ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ
РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система обеспечения единства измерении

Трансформаторы тока

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНАЯ МЕТОДИКА ПОВЕРКИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА НА МЕСТАХ
ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МИ 3123-2008

С-Петербург

2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНА ОАО «НИИВА» (г. Санкт-Петербург)

ИСПОЛНИТЕЛИ: Вильниц А.З., Акишина Т.И.

РАЗРАБОТАНА ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

ИСПОЛНИТЕЛИ: Шапиро Е.З., Никитин А.Ю., Гублер Г.Б.

2. УТВЕРЖДЕНА Управлением Метрологии Ростехрегулирования 17 июня 2008 г.

3. ЗАРЕГИСТРИРОВАНА ФГУП «ВНИИМС» 26 июня 2008 г.

4 ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

РЕКОМЕНДАЦИЯ

1. Область применения

Настоящая рекомендация распространяется на электромагнитные измерительные трансформаторы тока (ИТТ) с магнитопроводами из электротехнической стали, с номинальным током более 5000 А, класса точности 0,2S и менее точные.

Рекомендация устанавливает экспериментально-расчетную методику периодической поверки (ЭРМП) ИТТ на местах их эксплуатации, применяемую в тех случаях, когда проведение поверки ИТТ по методике, регламентированной ГОСТ 8.217, невозможно.

Примечание - В свидетельстве о поверке ИТТ должно быть указано: «Поверка выполнена в соответствии с МИ 3123-2008».

2. Нормативные ссылки

В настоящей рекомендации использованы ссылки па следующие нормативные документы:

ГОСТ 8.217-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы тока. Методика поверки.

ГОСТ 7746-2001 Трансформаторы тока. Общие технические условия.

ГОСТ 8.550-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений коэффициента и угла масштабного преобразования синусоидального тока.

ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.019-80 Система стандартов безопасности труда. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности.

ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

3. Общие положения

Настоящая ЭРМП ИТТ отличается от методики поверки, регламентированной ГОСТ 8.217, методом и техническими средствами определения токовой (f) и угловой (δ) погрешностей поверяемого трансформатора.

Традиционная методика поверки (по ГОСТ 8.217) предусматривает непосредственное измерение синфазной и квадратурной составляющих разности векторов вторичных токов поверяемого и эталонного трансформаторов, пропорциональных f и δ соответственно. Погрешности f и δ должны быть определены в диапазоне кратностей тока k = I/I_ном от 0,01 до 1,2, где I_ном - номинальное значение тока, I - значение тока при котором определяются погрешности.

Выполнение поверки ИТТ в полном объеме по требованиям ГОСТ 8.217 на местах их эксплуатации в некоторых случаях невозможно (невозможно подключение к первичной цепи ИТТ, необходима доставка к месту поверки источников тока до 30000 А, обладающих большими габаритами и массой). В ряде случаев имеется возможность определить погрешности поверяемого ИТТ по методике ГОСТ 8.217 только при одном значении кратности тока в области k от 0,2 до 1,2 при реальном первичном токе и реальной нагрузке вторичной цепи. Погрешности f и δ ИТТ для любых других значений k и для других значений нагрузки могут быть определены расчетным путем на основе экспериментального определения вольтамперной характеристики трансформатора (ВАХ) и данных о параметрах трансформатора и вторичной нагрузке.

В связи с отсутствием точных данных по количеству витков вторичной обмотки ИТТ (w₂) и по углу потери в материале магнитопровода (ψ), погрешность расчетного определения f и δ может составлять 0,5 - 0,7 от класса точности поверяемого ИТТ, что превышает допускаемые по ГОСТ 8.217 соотношения погрешностей поверяемого ИТТ и эталонных СИ и недостаточно для подтверждения соответствия ИТТ установленному классу точности.

Многочисленные экспериментальные исследования погрешностей ИТТ различных типов, проведенные последовательно по методике ГОСТ 8.217 и ВАХ, показали, что функции полученных значений погрешностей от кратности тока практически параллельны.

Это позволяет, при необходимости, ввести поправку на аддитивную систематическую ошибку расчета f и δ по ВАХ при одном значении k = k_x (где ИТТ был поверен по ГОСТ 8.217) и ту же поправку на расчетные значения погрешностей для других значений k. Расхождения значений погрешностей ИТТ, полученных по традиционной методике поверки и путем расчета по ВАХ, не превосходят 0,1 от пределов допускаемых значений.

