Микросхемы для построения счетчиков электроэнергии. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

7. Микросхемы для счетчиков электроэнергии
MAXQ-3120 фирмы MAXIM
ADE7751 фирмы Analog Devices
ADE7751 фирмы Analog Devices
ADE7751 фирмы Analog Devices
ADE7751 фирмы Analog Devices
ADE7751 фирмы Analog Devices
ADE7751 фирмы Analog Devices
SPM3D фирмы Easy Meter
Сравнительная таблича микросхем для построения электросчетчиков
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9

7.1.1. Микросхемы для построения счетчиков
Счетчик электроэнергии на основе микросхемы MAXQ-3120

Структурная схема микроконтроллера MAXQ3120
7.1.2. Микросхемы для построения счетчиков

Отличительные особенности микроконтроллера MAXQ3120 :
Высокоэффективное, эко­номичное Поразрядное ядро RISC
Рабочая частота от 0 до N МГц, производительность до 1 млн.операций в сек./ МГц
Напряжение питания ядра и ввода-вывода 3.3В
33 инструкции, большинс­тво из которых выполня­ются за один машинный цикл
Три раздельных указа­теля данных ускоряют перемещение данных с автоматически инкремен­том/декрементом
16-уровневый аппаратный стек
16-разрядное слово инс­трукции, 16-разрядная шина данных
16 х 16 разр. рабочих ре­гистров общего назначе­ния
Оптимизировано под Си-компилятор (высокое быс­тродействие плотность кода)
Память программ и данных
флэш-память емкостью 16 кбайт
1 млн. циклов записи/ стирания
256 байт внутреннего ОЗУ данных
программирование через интерфейс JTAG
Два 16-разрядных сигма-дельта АЦП
Дифференциальные входы
Программируемое усиление 1х или 16х
Встроенные фильтры
Цифровая фазовая компенсация и подстраиваемый источник опорного напряжения
7.1.3. Микросхемы для построения счетчиков

Отличительные особенности микроконтроллера MAXQ3120 (продолжение):
Периферийные устройства
До 32 линий ввода-вывода общего назначения
112 сегментный драйвер жки
До 4 общих линий и 28 сегментных
Поддержка статической работы и смещений 1/2 и 1/3
Не требуются внешние резисторы
Два последовательных USART, один из них — с поддержкой инфракрасной шим
Однотактное аппаратное перемножающее устройство 16 х 16 и 40-разряд-НЫЙ накопитель
Три 16-разрядных программируемых таймера-счетчика, один из них — с поддержкой инфракрасной ШИМ
8-разрядный системный таймер/сигнализатор
32-разрядные часы реального времени с резервным питанием, цифровой настройкой и суточным будильником
Программируемый сторожевой таймер
Гибкий интерфейс програм­мирования
Загрузчик упрощает внут­рисистемное программи­рование через интерфейс JTAG
Поддержка внутриприкладного программирования флэш-памяти
Потребляемая мощность
Работа флэш-памяти: < 28 мА при 8 МГц, 3,3В
В «спящем» режиме: 320 мкА
Экономичный режим де­ления на 256
7.1.4. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7751
7.2.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7751
Высокая точность; счетчик поддерживает стандарт 50 Гц/60 Гц IEC 687/1036
Ошибка менее 0,1% при динамическом диапазоне 500:1
ИС ADE7751 выдает значение средней активной мощности на частотных выходах F1 и F2
Высокочастотный выход CF предназначен для калибровки и выдает значение мгновенной активной мощности
Позволяет использовать 2 трансформатора тока.
Два логических выхода (FAULT и REVP) можно использовать для индикации возможного неправильного подключения к сети и состояния неисправности.
Прямое управление электромеханическими счетными механизмами и двухфазными шаговыми двигателями (выходы F1 и F2)
Усилитель с программируемым коэффициентом усиления в канале измерения тока позволяет использовать шунт с малой величиной сопротивления
Собственные встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне условий и долговременную стабильность
Встроенный контроль напряжения источника питания
Встроенная защита от самохода счетчика (имеется порог мощности нагрузки, начиная с которого счетчик работает)
Встроенный источник опорного напряжения 2,5 В±8% (типичный дрейф составляет 30·10-6/°С) с возможностью подключения внешнего источника опорного напряжения
Один источник питания 5 В, низкая потребляемая мощность (типичное значение 15 мВт)
Недорогая КМОП технология
7.2.2. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7751
7.2.3. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7751
7.2.4. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7751
7.2.5. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7759
7.2.6. Микросхемы для построения счетчиков

