Г.А.Л._Изб. раб. по АСКУЭ

Эти качества сполна обеспечивают нанокристаллические сплавы. Именно высокой

начальной магнитной проницаемостью, линейностью характеристик намагничивания и узкой петлей гистерезиса объясняется устойчивость метрологических характеристик ТТ с магнитопроводами из нанокристаллических сплавов к намагничиванию постоянным током: полное перемагничивание сердечника при подаче переменного тока происходит у них уже при малой напряженности магнитного поля и значениях первичного тока 1-2% I1н. Для сердечников же из электротехнической стали этого добиться тяжело даже за счет увеличения сечения магнитопровода. В целом нанокристаллические сердечники характеризуются меньшей материалоемкостью, габаритами и весом по сравнению с сердечниками из электротехнической стали для аналогичных по номенклатуре ТТ.

Требования к монтажу и эксплуатации вторичных цепей ТТ

Из вышеизложенного следует важность снижения вторичной нагрузки ТТ для обеспечения его штатных метрологических характеристик. Для многих моделей низковольтных ТТ номинальная вторичная нагрузка равна 5 ВА, или 0,2 Ом (при номинальном токе 5А). Это означает, во-первых, что во вторичную цепь можно включать только нагрузку (последовательные цепи счетчика, ваттметра, фазометра, амперметры),

согласованную с нагрузкой ТТ (Z2ИП < Z2н), и, во-вторых, что соединительные провода от клемм вторичной цепи ТТ до клемм измерительных приборов должны иметь минимальное сопротивление (чем меньше, тем лучше), т.е. ограниченную длину l (м), большое сечение S (мм2), где S= d2/4 для круглого провода диаметром d, и выполняться не алюминиевыми

(удельное сопротивление 0,027 Ом·мм2/м), а медными проводами (удельное сопротивление 0,0175 Ом∙мм2/м - в 1,5 раза меньше). Сопротивление проводов может быть просчитано по формуле R= 2l/S и должно быть указано в паспорте точки

коммерческого учета.

Ниже в табл.1 справочно приводятся значения сопротивлений пар медных проводов в зависимости от сечения провода S (мм2) и расстояния l (м) от ТТ до клемм токовых цепей счетчика. В случае использования вместо медных проводов алюминиевых аналогичного сечения приведенные в таблице величины следует увеличить в полтора раза. При номинальном вторичном токе I2н=5А мощность потерь электроэнергии в проводах (P=I22н R) согласно таблице находится в диапазоне от 0,25ВА (при R=0,01 Ом) до 22 ВА (при 0,88 Ом).

Таблица 1. Справочные данные сопротивлений линий связи от ТТ к счетчику

При использовании ТТ совместно с трехфазными индукционными электросчетчиками с номинальным вторичным током 5А (или 1А) потребляемая полная мощность в каждой токовой цепи при номинальных токе и частоте не должна превышать, согласно ГОСТ 657075 "Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные. Общие технические условия" значений, приведенных в табл. 2 (в скобках указана номинальная нагрузка при I2н=5А).

Таблица 2. Потребляемая мощность токовой цепи индукционных счетчиков

Для электронных счетчиков класса 0,2S и 0,5S (ГОСТ 30206-94) полная потребляемая мощность каждой цепью тока при номинальном токе не должна превышать 1 ВА, а для электронных счетчиков класса 1 и 2 (ГОСТ 30207-94) - соответственно 4 и 2,5 ВА.

В действительности у современных электронных счетчиков полная потребляемая

мощность цепью тока не превышает 0,1-0,5 ВА, т.е. в 4-10 раз меньше, чем у индукционных. Поэтому замена индукционных счетчиков электронными во всех случаях улучшает режим работы ТТ. Кроме того, следует иметь ввиду, что если ко вторичной цепи одного и того же ТТ при использовании индукционных счетчиков нередко подключаются последовательно несколько токовых обмоток, например, токовые обмотки счетчиков приема активной и реактивной энергии, то при использовании электронного счетчика, измеряющего одновременно активную и реактивную энергию к ТТ подключается только одна токовая цепь, что также снижает вторичную нагрузку на ТТ и улучшает его режим работы. Для повышения точности учета с применением ТТ следует правильно выбирать их номиналы по первичному току: номинальный ток должен соответствовать (70-80)% максимального рабочего тока I1н (0,7-0,8) I1max (такой выбор предупреждает увеличение погрешности на максимальных первичных токах в случае перегрузки вторичной цепи ТТ) .