Без введения поправок настоящая методика может быть эффективно использована при периодическом технологическом контроле состояния ИТТ внутри его межповерочного интервала, например, коротких замыканий или иных событий, вызывающих сомнения в сохранности метрологических характеристик ИТТ. Если полученные значения погрешностей f и δ превышают допускаемые более чем в 1,5 раза, ИТТ рекомендуется подвергнуть внеочередной поверке по ГОСТ 8.217.

В основу расчетной части ЭРМП ИТТ положено базовое положение теории электромагнитных трансформаторов тока об энергетическом балансе в первичных и вторичных цепях

где I₁; I₂ - токи в первичной и вторичной обмотках

w₁; w₂ - числа витков первичной и вторичной обмоток

I_μ - ток намагничивания, зависящий от потерь энергии в обмотках, магнитопроводе и нагрузке вторичной цепи.

Значение I_μ, определенное экспериментально, как показано в разделе 9.4.1, позволяет рассчитать (f) и (δ) по формулам

где α - угол сдвига фаз между I₂ и ЭДС вторичной цепи;

ψ - угол потерь в материале магнитопровода.

4. Операции поверки

4.1 При проведении поверки выполняются операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1

5. Средства поверки

5.1 Средства поверки, применяемые при поверке, приведены в таблице 2.

Таблица 2.

5.2 Допускается применение других средств поверки с метрологическими и техническими характеристиками не хуже приведенных в таблице 2.

5.3 Допускается применение вольтметра действующих значений напряжения при условии, что коэффициент искажений напряжения не превышает 5 %. Результаты измерений напряжения в этом случае следует разделить на коэффициент формы К_ф = 1,11.

5.4 Рекомендуемые средства измерений напряжения и тока с параметрами соответствующими таблице 2.

- Мультиметр цифровой

- Прибор для измерения электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии «Энергомонитр 3.3Т».

- Преобразователь параметров вольтамперных характеристик ИТТ «ПП-ВАХ».

5.5 Все используемые средства измерений должны быть внесены в государственный реестр СИ РФ и иметь действующие свидетельства о поверке.

6 Требования к квалификации поверителей

К поверке трансформаторов тока допускаются лица, аттестованные на право поверки средств измерений электрических величии, прошедшие обучение для работы с трансформаторами тока и инструктаж по технике безопасности, имеющие удостоверение на право работы на электроустановках напряжением до 1000 В и группу по электробезопасности не ниже III, прошедшие обучение по выполнению операций по настоящей рекомендации.

7 Требования безопасности

7.1 При проведении поверки соблюдают требования ГОСТ 12.2.007.0 и ГОСТ 12.3.019.

Следует также соблюдать требования безопасности, указанные в эксплуатационной документации на средства поверки.

7.2 Перед любыми переключениями в цепях схемы поверки следует убедиться, что питание установки отключено и ток в первичной цепи поверяемого трансформатора отсутствует.

8 Условия поверки и подготовка к ней

8.1 Условия проведения поверки:

- температура окружающей среды - от 15 °С до 35 °С;

- атмосферное давление от 85 до 105 кПа;

- относительная влажность воздуха - от 30 % до 80 %;

- параметры сети электропитания - по ГОСТ 13109.

8.2 Средства поверки подготавливают к работе согласно указаниям, приведенным в эксплуатационной документации на них.

8.3 Трансформатор предъявляют на поверку со свидетельством о предыдущей поверке, если оно выдавалось.

Примечание - В обоснованных случаях атмосферные условия при поверке могут быть отличными от указанных в п. 8.1, если при этом не нарушены условия применения используемой аппаратуры и требования безопасности.

9 Проведение поверки

9.1 Внешний осмотр.

Внешний осмотр производится в соответствии с требованиями п. 9.1 ГОСТ 8.217.

9.2 Проверка сопротивления изоляции.

Проверка сопротивления изоляции производится в соответствии с п. 9.2 ГОСТ 8.217.

9.3 Размагничивание трансформаторов производится в соответствии с п. 9.3.3 ГОСТ 8.217 по «Третьему способу», т.е. при разомкнутой первичной обмотке и изменении тока во вторичной обмотке от 10 % до 0,2 % от номинального значения вторичного тока.

