Трансформаторы тока нового поколения в системе АСКУЭ, АИИС КУЭ

В данной статье речь пойдет о применении трансформаторов тока нового поколения с нанокристаллическим магнитопроводом и межвитковой изоляцией с полимерной кремнийорганической резиной в системе коммерческого учета электроэнергии АСКУЭ, АИИС КУЭ.

В последние десятилетия в энергетике Украины, Российской Федерации и большинства стран СНГ тенденция экономить средства на внедрении передовой измерительной техники привела к постепенному росту погрешностей измерений через физическое старение измерительных трансформаторов, в свою очередь это не способствует улучшению качества управления энергосистемами.

Известно, что годовые потери в результате погрешностей измерения действующими измерительными системами в несколько раз превышают приведенные затраты на измерения. Подавляющее большинство трансформаторов тока (ТТ), изготавливаемых и эксплуатируемых имеют ряд существенных недостатков:

• низкие классы точности и недостаточную точность измерения при малых первичных токов;
• низкую пожароустойчивость бумажно-масляной изоляции;
• значительную погрешность по намагничиванию постоянным током;
• производство данных ТТ требует больших затрат энергоресурсов, они быстро теряют изоляционные свойства в эксплуатации, в случае внутренних повреждений есть возможность взрывов, их определяют высокая стоимость и эксплуатационные расходы, а также большая материалоемкость и массогабаритные показатели.

Кардинально улучшить метрологические и другие характеристики ТТ при учете электроэнергии в системе коммерческого учета, возможно благодаря использованию при их производстве магнитопроводов из нанокристаллических сплавов и межвитковой изоляции полимерной кремнийорганической резины, что и было реализовано при разработке трансформаторов тока нового поколения.

Нанокристаллические сплавы характеризуются:

• высокой магнитной проницаемостью μ в слабых полях (начальная μн = 40 000-50 000), причем их магнитные характеристики устойчивы и стабильны, чем в электротехнической стали;
• высокой магнитной индукцией насыщения (Вs = 1,2 1,3 Тл по Н = 800 А/м) низкой коэрцитивной силой (Нс < 2,5 А/м), соответственно очень узкой петлей гистерезиса;
• высоким удельным электрическим сопротивлением (1,6 мкОм*м), в связи с чем отпадает необходимость в изоляции слоев сердечника лаком (достаточно оксидной пленки), и соответственно малыми потерями на вихревые токи (менее 5 Вт/кг за f = 20 Гц) близкой к нулю магнитострикцией;
• стойкостью к магнитному старения — сохраняют свои свойства при температуре не менее 100 лет, а при температуре плюс 50 ° С — не менее 50 лет.

Отметим, что во время периодических в процессе эксплуатации проверок ТТ, выполненных на сердечниках с электротехнической стали, отбраковывается из-за изменения их метрологических характеристик в связи со старением сердечников, по разным источникам, от 20 до 80% трансформаторов тока.

Магнитные вихретоковые потери в нанокристаллических магнитопроводах в 4 — 10 раз меньше, чем в сердечниках из электротехнической стали. Благодаря высоким магнитным свойствам сердечников удается уменьшить их габариты и соответственно затраты провода на вторичную обмотку, дополнительно уменьшаются электрические потери в меди.

Эти магнитопроводы дают возможность достичь высокой линейности кривой намагничивания в диапазонах от 1 до 200% первичного номинального тока ТТ и от 0 до 100% номинального вторичного напряжения.

Были проведены теоретические исследования и испытан в установившемся режиме новый ТТ с нанокристаллическим магнитопроводом. Сравнительные основные технические характеристики существующего ТТ типа ТПЛ-10 и нового ТТ приведены в таблице.

Характеристика	Обозначение	Тип ТТ
		ТПЛ-10	Новый ТТ
Количество витков первичной обмотки	W1	5	1
Вторичная нагрузка, ВА	S	2,5	2,5
Коэффициент мощности нагрузки	cosφ	0,8	0,8
Начальная намагниченность	μ	1,5 x 103	80 x 103
Токовая погрешность,* %	f1	0,9	0,05
Угловая погрешность, мин	∆	22,3	3,8
Вес, кг		18	1,5
* Токовые и угловые погрешности представлены для тока, значение которого равно 5% номинального значения I1ном.

Из таблицы видно, что ТТ нового типа имеет преимущества относительно значений погрешностей: токовой (на порядок) и угловой (в 6 раз), в весе (в 12 раз).

Из приведенных на рис.1 графиков токовой и угловой погрешностей ТТ на напряжение 10 кВ видно, что при максимальной нагрузке, равной 0,2 Ом (S = 5 ВА), значение его ошибок более чем на порядок меньше нормированных ГОСТ. При уменьшении нагрузки ТТ до 0,7 ВА можно получить погрешность близкую к нулю.

Для угловых погрешностей влияние уменьшения нагрузки не такое значительное, поскольку ее абсолютное значение очень мало. Хотя класс точности нового ТТ 0,2s, результаты испытаний свидетельствуют, что фактически можно получить еще выше класс точности.

Рис. 1. Зависимости погрешностей нового ТТ от первичного тока при различных значениях вторичного нагрузки:
а — токовой; б – угловой

На рис. 2 изображен общий вид нового ТТ в кремнийорганической резине. Он имеет современный вид и лучше, чем в существующих ТТ с эпоксидной изоляцией, изоляционные характеристики.

Рис. 2. Общий вид ТТ на напряжение 10 кВ

Авторы статьи:

B.C. СТОГНИЙ, акад. НАН Украины, Є.М. ТАНКЕВИЧ, д-р техн. наук, В.В. МАСЛЯНИК, канд. техн. наук.