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EINFLUSS VON TRANSFORMATOREN FEHLER

Der Produktionsrückgang in den letzten Jahren hat zu einem Rückgang der Lasten in einer Reihe von Knoten des Stromnetzes sowie zu einem Rückgang des industriellen Verbrauchs geführt, was wiederum das Auftreten eines negativen Fehlers in automatisierten Stromregelungs- und Messsystemen (AMR) verursacht hat. Der Grund dafür war das Auftreten eines negativen Fehlers bei den primären Strom- und Spannungssensoren, die Strom- und Spannungswandler verwenden. Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung der Fehlerursachen und der Beseitigung der Unterberichterstattung über den Stromverbrauch in AMR-Systemen.

Die Fehler der Stromwandler (Strom und Winkel) sind auf das Vorhandensein eines Magnetisierungsstroms zurückzuführen und werden mit den Formeln [1, 2] berechnet:

aktueller Fehler

Formula (1)


wobei lm - die durchschnittliche Länge des Magnetflusses im Magnetkreis, m; z2 ist der Widerstand des Sekundärstromzweigs (die Impedanz des Sekundärkreises und der Sekundärwicklung), Ohm; f - Wechselstromfrequenz, Hz; Sm - der tatsächliche Querschnitt des Magnetkreises, m2; j ist der Verlustwinkel und a ist der Phasenwinkel zwischen der Sekundär-EMK. E2 und Sekundärstrom I2, Grad;

Winkelfehler

(2)

Der Haupteinfluss auf die Größe der Fehler von Stromwandlern hat ihre Strombelastung und den Widerstandswert des Sekundärkreises. Mit der Reduzierung des Stromverbrauchs von Industrieunternehmen überschreitet die Belastung von Stromwandlern häufig nicht 5–15%, was zu einer signifikanten Zunahme von Fehlern führt.

Die Grenzwerte für Strom- und Winkelfehler von Stromwandlern für Messungen (nach GOST 7746-89) sind in der Tabelle angegeben.

 

Genauigkeitsklasse

Primärstrom,% nominal

Grenzfehler

Sekundärlast,% nominal, mit cos j 2= 0,8

aktuell

Ecke

min

Hagel

0,2

5
10
20
100-200

± 0,75
± 0,50
± 0,35
± 0,20

± 30
± 20
± 15
± 10

± 0,9
± 0,6
± 0,4
± 0,3

 

0,5

5
10
20
100-200

± 1,5
± 1,0
± 0,75
± 0,5

± 90
± 60
± 45
± 30

± 2,5
± 1,7
± 1,35
± 0,9

25-100

Die Ergebnisse der Berechnung der Winkel- und Stromfehler von Stromwandlern des Typs TPOL 600/5 der Genauigkeitsklasse 0,5 nach den Formeln (1) und (2) sind in Abb. 1 dargestellt. 1 und 2 (dünne Linie - berechnete Kurve, fette Linie - Annäherung). Die Form des Näherungsausdrucks und das Übereinstimmungskriterium zwischen der berechneten und der Näherungskurve sind in den Figuren dargestellt.


Abb. 1


Abb. 2

Für Änderungsbereiche (1 - 10% und 10 - 100%) des Primärstroms vom Nennwert lauten die mathematischen Modelle des Stromfehlers der gängigsten Stromwandler:

TPOL10-600 / 5
Df [%] = 0,8428 * ln I1 - 1,9617 für 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0841 · ln I1 - 0,3919 für 10 <I1 <100%

TLSh10-2000 / 5
Df [%] = 0,7227 · ln I1 - 1,6815 für 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0722 · ln I1 - 0,3353 für 10 <I1 <100%

TPSHFD10 3000/5
Df [%] = 0,5986 · ln I1 - 1,2261 für 1 <I1 <10%
Df [%] = 0,0597 · ln I1 - 0,1111 für 10 <I1 <100%

Die Werte des Primärstroms I1 des Stromwandlers in der Formel sollten als Prozentsatz des Nennwerts eingesetzt werden.

Untersuchungen der am NITSE durchgeführten Stromwandlerfehler zeigten eine akzeptable Konvergenz von theoretischen und experimentellen Ergebnissen. In Abb. 3 zeigt die Ergebnisse einer experimentellen Studie des TT-Typs TPLM10-200 / 5, Genauigkeitsklasse 0,5.