9.4 Определение погрешности ИТТ.

Процедура определения погрешностей f и δ поверяемого ИТТ в соответствии с настоящей ЭРМП ИТТ предусматривает выполнение 3-х операций:

1. Определение погрешностей ИТТ при одном значении тока по методике ГОСТ 8.217;

2. Определение погрешностей ИТТ по ВАХ во всей рабочей области токов при k от 0,01 до 1,2;

3. Введение поправки на аддитивную систематическую ошибку в результат расчета f и δ по ВАХ.

Примечание - Последовательность выполнения операций 1 и 2 может быть любая.

9.4.1 Определение погрешностей ИТТ при одном значении тока.

Операция выполняется в соответствии с методикой ГОСТ 8.217. Допускается определение погрешностей при реальном рабочем токе в первичной цепи ИТТ и реальной вторичной нагрузке. Значение вторичного тока I₂ должно быть измерено с относительной погрешностью не более 5 %, значение реальной нагрузки вторичной цепи Z_н0 - с относительной погрешностью не более 4 %.

Результаты измерений фиксируются в таблице 3, где k₀, f₀ (%) и δ₀ (мин) значения k, f и δ, полученные экспериментально по п. 9.4.1.

Таблица 3

9.4.2 Определение погрешностей ИТТ по ВАХ

Погрешности поверяемого трансформатора тока f и δ определяются экспериментально-расчетным путем, который предусматривает выполнение следующих операций:

- измерение сопротивления вторичной обмотки (r₂);

- определение (построение) вольтамперной характеристики (ВАХ) по вторичной обмотке поверяемого трансформатора;

- расчет значений угла сдвига фаз α между э.д.с. и током во вторичной обмотке при заданных значениях активного (R₂) и реактивного (Х₂) сопротивлений нагрузки;

- определение значений угла потерь ψ;

- расчет погрешностей f и δ для различных значений кратности тока области токов при k от 0,01 до 1,2;

9.4.2.1 Измерение сопротивления вторичной обмотки (r₂).

Для измерения сопротивления вторичной обмотки ИТТ необходимо отключить зажимы 1 и 2 вторичной обмотки (см. рис. 1) от схемы, подключить к ним прибор для измерения сопротивления постоянному току и произвести измерение сопротивления r₂.

9.4.2.2 Определение вольтамперной характеристики.

Схема проведения измерений представлена на рис. 1.

РИН - регулируемый источник напряжения;

А - амперметр; V -вольтметр;

ИТТ - поверяемый измерительный трансформатор тока.

Рисунок 1 - Схема измерений при определении ВАХ.

а) Перед проведением измерений необходимо рассчитать значения напряжений U_jk, при которых определяется ВАХ по формуле

где I_2н - номинальный вторичный ток;

k = I₂/I_2н - кратность тока;

Z_2П - значение полного сопротивления вторичной цепи, для которого рассчитываются f и δ.

где r₂ и R₂ - активные сопротивления вторичной обмотки и нагрузки;

x₂ и Х₂ - реактивные сопротивления вторичной обмотки и нагрузки.

Сопротивление r₂ определяется путем измерения на постоянном токе (см. п. 9.4.1).

Значение х₂ обычно бывает неизвестно. При равномерном распределении витков вторичной обмотки по сердечнику потоки рассеяния минимизированы и значением x₂ можно пренебречь, приняв x₂ = 0.

Расчет Z_2П может быть выполнен для любого значения нагрузки (Z_2н) от Z_2н = 0 до номинального значения Z_2н = Z_{2н ном} (в том числе для реального значения нагрузки на месте эксплуатации ИТТ).

Результаты расчетов U_jk для выбранных значений k и Z_2н заносятся в таблицу 3.

Обязательным является определение f и δ при значениях k и Z_2н, регламентированных ГОСТ 8.217 (см. Примечание к п. 9.4), приведенных в таблице 3.

Таблица 3

Примечания

1. Для дальнейшего введения поправки одно из значений k должно быть выбрано равным k₀ (см. таблицу 3).

2. При использовании программы автоматизированного расчета f и δ рекомендуется производить измерения при 10 - 15 значениях U_jk.