Схема простого однофазного счетчика электроэнергии на основе AD7751
7.2.7. Микросхемы для построения счетчиков

Схема однофазного счетчика электроэнергии с сопротивлением подделки на основе AD7751
7.2.8. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7752
7.3.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7752
Высокая точность; счетчик поддерживает стандарт 50 Гц/60 Гц IEC 687/61036
Погрешность менее 0,1% при динамическом диапазоне 500:1
Совместим с трехфазными трехпроводными и четырехпроводными сетями
ИС ADE7752 выдает значение средней активной мощности на частотных выходах F1 и F2
Высокочастотный выход CF предназначен для калибровки и выдает значение мгновенной активной мощности
Логический выход NEGP можно использовать для индикации возможного неправильного подключения к сети или отрицательной мощности
Напрямую подключается к электромеханическим счетным механизмам и двухфазным шаговым двигателям (выходы F1 и F2)
Собственные встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне условий окружающей среды и долговременную стабильность
Встроенный контроль напряжения источника питания
Встроенная защита от самохода счетчика (имеется порог мощности нагрузки, начиная с которого счетчик регистрирует энергию)
Встроенный источник опорного напряжения 2,4 В±8% (типичный дрейф составляет 20·10-6/°С) с возможностью подключения внешнего ИОН
Один источник питания 5 В, низкая потребляемая мощность (типичное значение 60 мВт)
Недорогая КМОП технология
7.3.2. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7752
7.3.3. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7752
7.3.4. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7752
7.3.5. Микросхемы для построения счетчиков

Трехфазний счетчик электроэнергии на основе ADE7752
7.3.6. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7754
7.4.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7754
Высокая точность; соответствует стандарту IEC 687/61036
Совместим с трехфазной трехпроводной, трехфазной четырехпроводной сетями с различной конфигурацией
Погрешность менее 0,1% при измерении активной энергии в динамическом диапазоне 1000:1
ИС обеспечивает измерение: активной энергии, полной (вольтамперной) энергии, среднеквадратичного значения напряжения, среднеквадратичного значения тока и получение дискретных отсчетов входных сигналов
Цифровая калибровка мощности, сдвига фазы и постоянного смещения на входе
Встроенный датчик температуры (точность тип. ±4°C после калибровки)
Программируемые пороги детекции снижения и повышения напряжения сети
SPI-совместимый последовательный интерфейс с линией запроса на прерывание (IRQ)
Импульсный выход с программируемой частотой
Встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне режимов и долговременную стабильность
Один источник питания 5 В
7.4.2. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7754
7.4.3. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7754
7.4.4. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7754
7.4.5. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7754
7.4.6. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7755
7.5.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7755
Высокая точность; счетчик поддерживает стандарт 50 Гц/60 Гц IEC 687/1036
Ошибка менее 0,1% при динамическом диапазоне 500:1
ИС ADE7755 выдает значение средней активной мощности на частотных выходах F1 и F2
Высокочастотный выход CF предназначен для калибровки и выдает значение мгновенной активной мощности
Совместимость по выводам с микросхемой AD7755 с синхронными выходами CF и F1/F2
Логический выход REVP можно использовать для индикации возможного неправильного подключения к сети (отрицательной мощности)
Прямое управление электромеханическими счетными механизмами и двухфазными шаговыми двигателями (выходы F1 и F2)
Усилитель с программируемым коэффициентом усиления в канале измерения тока позволяет использовать шунт с малой величиной сопротивления
Собственные встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне условий и долговременную стабильность
Встроенный контроль напряжения источника питания
Встроенная защита от самохода счетчика (имеется порог мощности нагрузки, начиная с которого счетчик работает)
Встроенный источник опорного напряжения 2,5 В±8% (типичный дрейф составляет 30·10-6/°С) с возможностью подключения внешнего источника опорного напряжения
Один источник питания 5 В, низкая потребляемая мощность (типичное значение 15 мВт)
Недорогая КМОП технология
7.5.2. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7755
7.5.3. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7755
7.5.4. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7755
7.5.5. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7755
7.5.6. Микросхемы для построения счетчиков