С переходом в коммерческом учете на использование электронных счетчиков снижаются требования к номинальной нагрузке ТТ: ее можно ограничить величиной 5 ВА (у

ТТдля учета с индукционными счетчиками она составляла 10-20 ВА и более), что в конечном итоге пропорционально снижает технические потери электроэнергии на приборный учет. Это имеет особенное значение в связи с тем, что КПД ТТ (отношение активной мощности, отбираемой со вторичной обмотки трансформатора, к активной мощности, подводимой к первичной обмотке), по сравнению с КПД трансформаторов напряжения, низок из-за потерь в меди и магнитопроводе: КПД не достигает и 50% при номинальных токах. Нетрудно вычислить, что если в энергосистеме установлено 100 тыс. шт. ТТ, то экономия мощности на каждом только в 10 Вт даст суммарную экономию в 1 МВт, а годовая экономия электроэнергии составит 8760 МВт.ч, или около 350 тыс. долл. (из расчета 0,04 долл. за 1 кВт.ч).

Втом случае, если по условиям эксплуатации необходимо разместить счетчики вдалеке от ТТ (например, в 25 метрах или далее), необходимо либо использовать ТТ с повышенной мощностью номинальной нагрузки, либо при той же мощности с номинальным током 1А (при этом допустимое максимальное внешнее сопротивление вторичной цепи увеличивается в 25 раз). В последнем случае необходимо соответственно применять и счетчики на номинальный ток не 5А, а 1А.

Взаключение необходимо отметить, что высокие магнитные качества сердечников

ТТиз нанокристаллических сплавов делают эти трансформаторы чувствительными по метрологическим характеристикам к повышению нагрузки (увеличению сопротивления нагрузки) во вторичной цепи ТТ сверх номинальной при максимальном первичном токе, что требует на практике жесткого выполнению всех вышеуказанных противоперегрузочных требований. Перегрузочные способности таких ТТ могут быть

повышены за счет умощнения сердечников, что не всегда экономически оправдано для изготовителя, поскольку сердечники из нанокристаллических сплавов в 1,5-2 раза дороже сердечников из электротехнической стали.

Выводы

ТТ на сердечниках из нанокристаллических сплавов имеют перед ТТ на сердечниках из электротехнической стали следующие преимущества:

1) устойчивость метрологических характеристик к намагничиванию постоянным

током;

2)уменьшенные в 4-10 раз потери на вихревые токи и перемагничивание сердечника;

3)повышенный (двойной) технологический запас по классу точности;

4)более длительный срок службы с сохранением метрологических характеристик (и,

тем самым, потенциально больший межповерочный интервал);

5)меньшие затраты материала на сердечник и медь, меньшие габариты, вес сердечника и вес ТТ в целом.

Указанные преимущества ТТ с нанокристаллическими сердечниками делают их более устойчивыми к хищениям электроэнергии (при нагрузках потребителя менее 50% номинальной) и росту коммерческих потерь, снижают технологические потери электроэнергии и эксплуатационные затраты.

В Объединенной энергосистеме Республики Беларусь предусматривается в рамках процесса замены ТТ класса 0,5 на ТТ класса 0,5S и в соответствии с научно-техническим прогрессов замена низковольтных ТТ на сердечниках из электротехнической стали на ТТ с сердечниками из нанокристаллических сплавов.

Справка

Статья опубликована ы журналах:

Новости Электротехники, №1, №2, 2004 (Россия) Энергетика и ТЭК, №6, 2004 (Беларусь) Электрические сети и системы, №3,2 004 (Украина) Электрические станции, № 7, 2004 (Россия) Промышленная энергетика, № 11, 2004 (Россия)

Приложение 1

Таблицы данных и графики токовых и угловых погрешностей, полученные при испытании 4-х образцов низковольтных однофазных ТТ от четырех изготовителей.

Таблица 3 – конструктивные характеристики ТТ

Таблица 3. Конструктивные характеристики низковольтных ТТ класса 0,5S

Приложение 2 “Магнитная терминология”

Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, передающий электроэнергию из одной цепи в другую посредством электромагнитной индукции и предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока других параметров, в частности, для преобразования значений напряжения и тока. Различают трансформаторы силовые и специальные, однофазные и трехфазные, двухобмоточные и многообмоточные и другие.

Измерительный трансформатор тока (ТТ) - специальный трансформатор,

предназначенный для измерения больших переменных токов путем преобразования их в меньшие токи с передачей сигнала измерительной информации измерительным приборам

(амперметрам, счетчикам, фазометрам, ваттметрам).

Магнитное поле - силовое поле, или состояние материальной среды, обусловленное движущимися электрическими зарядами (токами) и действующее на токи и на тела, обладающие вследствие внутренних микроскопических токов магнитным моментом. Является средством описания с помощью силовых линий и вектора магнитной индукции В взаимодействия токов.

Магнетики - любые материалы, рассматриваемые с точки зрения их магнитных свойств, обусловленных реакцией материала на магнитное поле. По отношению к магнитному полю магнетики можно разделить на 3 класса - диамагнетики ( <1),

парамагнетики ( >1) и ферримагнетики ( >>1).

Ферромагнетики - вещества, подкласс ферримагнетиков, имеющие магнитную проницаемость >>1, которая создается спонтанной намагниченностью доменов

(кристаллических областей вещества, в которых магнитные моменты атомов направлены параллельно друг другу), хаотически ориентированных в пространстве материала в отсутствии внешнего магнитного поля и приобретающие общую ориентацию в направлении поля при его появлении .