б) С помощью РИН по показаниям вольтметра V последовательно устанавливаются, значения напряжения U_j, близкие (±10 %) к значениям U_jk (таблица 3) и производятся измерения соответствующих им значений тока намагничивания I_μj амперметром А,

Результаты измерений заносятся в таблицу 4, представляющую собой ВАХ в числовой форме

Таблица 4

I_2j - значение вторичного тока, соответствующее каждой паре значений U_j и I_μj при заданном Z_2П, равное U_j/Z_2П.

k_j - значение кратности тока, соответствующее I_2j.

9.4.2.3 Определение угла сдвига фаз α между ЭДС и током вторичной обмотки;

Угол α рассчитывается по формуле

где r₂ и x₂ - активное и реактивное сопротивления вторичной обмотки;

R₂ и Х₂ - активное и реактивное сопротивления нагрузки Z_2н.

Для нормированного в паспорте ИТТ значения номинальной нагрузки Z_{2н ном} при cosϕ = 0,8 R₂ = 0,8Z_2н и X₂ = 0,6 Z_2н.

При принятом х₂ = 0 и Z₂ = Z_2н:

9.4.2.4 Определение значений угла ψ

Значение угла ψ определяется для ленточных магнитопроводов из электротехнической стали в зависимости от k по данным таблицы 5.

Таблица 5

9.4.2.5 Расчет погрешностей f и δ поверяемого ИТТ.

Расчет погрешностей f и δ поверяемого ИТТ для заданного сопротивления нагрузки, в том числе, если необходимо, для измеренного сопротивления реальной нагрузки вторичной цепи, выполняется для каждой пары значений U_j и I_μj по формулам

где I_2j значение вторичного тока, равное U_j/Z_2П (См. таблицу 4)

Примечание - Если известно действительное число витков вторичной обмотки поверяемого ИТТ w₂, отличающееся от номинального w_2н, то расчет погрешности f выполняется по формуле

Результаты расчетов f_j и δ_j вносятся в таблицу 6.

Таблица 6

В ряду других значений _kj расчет f и δ должен быть выполнен при k_j = k₀ и Z_н = Z_н0.

9.4.3 Введение поправки на аддитивную систематическую ошибку в результат расчета f и δ по ВАХ.

Значения поправок к результатам расчетов f и δ по ВАХ определяются как:

где - f₀ и δ₀ - значения погрешностей ИТТ, определенные по методике ГОСТ 8.217 при одном значении тока кратностью k₀ ≥ 0,2 (см. таблицу 3);

f_j0 и δ_j0 - значения погрешностей ИТТ, определенные расчетным путем (см. таблицу 7) при k_j = k₀.

Результаты расчетов погрешностей ИТТ (f_jп и δ_jп) с учетом поправок вносятся в таблицу 7.

Таблица 7

9.4.6 Автоматизированный расчет погрешностей f_j и δ_j

Расчет погрешностей f и δ в соответствии с настоящей ЭРМП может быть выполнен на ПЭВМ с применением программы автоматизированного расчета погрешностей ИТТ. Для ввода исходных данных в ЭВМ должен быть заполнен бланк исходных данных (таблица 8).

Таблица 8

Бланк исходных данных

________

*Данные, которые должны быть введены обязательно, отмечены знаком*.

Если какие-то данные отсутствуют, во втором столбце таблицы 6 должен быть поставлен прочерк. В зависимости от комплекта данных ПЭВМ выбирает оптимальный вариант решения задачи.

Результаты автоматизированного расчета могут быть выведены на дисплей компьютера или на принтер в виде табличных или графических зависимостей f_j и от кратности тока и нагрузки вторичной цепи.

10. Оформление результатов поверки

10.1 Результаты экспериментально-расчетного определения погрешностей трансформатора заносят в протокол, рекомендуемая форма которого приведена в приложении А.

10.2 Результаты поверки считаются положительными, если значения погрешностей f_jп и δ_jп, полученные с использованием настоящей рекомендации, не превосходят пределов допускаемых значений по ГОСТ 7746;

10.3 Положительные результаты поверки оформляются нанесением оттиска поверительного клейма, навешиванием пломбы с оттиском поверительного клейма или выдачей свидетельства о поверке.

10.4 При отрицательных результатах поверки трансформаторы к применению не допускаются, свидетельство о предыдущей поверке аннулируется, клеймо гасится или выдается свидетельство о непригодности.

Приложение А
(рекомендуемое)

Форме протокола поверки