТН всегда заземляются (см. рисунки Б.1-Б.4). В условиях эксплуатации вместо заземления нулевой точки вторичных обмоток, соединенных в звезду, часто применяют заземление одной из фаз, как правило, фазы b.

Б.1.3 В соответствии с ГОСТ 1983 "Трансформаторы напряжения. Общие технические условия" для каждого ТН установлен один или несколько классов точности в зависимости от номинальных мощностей трансформатора.

За номинальную мощность двухобмоточных ТН принимают мощность вторичной обмотки трансформатора, а трехобмоточных ТН - суммарную мощность основной и дополнительной вторичных обмоток.

Для трехфазных ТН за номинальную мощность принимают трехфазные мощности, при этом для трехфазных трехобмоточных ТН классы точности установлены только для основной вторичной обмотки.

Для однофазных трехобмоточных ТН классы точности установлены для обеих вторичных обмоток.

Б.1.4 В зависимости от конкретного применения ТН и схем включения (рисунки Б.1-Б.4) схемы соединения нагрузок основных вторичных обмоток ТН при трехпроводной схеме вторичных цепей представлены на рисунках Б.5 и Б.6.

Схема соединения нагрузок основных вторичных обмоток при четырехпроводной схеме вторичных цепей ТН представлена на рисунке Б.7.

Схема соединения нагрузок дополнительных вторичных обмоток представлена на рисунке Б.8.

Б.1.5 Полная мощность нагрузки ТН должна находиться в интервале допускаемых значений для требуемого класса точности: 25 и 100% номинальной мощности или 40-80% номинальной мощности (см. 8.3 настоящих указаний).

В соответствии с ГОСТ 13109-97 требуемым классом точности ТН является класс 0,2. Допускается использовать ТН с классом точности 0,5.

Б.1.6 При любой схеме соединения нагрузок основных вторичных обмоток однофазных и трехфазных ТН и возможности использования при измерениях нулевой точки вторичных обмоток ("выведенный нуль") нагрузку этих обмоток рекомендуется определять по результатам измерений значений фазных напряжений, токов, мощностей, в противном случае нагрузку основных вторичных обмоток ТН определяют приближенно по методике, изложенной в "Инструкции по проверке трансформаторов напряжения и их вторичных цепей", Союзтехэнерго, 1979.

Б.1.7 Проверку выполнения требований пункта 1.5 производят следующим образом.

При использовании однофазных двухобмоточных ТН (рисунки Б.1, Б.2) определяют полные мощности наиболее и наименее загруженных ТН и сопоставляют их нагрузку с предельными значениями нагрузки для интервала допускаемых значений в заданном классе точности.

При использовании однофазных трехобмоточных ТН полные мощности наиболее и наименее загруженных ТН суммируют с полной мощностью дополнительной вторичной обмотки, и полученные значения сопоставляют с предельными значениями нагрузки для интервала допускаемых значений в заданном классе точности.

При использовании трехфазных двухобмоточных ТН (рисунок Б.2) определяют полные мощности наиболее и наименее загруженных фаз и утроенные их значения сопоставляют с предельными значениями нагрузки для интервала допускаемых значений в заданном классе точности.

При использовании трехфазных трехобмоточных ТН (рисунок Б.3) утроенные значения полной мощности наиболее и наименее загруженных фаз ТН суммируют с полной мощностью дополнительной вторичной обмотки, и полученные значения сопоставляют с предельными значениями нагрузки для интервала допускаемых значений в заданном классе точности.

Использование утроенной мощности наиболее загруженной фазы для определения нагрузки трехфазных ТН приводит к завышенным результатам.

Б.1.8 При невыполнении условий установленных в 1.5 настоящего приложения, трехфазную нагрузку основных вторичных обмоток ТН и усредненный по трем фазам коэффициент мощности следует определять по формулам:

            P = P + P + P                                          (Б.1)

             3   a   b   c

            Q = Q + Q + Q                                          (Б.2)

             3   a   b   c

                           2   2

            S = кв.корень(P + Q )                                  (Б.3)

             3             3   3

                       Р

                        3

            cos фи  = ---,                                         (Б.4)

                  3    S

                        3

где P , Q , S           - расчетные   активная,    реактивная  и  полная

     3   3   3            мощности нагрузки трехфазного ТН;

    cos фи              - расчетный  коэффициент   мощности  трехфазного

          3               ТН;

    P ,P ,P , Q , Q , Q - активные и реактивные мощности соответствующих

     a  b  c   a   b   c  фазных нагрузок ТН.