Схема простого однофазного счетчика электроэнергии на основе AD7755
7.5.7. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7758
7.6.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7758
Высокая точность; счетчик поддерживает стандарты IEC 60687, IEC 61036, IEC 61268, IEC 62053-21, IEC 62053-22, and IEC 62053-23
Возможно использовать в 3 фазных/3 проводных, 3 фазных/4 проводных и других 3 фазных сетях.
Ошибка менее 0,1% при динамическом диапазоне 1000:1 при 25°С
Позволяет учитывать активную/реактивную/кажущуюся мощность, среднеквадратичное значение напряжения, среднеквадратичное значение тока, и выбирать данные о форме волны.
Два импульсных выхода, один для активной мощности и другой выбираемый между реактивной и кажущейся мощностью с программируемой частотой
Цифровая мощность, фаза, и среднеквадратические смещения калибровка (Digital power, phase, and rms offset calibration)
На чипе, программируемые пользователем пороги для линейного напряжения SAR и обнаружения броска напряжения
На чипе, цифровой интегратор позволяет подключать токовые сенсоры с di/dt выходами
PGA в канале тока позволяет подключать шунты и трансформаторы тока
SPI ® - совместимый последовательный интерфейс с запросом на прерывание
Собственные встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне условий и долговременную стабильность
Встроенный источник опорного напряжения 2,5 В±8% (типичный дрейф составляет 30·10-6/°С) с возможностью подключения внешнего источника опорного напряжения
Один источник питания 5 В, низкая потребляемая мощность (типичное значение 70 мВт)
7.6.2. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема ADE7759
7.7.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы ADE7759
Высокая точность, поддержка IEC 687/1036
Встроенный цифровой интегратор, позволяющий напрямую подключить токовый сенсор типа катушки Роговского с di/dt выходом
Ошибка измерения менее 0,1 % в динамическом диапазоне от 1000 до 1
Встроенный программируемый пользователем порог детектирования снижения напряжения и контроля напряжения питания
ADE7759 позволяет измерять волновые характеристики и активную составляющую потребляемой мощности с разрешением 40 бит
Расчет энергии, фазы и DC вход смещающей калибровки
Встроенный температурный датчик
SPI – совместимый последовательный интерфейс
Импульсный выход с программируемой частотой прерывания
Вывод запроса прерывания и регистр статуса запросов прерывания
Собственные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне климатических условий и долговременную стабильность
Встроенный источник опорного напряжения 2,4 В, ±8% (типичный дрейф составляет 20*10-6/°С) с возможностью подключения внешнего источника опорного напряжения
Однополярное питание 5 В, низкое энергопотребление (типовое значение 25 мВт)
7.7.2. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7759
7.7.3. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7759
7.7.4. Микросхемы для построения счетчиков

ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫВОДОВ микросхемы ADE7759
7.7.5. Микросхемы для построения счетчиков

Функциональная схема SPM3D фирмы EasyMeter
7.8.1. Микросхемы для построения счетчиков

ОСОБЕННОСТИ микросхемы SMP3D
обеспечивает точность класса 0.5 согласно IEC 61036 в динамической области 500:1
работает с шунтовыми и трансформаторными датчиками входного тока
потребляемая мощность -менее 10 мВт
напряжение питания - 5В
диапазон рабочих температур - от -45°С до + 85°С
имеет двухтарифную логику, управляет двумя шаговыми двигателями
детектор нулевой мощности
индикатор направления движения энэргии
диапазон рабочих частот –DC от 0 до 5КГц
наличие внутреннего опорного напряжения и регулятора питания
требует небольшого числа внешних элементов
может применяться в 3-х фазных электросчетчиках
7.8.2. Микросхемы для построения счетчиков