Aus den Ergebnissen der Untersuchung der Stromfehler verschiedener Stromwandlertypen mit einem primären Nennstrom von 75 - 600 A konnten folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:


Abb. 3

  1. im Bereich der Abweichung des Primärstroms vom Nennwert von 1–25% hat der Stromfehler ein negatives Vorzeichen;
  2. mit zunehmendem Primärstrom nimmt der Absolutwert des Stromfehlers ab;
  3. experimentelle Studien bestätigen die Richtigkeit des mathematischen Modells des Stromfehlers des Stromwandlers;
  4. Durch die Berücksichtigung des Stromfehlers des Stromwandlers im automatischen Messsystem wird der Unwuchtwert an den Unterstationen verringert.
  5. die den Verbrauchern aufgrund des negativen Stromfehlers von Stromwandlern zugeführte Strommenge wird im Vergleich zum tatsächlichen Wert unterschätzt; Die Berücksichtigung des Stromfehlers des Stromwandlers in der AMR ermöglicht daher eine genauere Beurteilung der den Verbrauchern zugeführten Strommenge und die Erzielung eines bestimmten wirtschaftlichen Effekts, der weiter ausgewertet wird.

Die zweite Fehlerquelle bei der Elektrizitätsmessung ist ein Spannungswandler.

Nach [3, 4] wird der Spannungsfehler wie folgt bestimmt: DU = DUн + DUх (3)
wobei DUn der Spannungsfehler aufgrund des Laststroms ist,%; DUx - Spannungsfehler durch Leerlaufstrom,%.

Mit dem Vektordiagramm ist es möglich, die Fehlerkomponenten des Spannungswandlers mit ausreichender Genauigkeit wie folgt auszudrücken:



wobei U2 die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators ist, V; Ia ist die aktive Komponente des auf die Sekundärwicklung des Transformators A reduzierten Leerlaufstroms; r'1 ist der reduzierte Widerstand der Primärwicklung des Transformators, reduziert auf die Sekundärwicklung, Ohm; I'p ist die reduzierte Blindkomponente des Leerlaufstroms, reduziert auf die Sekundärwicklung des Transformators, A; x'1 - Reaktanz der Primärwicklung des Transformators, reduziert auf die Sekundärwicklung, Ohm; I2 ist der Laststrom des Transformators A; r2 ist der Widerstand der Sekundärwicklung des Transformators, Ohm; cosj2 - Lastleistungsfaktor, rel. Einheit; x - induktiver Widerstand des Transformators, Ohm.

Der Winkelfehler des Spannungswandlers ist definiert als

,
wobei d'x der Winkelfehler aufgrund des Leerlaufstroms ist; d'n ist der Winkelfehler aufgrund des Laststroms.

Die Komponenten des Winkelfehlers sind definiert als

;

Die Ergebnisse der Berechnung der Spannungswandlerfehler sind in Abb. 4 dargestellt. Die Größe der Sekundärlast I2 hat den Haupteinfluss auf den Fehler des Spannungswandlers.


Abb. 4


Abb. 5

Die Abhängigkeit des Fehlers des Spannungswandlers vom Lastfaktor für die Leistung (das Verhältnis der tatsächlichen Last der Sekundärwicklung des Spannungswandlers zum Nennwert der Last) beträgt

DU [%] = - 0,73 · Kz + 0,35,
wobei Cs die Spannungstransformatorbelastung der Sekundärwicklung ist, rel. Einheiten

Die erhaltenen Ausdrücke für die Fehler von Stromwandlern und Spannungswandlern ermöglichen es, die Genauigkeit der Elektrizitätszählung an Umspannwerken zu erhöhen.

Die Wirksamkeit der Einführung von AMR in einer Unterstation hängt ab

  • aus den Kosten der Einführung von AMR;
  • aus den wirtschaftlichen Auswirkungen, die sich aus der Umsetzung ergeben.

Gegenwärtig werden die Abrechnung des verkauften Stroms und die Berechnung der Energiebilanz in den meisten Umspannwerken mit elektromagnetischen Zählern durchgeführt, ohne die Fehler von Stromwandlern und Spannungswandlern zu berücksichtigen.

Häufig arbeiten Spannungswandler, wenn die Sekundärwicklung mehr als nominell belastet ist, dh mit einem negativen Fehler. Die meisten Lastspannungswandler bilden die daran angeschlossenen Messgeräte, insbesondere elektromagnetische Energiezähler. Beispielsweise werden im Umspannwerk Swerdlowskaja Induktionszähler vom Typ SASU-I670M mit einer Leistungsaufnahme von 4 Watt installiert. Durch die Einführung automatisierter Messsysteme werden Induktionsmessgeräte durch elektronische Systeme ersetzt, beispielsweise ein Frequenzalarmsystem, dessen Stromverbrauch das Zweifache von 2 Watt beträgt.

In diesem Fall wird der Lastfaktor des Spannungswandlers auf einen Wert von 1,1 halbiert und daher der Fehler des Spannungswandlers von 1,15% auf 0,5% verringert. Die Verringerung des Fehlers des Spannungswandlers führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Messung der den Verbrauchern zugeführten Elektrizität.