Б.2 Требования к погрешности измерений

Б.2.1 В соответствии с ГОСТ 8.216 "Трансформаторы напряжения. Методы поверки" предел допускаемой основной погрешности измерений активной и реактивной составляющих мощности нагрузки не должен превышать +-4%.

Б.3 Средства измерений

Б.3.1 Для определения мощности нагрузки вторичных цепей ТН рекомендуется применять средства измерений, приведенные в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Средства измерений

Порядковый номер и наименование средства измерений	Метрологические характеристики		Наименование измеряемой величины
	Диапазон измерений	Погрешность измерений, %
1 Прибор для измерения показателей качества и учета электрической энергии "ЭРИС-КЭ.01.А" (ЭРИС-КЭ)	+-10(6)	+- 0,5*(2)	Активная мощность*(1)
	+-10(6)	+- 0,5*(2)	Реактивная мощность*(1)
	10(6)	+-0,5*(2)	Полная мощность*(1)
	50 - 120% U_ном	+-0,2*(3)	Действующее значение напряжения
	0 - 150% I_ном	+- 1,0*(4)	Действующее значение тока
2 Измерительно-вычи- слительный комплекс "Омск" (ИВК "Омск")	90 - 110% U_ном	+- 0,2*(3)	Действующее значение напряжения
	1 - 5 А	+- 1,0*(3)	Действующее значение тока
	+- 180 град	+- 1 град*(5)	Угол сдвига фаз между напряжением и током
3 Регистратор напряжения и тока Парма "РК6.05" (Парма "РК6.05")	40 - 460 В 0,1 - 6 А	0,2 + 0,075(U_к/U_и - 1) 0,2 + 0,075(I_к/I_и - 1)	Действующее значение напряжения Действующее значение тока
	+- 180 град	+- 1 град*(5).	Угол сдвига фаз между напряжением и током

------------------------------

*(1) - указаны диапазоны с учетом масштабных коэффициентов внешних преобразователей;

*(2) - указана погрешность, приведенная к номинальной мощности S_ном = 3U_ном I_ном при измерениях в трех фазах или S_ном = U_ном I_ном при измерениях в одной фазе;

*(3) - указана относительная погрешность.

*(4) - указана погрешность, приведенная к I_ном, для прибора с токоизмерительными клещами;

*(5) - указана абсолютная погрешность.

Б.3.2 При входных значениях тока и напряжения, отличающихся от номинальных значений, требования 2.1 Приложения Б выполняются, если средства измерений, перечисленные в таблице Б.1, используются при условиях, приведенных в таблице Б.2.

Таблица Б.2 - Условия применения приборов, перечисленных в таблице А.1

Наименование средства измерений	Диапазон изменения напряжения на вторичной обмотке ТН, В	Диапазон изменения фазного тока нагрузки вторичной обмотки ТН, А	Диапазон изменения cos фи фазной нагрузки вторичной обмотки ТН
ЭРИС - КЭ	90-110	>= 0,9 >= 0,8	0,5-1,0 0,8-1,0
ИВК "Омск"	45-70	>= 0,6	0,41-1,0
Парма "РК6.05"	>= 40	>= 0,3 >= 0,1 >= 0,06	0,41-1,0 0,6-1,0 0,98-1,0

Б.3.3 Если условия, приведенные в 3.2 - не выполняются, то следует использовать средства измерений, приведенные в таблице Б.3, применяемые при косвенном методе определения активных и реактивных составляющих мощностей нагрузок ТН.

Таблица Б.3 - Средства измерений, применяемые при косвенных измерениях нагрузки ТН

Порядковый номер и наименование средства измерений	Метрологические характеристики		Наименование измеряемой величины
	Пределы измерений	Класс точнос- ти
1 Вольтметр переменного тока	60, 75, 100, 150 В	0,5	Действующее значение напряжения
2 Амперметр переменного тока	100; 200 мА 0,5; 1; 2,5 А	0,5	Действующее значение тока
3 Ваттметр	1; 2 А, 75; 150 В	0,5	Активная мощность

При косвенных измерениях выбирают пределы измерений напряжения и силы тока таким образом, чтобы результаты измерений отсчитывались в последней трети шкалы измерений.

При выбранных таким образом пределах измерений погрешность определения полной мощности в диапазоне от 25 до 100% номинальной нагрузки ТН не превышает +-1,5%, активной мощности - +-2%, реактивной мощности и коэффициента мощности - 3,5%.