Магнитомягкие ферромагнитные материалы - материалы с коэрцитивной силой Hc < 8-800 А/м (противоположные - магнитотвердые с Hc >(1-4) кА/м - применяются в качестве постоянных магнитов), используются в качестве магнитопроводов в трансформаторах и электрических машинах.

Намагниченность (J[А/м]) - характеристика магнитного состояния макроскопического тела или среды, обусловленная совместной ориентацией магнитных моментов ее атомов (доменов) и определяющая вклад среды в магнитную индукцию: 0J=В-0Н. Намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля Н: J= ∙Н, где - магнитная восприимчивость вещества, = +1.

Намагниченность насыщения (Js) - максимальная намагниченность, достигаемая в сильных полях, когда все магнитные моменты доменов ориентированы вдоль магнитного поля и дальнейшее увеличение его напряженности не изменяет магнитного состояния магнетика.

Магнитная индукция (B [1Тл=1Вб/м2]) - характеристика магнитного поля в среде - среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей атомов магнетика и внешнего магнитного поля: B= 0 H= aH= 0(H+J).

Напряженность магнитного поля (Н [А/м])- векторная величина, количественно характеризующая магнитное поле вне зависимости от магнитных свойств среды и совпадающая в вакууме с магнитной индукцией: Н=В/ 0. В среде Н определяет тот вклад в магнитную индукцию, который дает внешний источник поля.

Магнитная проницаемость - физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции среды при воздействии магнитного поля Н. Относительная магнитная проницаемость ( ) - отношение магнитной индукции в магнетике к напряженности внешнего магнитного поля, вызывающему намагничивание магнетика.

Магнитная постоянная, или магнитная проницаемость вакуума - 0=1 (система СИ) и0=4 10-7 Гн/м (система СГС). Абсолютная магнитная проницаемость - а = 0 .

Начальная магнитная проницаемость ( н)- значение при малой напряженности поля.

Максимальная магнитная проницаемость ( max) - максимальное значение, достигаемое обычно в средних магнитных полях.

Магнитодвижущая сила (МДС, F [А]) - сила внешнего магнитного поля, порождающая поток магнитной индукции в магнетике (для катушки, или обмотки, равна произведению силы тока на количество витков F=I∙w).

Магнитный поток, или поток магнитной индукции (Ф [Вб]) - произведение вектора магнитной индукции на площадь поверхности, к которой этот вектор нормален Ф=В∙S.

Магнитное сопротивление (Rm[1/(Гн·м)])- отношение значения МДС к значению магнитного потока, вызванному этой МДС Rm= F/Ф.

Магнитная цепь - последовательность магнетиков, по которым проходит магнитный

поток.

Коэрцитивная сила (Hc) -напряженность поля на обратном ходе петли гистерезиса при которой достигается в магнетике нулевая индукция.

Петля гистерезиса - зависимость в ферромагнетике индукции от напряженности Н магнитного поля (кривая намагниченности) при изменении поля по циклу: увеличение модуля Н в прямом направлении до фиксированного уровня Нф - уменьшение модуля Н до нуля с переходом через нуль в обратном направлении - увеличение модуля Н до прежнего уровня Нф, но с обратным знаком - уменьшение модуля Н до нуля с переходом через нуль в прямом направлении и т.п. Гистерезис - это несовпадение значений В при одном и том же значении Н, но в зависимости от предыстории изменения Н, например, при увеличении Н до Нф и последующем уменьшении с Нф до Н.

Максимальная петля гистерезиса - петля, достигающая максимальной индукции насыщения Bs при Нф =Hmax.

Остаточная индукция (Br)- индукция магнитного поля на обратном ходе петли гистерезиса при нулевой напряженности магнитного поля.

Индукция насыщения (Bs) - максимальное значение индукции в ферромагнетике, соответствующее намагниченности насыщения.

Потери в обмотках (потери в меди) - потери электроэнергии на сопротивлении проводников обмоток и их нагревании.

Потери на перемагничивание - магнитная энергия, переходящая в тепло при каждом цикле перемагничивания (пропорциональна площади петли гистерезиса). Уменьшение потерь происходит при уменьшении коэрцитивной силы.

Потери на вихревые токи - потери магнитной энергии на создание вихревых токов в магнитном материале, пропорциональны второй степени частоты напряженности магнитного поля. Уменьшение материалов с повышенным удельным электрическим сопротивлением и набор магнитопровода из изолированных пластин (ЭДС самоиндукции пропорциональна площади поперечного сечения контура; мощность потерь пропорциональна квадрату ЭДС и обратно пропорциональна удельному сопротивлению).

Точка Кюри - температура, при которой ферромагнетик теряет вследствие усиливающегося теплового движения атомов свои магнитные свойства - происходит разрушение доменов.