7.8.3. Микросхемы для построения счетчиков

Схема подключения SPM3D для однофазного счетчика электроэнергии
7.8.4. Микросхемы для построения счетчиков

7.9.1. Микросхемы для построения счетчиков

7.9.2. Микросхемы для построения счетчиков

7.9.3. Микросхемы для построения счетчиков

7.9.4. Микросхемы для построения счетчиков

7.9.5. Микросхемы для построения счетчиков
К1986ВЕ21, К1986ВЕ23
Производитель - ЗАО ПКК «Миландр», Россия
Используются в счетчиках «Милур» 104, 105, 304, 305, 306
(класс точности 1, 0.5S, 0.2S)

8. Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Характеристики измерительных трансформаторов.
Трансформаторы тока.
Трансформаторы напряжения.
8.2
8.1
8.3

8.1 Характеристики измерительных трансформаторов тока и напряжения
Погрешности электромагнитных измерительных трансформаторов возникают вследствие:
неполной электромагнитной связи между первичной и вторичной обмотками из-за рассеяния магнитного потока, и потерь энергии в проводниках и магнитной системе.
Падения напряжения (или потери тока) зависят от нагрузки трансформатора:
мощности и коэффициента мощности, а также от параметров трансформатора – активных и реактивных сопротивлений, которые зависят от температуры, частоты и первичного напряжения (или тока). Зависимость от напряжения (или тока) определяется нелинейностью характеристики намагничивания.
Улучшение метрологических характеристик измерительных трансформаторов:
улучшение электрические параметры трансформаторов – снижение активные потерь, уменьшение рассеяния магнитного поля, уменьшение нелинейности кривой намагничивания технологическими путями (это требует увеличения массы активных материалов и улучшения их качества т.е. удорожания трансформаторов).
ограничение рабочей области и таким образом уменьшить дополнительные погрешности. (В частности, наибольшие дополнительные погрешности вносит изменение мощности нагрузки).
применение структурных методов повышения точности: реализация новых принципов преобразования напряжений и токов, использование электроники, волоконной оптики и т.п.
Большинство трансформаторов, выпускаемых зарубежными фирмами, рассчитаны на значительно меньшие мощности нагрузки, что позволяет обеспечить более высокий класс точности

Применяются в качестве датчиков переменного тока для измерительных приборов и систем, счетчиков, анализаторов количества и качества энергии, АСКУЭ и т.п.
Трансформаторы тока имеют замкнутый магнитопровод, на который намотана вторичная обмотка. Первичной обмоткой трансформатора тока служит проводник с измеряемым током, пропущенный в центральное отверстие (окно) магнитопровода.
8.2.1 Трансформаторы тока.

По способу подключения трансформаторы тока бывают следующих типов:
С первичной обмоткой - трансформатор тока включается в разрыв измеряемой цепи с помощью клемм.
С проходной шиной - разновидность первого типа, где первичная обмотка представляет собой короткую шину, проходящую насквозь через корпус трансформатора тока.
С окном - первичная обмотка отсутствует. Ее образует кабель или шина, пропускаемая в окно при монтаже. Окно бывает круглое (под провод или кабель), прямоугольное (под шину) или фигурное (под кабель или шину).
При монтаже трансформаторы тока закрепляются на шине или на любой несущей поверхности.
8.2.2 Трансформаторы тока.

Токовая и угловая погрешности
Токовой погрешностью трансформатора тока называется погрешность, которую вносит трансформатор при измерении тока, возникающая вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному.
При известных основных параметров и конструктивных данных ТТ:
Угловой погрешностью δ трансформатора тока называется угол между векторами первичного и вторичного токов при таком выборе их направлений, чтобы для идеального трансформатора тока этот угол равнялся нулю, т. е. это угол между векторами первичного тока и повернутого на 180° вторичного тока. Угловая погрешность выражается в минутах или сантирадианах (срад) и считается положительной, когда вектор вторичного тока, повернутый на 180°, опережает вектор первичного тока.
При известных основных параметров и конструктивных данных:
где lм – средняя длина магнитного потока в магнитопроводе, м; z2 – сопротивление ветви вторичного тока (полное сопротивление вторичной цепи и вторичной обмотки), Ом; f – частота переменного тока, Гц; Sм – действительное сечение магнитопровода, м2; .ψ – угол потерь, а α – угол сдвига фаз между вторичной э.д.с. Е2 и вторичным током I2, град.
8.2.3 Трансформаторы тока.