Б.4 Метод измерений

Б.4.1 Для получения числовых значений полной мощности, а также активных и реактивных составляющих нагрузки основных вторичных обмоток ТН используют прямые и косвенные измерения.

Б.4.2 При прямых измерениях используется метод непосредственной оценки полной мощности фазных нагрузок ТН (S_a, S_b, S_c), и при необходимости (см. 1.8 настоящего Приложения Б) активных и реактивных нагрузок (P_a, P_b, P_c, Q_a, Q_b, Q_c), реализуемый с помощью средств измерений, приведенных в таблице Б.1 при условиях, указанных в таблице Б.2.

Б.4.3 При косвенных измерениях методом непосредственной оценки с помощью средств измерений, приведенных в таблице Б.3, определяют U_a, U_b, U_c, I_a, I_b, I_c и, при необходимости, P_a, P_b, P_c, а затем вычисляют полные и, при необходимости реактивные мощности фазных нагрузок по формулам:

полная мощность i-ой фазной нагрузки

                                   S = U I ;

                                    i   i i

коэффициент мощности i-ой фазной нагрузки

                                         P

                                          i

                               cos фи = ----;

                                     i   S

                                          i

реактивная мощность i-ой фазной нагрузки

                          Q = S sin(arccos фи ),

                           i   i             i

     где i - фаза a, b, c.

Б.5 Требования безопасности, окружающей среды

При выполнении измерений должны быть соблюдены требования безопасности, изложенные в разделе 10 настоящих указаний.

Б.6 Требования к квалификации операторов

Квалификация операторов при выполнении измерений, обработке и анализе результатов измерений должна соответствовать требованиям, изложенным в разделе 11 настоящих указаний.

Б.7 Условия измерений

При выполнении измерений должны быть соблюдены условия, изложенные в разделе 12 настоящих указаний.

Б.8 Подготовка к выполнению измерений

Б.8.1 При подготовке к выполнению прямых измерений нагрузки ТН проводят следующие работы:

- собирают схему измерений, представленную на рисунке Б.9;

- производят подготовку и проверку режимов работы средств измерений в соответствии с Инструкциями по их эксплуатации.

Б.8.2 При подготовке к выполнению косвенных измерений нагрузки ТН проводят следующие работы:

- отключают вторичную обмотку ТН от нагрузочных цепей с видимым разрывом;

- отключают первичную обмотку ТН от высоковольтной сети;

- собирают схему измерений, представленную на рисунке Б.10;

- производят подготовку и проверку режимов работы средств измерений в соответствии с Инструкциями по их эксплуатации.

Б.9 Выполнение измерений

Б.9.1 При выполнении прямых измерений нагрузки ТН производят следующие операции:

- вводят уставки в средства измерений: коэффициенты трансформации по напряжению и току, равные 1;

- проводят однократные измерения;

- выводят на печать результаты измерений полной активной и реактивной мощности, напряжения, тока и cos фи в каждой фазе и заносят в протокол измерений, форма которого представлена в таблице Б.4.

Таблица Б.4 - Форма протокола прямых измерений нагрузки ТН

Измеряемые величины	Фаза а	Фаза b	Фаза с
Напряжение, В
Полная мощность, ВА
Активная мощность, Вт
Коэффициент мощности

Б 9.2 При выполнении косвенных измерений нагрузки ТН производят следующие операции:

- выводы 1 и 2 измерительной схемы, представленной на рисунке Б.10, поочередно соединяют с вводами цепей вторичной нагрузки ТН: ab, bc, ca, a0, b0, c0;

- с помощью ЛАТР (грубо) и реостата (точно) устанавливают для междуфазных вводов 100 В и фазных - 57,7 В;

- проводят однократные измерения и заносят в протокол значения тока, напряжения и активной мощности.

Таблица Б.5 - Форма протокола косвенных измерений нагрузки ТН

Показания приборов	Вводы нагрузочных цепей ТН
	ab	bc	ca	а0	b0	c0
Напряжение, U, В
Ток, I, А
Активная мощность, P, Вт

Б.10 Обработка (вычисление) результатов измерений

Б.10.1 При обработке результатов прямых измерений нагрузки ТН производят следующие операции:

- пересчитывают полную и при необходимости (см. 1.8 настоящего приложения Б) активную и реактивную мощности фазной нагрузки ТН на номинальное напряжение вторичной обмотки ТН (100/кв.корень(3), 100 В) по формулам:

