РАЗДЕЛ 2
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ
2.1. Коррекция погрешностей измерительных трансформаторов
2.1.1. Анализ влияния погрешностей измерительных трансформаторов на точность контроля ТПРЭ.
Весь поток информации, используемой в АСКЭ, можно условно разделить на две категории [39]:
* первичная информация, получаемая в процессе измерений и характеризующаяся инструментальной и методической погрешностью;
* вторичная информация, формируемая в процессе обработки результатов измерений и характеризующаяся методической погрешностью и погрешностью вычислений.
Неотъемлемым условием успешного функционирования АСКЭ является большая информационная емкость первичной информации, которая должна содержать исчерпывающие сведения о текущих параметрах режимов электропотребления. Такие сведения несут в себе напряжение и ток. Однако, как правило, они имеют уровни, намного превышающие пределы средств измерений. С целью приведения напряжения и тока к виду, пригодному для прямых измерений, используют измерительные трансформаторы (ИТ) напряжения (ТН) и тока (ТТ). Принимая во внимание их высокую надежность, они наиболее приемлемы на сегодняшний день для использования в АСКЭ, поскольку напряжения и токи, снимаемые с их вторичных обмоток, практически сохраняют первоначальную форму и взаимное расположение, а значит не теряют своей информационной емкости [39].
Тем не менее следует отметить, что в настоящее время для учета электроэнергии применяются ТН и ТТ класса точности 0,5 - 1,0, а иногда и ниже (трансформаторы класса 0,2 используются только в лабораторных условиях). Это обстоятельство делает нецелесообразным попытки повысить точность учета электроэнергии и контроля ТПРЭ в АСКЭ без применения специальных методов коррекции погрешностей ИТ.
Напомним, что напряжения и токи, снимаемые со вторичных обмоток ИТ, характеризуются амплитудными погрешностями (погрешность напряжения ТH и токовая погрешность ТТ) и угловыми погрешностями (несовпадение фаз сигналов в первичной и вторичной обмотке ИТ). Амплитудные погрешности оказывают влияние как на результаты измерения действующих значений напряжений и токов, так и на результаты определения мощности, электроэнергии и ПКЭ. Причем отрицательный характер амплитудных погрешностей приводит к недоучету мощности и электроэнергии [59]. Угловые погрешности измерительных трансформаторов не оказывают влияния на результаты измерения действующих значений напряжений и токов. Некоторая погрешность вносится в результаты определения ПКЭ, особенно в тех случаях, когда используются три однофазных трансформатора напряжения, каждый из которых имеет, в общем случае, отличное от других ТН значение угловой погрешности. Однако угловые погрешности ТН и ТТ оказывают значительное влияние на результаты определения мощности и электроэнергии, причем погрешности определения этих величин зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током. Проиллюстрируем это следующим образом. Пусть угол сдвига фаз между напряжением и током в электрической сети равен ? (рис.2.1). Трансформатор напряжения вносит в фазу измеряемого напряжения погрешность, выражающуюся в том, что вектор вторичного напряжения U2' ТН не совпадает по направлению с вектором первичного напряжения U1 на угол ?u. Трансформатор тока также вносит в фазу измеряемого тока погрешность ?i (несовпадение векторов I1 и I2') [60]. Принято считать угловую погрешность измерительного трансформатора положительной, если вектор сигнала во вторичной цепи опережает вектор сигнала в первичной цепи и наоборот. Как правило, угловая погрешность ТН носит отрицательный характер, а угловая погрешность ТТ - положительный [61].
U1 U2'
?u
?` I2'
? ?i I1
Рис.2.1. Угловые погрешности измерительных трансформаторов
В результате угол сдвига фаз между измеряемыми сигналами равен:
?' = ? - ( ?i - ?u ) = ? - ?. (2.1)
Значения активной и реактивной мощности в электрической цепи определяются выражениями:
P = U1 I1 cos(?); Q = U1 I1 sin(?), (2.2)
где U1, I1 - напряжение и ток в измеряемой цепи;
? - угол сдвига фаз напряжения и тока в измеряемой цепи.
При использовании ИТ значения этих величин определятся, соответственно, выражениями:
P'= U2 ku I2 ki cos(?'); Q'= U2 ku I2 ki sin(?'), (2.3)
где U2, I2 - напряжение и ток во вторичных цепях соответственно ТН и ТТ;
ku, ki - коэффициенты трансформации соответственно ТН и ТТ.
Результирующая погрешность определения активной и реактивной мощностей, вносимая угловыми погрешностями измерительных трансформаторов, определится как:
P - P' U1 I1 cos(?) - U2 ku I2 ki cos(?')
?P = --------- 100% = ------------------------------------------------- 100% =
P U1 I1 cos(?)
cos(?') cos( ? - ? )
= ( 1 - ---------- ) 100% = ( 1 - -------------- ) 100% =
cos(?) cos(?)
cos(?) cos(?) + sin(?) sin(?)
= ( 1 - -------------------------------------------- ) 100% =
cos(?)
= ( 1 - cos(?) - tg(?) sin(?)) 100%; (2.4)
Q - Q' U1 I1 sin(?) - U2 ku I2 ki sin(?')
?Q = ---------- 100% = -----------