Die Berücksichtigung von Stromfehlern der Stromwandler und der Spannung im System des automatisierten Systems zur kommerziellen Erfassung des Stromverbrauchs ergibt einen wirtschaftlichen Effekt. Um die wirtschaftlichen Auswirkungen der Einführung von AMR abzuschätzen, wurde der jährliche Stromverbrauch im Umspannwerk Swerdlowskaja unter Berücksichtigung der Fehler der Strom- und Spannungswandler geschätzt. Die Berechnung wurde wie folgt durchgeführt:

  1. Anhand der verfügbaren Daten für die charakteristischen Winter- und Sommertage des Jahres (1997 und 1998) wurden die stündlichen Wirkleistungswerte (unter Berücksichtigung der Fehler der Strom- und Spannungswandler) nach Eingangs- und Ausgangsleitungen nach der Formel berechnet

    Rfact = P * KI * KU,
    wobei P die durchschnittlichen Stundenleistungswerte sind, die durch die Ablesungen von Elektrizitätszählern bestimmt werden;
    KI - Koeffizient unter Berücksichtigung des Stromfehlers des Stromwandlers, KU - Koeffizient unter Berücksichtigung des Fehlers des Spannungswandlers.

    KI = 1 - (Df I/ 100), KU = 1 - (Df U/ 100),
    Dabei ist Df Ider Stromfehler des Stromwandlers, Df Uder Fehler des Spannungswandlers.

     

  2. Ermittelt die Leistungsaufnahme für die charakteristischen Winter- und Sommertage unter Berücksichtigung der Fehler der Strom- und Spannungswandler (Wc. Fact und Wl. Fact) und ohne Berücksichtigung der Fehler (Wc und Wl) auf den Eingangs- und Ausgangsleitungen:

    Wz. Fact = S pfact.
    W lact = S pfact l,
    W3 = SP3,
    Wl = SRl.

     

  3. Berechnete den Wert des jährlichen Verbrauchs der aktiven Stromein- und ausgehenden Leitungen nach den Formeln

    W.fact = W.fact * Nз + W.fact * NL,
    Wg = Wc · Nz + Wl · Nl,
    Dabei ist N3 = 213 und NL = 152 die Anzahl der Winter- und Sommertage pro Jahr.

     

  4. Der Effekt der Einführung von AMR wird durch die Formel DW = SWg bestimmt. Fakt - SWg,
    wobei SWg. ​​fact und SWg - jährlicher Stromverbrauch durch Abgänge mit und ohne Fehler von Strom- und Spannungswandlern.

Wir werden den wirtschaftlichen Effekt für zwei Optionen abschätzen.

  1. Beim Messen von Strommessfehlern von Stromwandlern und beim Reduzieren von Fehlern von Spannungswandlern aufgrund des verringerten Energieverbrauchs von elektronischen Zählern werden die folgenden Auswirkungen erzielt:

    nach Angaben von 1997
    DW = 331021094-326683013 = 4338081 kW * h / Jahr;

    nach Angaben von 1998
    DW = 294647641-290512594 = 4135047 kWh / Jahr.

    In Geld ausgedrückt ist der wirtschaftliche Effekt (E) gleich (wenn die Stromkosten 0,4 Rubel / kW * h betragen)
    E = 1735 ... 1650 Tausend Rubel pro Jahr.

     

  2. Berücksichtigt man nur die Verringerung der Fehler von Spannungswandlern aufgrund des verringerten Energieverbrauchs von elektronischen Zählern, ergeben sich folgende Auswirkungen:

    nach Angaben von 1997
    DW = 328316428-326683013 = 1633415 kW * h / Jahr;

    nach Angaben von 1998
    DW = 292196976-290512594 = 1684382 kWh / Jahr.

    In Geld ausgedrückt ist der wirtschaftliche Effekt gleich (wenn die Stromkosten 0,4 Rubel / kWh betragen)
    E = 653 ... 674 Tausend Rubel pro Jahr.

Abschließend können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen:

  • Eine Reduzierung der Lasten in einer Reihe von Knoten des Stromnetzes sowie ein Rückgang des Stromverbrauchs durch die Industrie führten zum Auftreten negativer Fehler bei Stromwandlern und dementsprechend zu einer kommerziellen Unterzählung des Energieverbrauchs.
  • Um die Unterzählung des Stromverbrauchs zu beseitigen, müssen Korrekturfaktoren eingeführt werden.
  • Die Berücksichtigung der Fehler von Stromwandlern in AMR sowie die Reduzierung der Fehler des Spannungswandlers aufgrund der Einführung neuer elektronischer Zähler führen zu einem erheblichen wirtschaftlichen Effekt.