                                        2

                                   U

                                    ном

                              S = (-----) S

                               i     U     i

                                      i

                                        2

                                   U

                                    ном

                             P  = (-----) P

                              ik     U     i

                                      i

                                        2

                                   U

                                    ном

                             Q  = (-----) Q ,

                              iк     U     i

                                      i

где S , P , Q - измеренные  значения   полной,  активной  и   реактивной

     i   i   i  мощности фазной нагрузки ТН;

    U         - измеренное значение i-ого фазного напряжения ТН;

     i

     i = a, b, c;

- выбирают наиболее и наименее загруженные по значениям полной мощности фазы;

- сравнивают полученные значения с предельными значениями нагрузки однофазных ТН в заданном классе точности или утроенные значения полной мощности наиболее и наименее загруженных фаз с предельными значениями нагрузки трехфазных ТН;

- при невыполнении условий, установленных в 1.5 настоящего приложения для трехфазных ТН, определяют расчетные активную и реактивную нагрузку ТН по формулам (Б.1, Б.2);

- определяют полную расчетную мощность нагрузки трехфазного ТН и расчетный коэффициент мощности по формулам (Б.3, Б.4) и сравнивают полученное по формуле (Б.3) значение полной мощности с предельными значениями нагрузки трехфазных ТН в заданном классе точности.

Б.10.2 При обработке косвенных измерений нагрузки ТН производят следующие операции:

- рассчитывают для каждого столбца таблицы Б.5 фазовый угол сдвига между напряжением и током по формуле:

                                          P

                              фи = arcos(----)

                                          UI

- рассчитывают значения фазных токов по формулам:

             j(120 - фи  )      j(60 - фи  )      j(90 - фи  )

                       ab                ca                a0

     I = I  e             + I  e            + I  e

      a   ab                 ca                a0

             j(-60 - фи  )      j(- фи  )      j(-30 - фи  )

                       ab             bc                 b0

     I = I  e             + I  e         + I  e

      b   ab                 bc             b0

             j(180 - фи  )      j(-120 - фи  )      j(-150 - фи  )

                       bc                  ca                  c0

     I = I  e             + I  e              + I  e

      c   bc                 ca                  c0

- рассчитывают модули фазных токов и соответствующие фазовые углы по следующим формулам:

                         2        2

     I = кв.корень(Re(I ) + Im(I ) )

      i                i        i

                                       Im(I )

                                           i

                            фи = arctg -------

                              i        Re(I )

                                           i

     где i = a, b, c;

- рассчитывают мощности и cos фи основных вторичных обмоток однофазных и трехфазных ТН по следующим формулам:

для схемы соединения нагрузок основных вторичных обмоток ТН представленной на рисунке Б.5

                                    S  = 100 I

                                     ab       a

                             cos фи  = cos(120 - фи  )

                                   ab              ab

                                   S  = 100 I

                                    bc       c

                              cos фи  = cos (-фи  )

                                    bc          bc

для схем соединения нагрузок основных вторичных цепей, представленных на рисунках Б.6 и Б.7

                            S = 100 I , где i = a, b, c

                             i       i

                             cos фи = cos(90 - фи )

                                   a             a

                            cos фи = cos (-30 - фи )

                                  b               b

                            cos фи = cos (-150 - фи )

                                  a                c

Б.11 Оформление результатов измерений

Б.11.1 Результаты прямых измерений нагрузки ТН оформляют протоколом, форма которого представлена в таблице Б.4.

Б.11.2 Результаты косвенных измерений нагрузки ТН оформляют протоколом, в состав которого входят результаты измерений, оформленные в виде таблицы Б.5, и результаты обработки, представленные в виде таблиц Б.6 и Б.7 (для трех однофазных ТН) или Б.8 (для трехфазного ТН).

Б.11.3 Протоколы прямых или косвенных измерений нагрузки ТН должны содержать заключение о соответствии или несоответствии результатов измерений установленным требованиям.

Таблица Б.6 - Результаты вычисления модулей фазных токов и соответствующих фазовых углов сдвига

I_a	cos фи_a	I_b	cos фи_b	I_c	cos фи_c

Таблица Б.7 - Результаты вычисления нагрузок основных вторичных обмоток однофазных ТН

Схема соеди- нения	S_ab	cos фи_ab	S_bc	cos фи_bc	S_a	cos фи_a	S_b	cos фи_b	S_с	cos фи_с

Таблица Б.8 - Результаты вычисления нагрузок основных вторичных обмоток трехфазных ТН

Фаза i	S_i	cos фи_i	P_i	Q_i	P_3	Q_3	S_3	cos фи_3
a
b
c