Влияние технических и конструктивных параметров трансформаторов тока на токовую и угловую погрешности (начало)
Влияние первичного тока I1.
увеличение первичной м.д.с. ⇒ уменьшение токовой и угловой погрешностей ТТ
(т.е. увеличением числа витков первичной обмотки) ⇒ дополнительный расход меди.
Влияние вторичного тока I2.
Уменьшение вторичного тока I2 при одних и тех же значениях вторичной нагрузки и первичного тока уменьшает и вторичную э.д.с. E2 ⇒ уменьшается индукция Bмакс ⇒ уменьшаются токовые и угловые погрешности ТТ.
Влияние частоты тока.
С увеличением частоты переменного тока индукция Bмакс в магнитопроводе уменьшается ⇒ уменьшается м.д.с. намагничивания ⇒ уменьшаются токовая и угловая погрешности ТТ (угловая погрешность может приобретать при этом отрицательные значения).
Влияние вторичной (внешней) нагрузки z2н.
Увеличение вторичной нагрузки ⇒ возрастание э.д.с. Е2 и угла α ⇒ повышение индукции Вмакс и увеличение м.д.с. намагничивания F0. ⇒ возрастают токовая и угловая погрешности.
Влияние коэффициента мощности вторичной нагрузки cos ϕ2.
Увеличение cos ϕ2 при неизменной вторичной нагрузке z2н ⇒ уменьшение угла α. ⇒ уменьшение токовой погрешности fi, и увеличение угловой δ (при значительном уменьшении cos ϕ2 угловая погрешность может приобретать отрицательные значения).
8.2.4 Трансформаторы тока.

Влияние технических и конструктивных параметров трансформаторов тока на токовую и угловую погрешности (окончание)
Влияние средней длины магнитного пути lм
Уменьшение средней длины магнитного пути ⇒ уменьшение токовая и угловая погрешности (хорошее средство улучшения характеристик ТТ).
lм не может произвольно изменяться ⇐ внутренний диаметр магнитопровода определяется поперечным сечением и числом витков первичной и вторичной обмоток, а также толщиной изоляции между первичной и вторичной обмотками.
Влияние сопротивления вторичной обмотки.
Уменьшение активного r2обм и индуктивного x2обм сопротивления вторичной обмотки ⇒ уменьшает сопротивление ветви вторичного тока z2 и э.д.с. Е2 ⇒ уменьшение м.д.с. намагничивания ⇒ уменьшение токовой и угловой погрешностей.
Влияние магнитных свойств материала магнитопровода на токовую и угловую погрешности ТТ оказывается значительным, т.к. от марки материала зависит удельная м.д.с. намагничивания и угол потерь.
8.2.5 Трансформаторы тока.

Классы точности и нормы погрешности
Классы точности и нормы погрешностей ТТ установлены ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Основные технические требования».
ТТ для измерения разделяются на следующие классы: 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1.
Класс точности характеризует предельные погрешности ТТ при различных значениях тока в первичной обмотке и вторичной нагрузки.
Число, обозначающее класс точности, соответствует предельной допустимой токовой погрешности ТТ при номинальном токе.
Рабочие условия применения ТТ следующие:
частота переменного тока 50±0,5 Гц;
первичный ток до 120% номинального;
вторичная нагрузка от 25 до 100% номинальной при значениях номинальной нагрузки 60 В⋅А и выше, а для номинальных нагрузок 1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 ВА нижний предел равен соответственно 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75; и 3,75 ВА;
температура окружающего воздуха – в соответствии со стандартами или техническими условиями на трансформаторы конкретных типов.
8.2.6 Трансформаторы тока.

Пределы допустимых погрешностей вторичных обмоток трансформаторов тока (ГОСТ 7746-2001).
Примечание.
1. Классы точности 0,2S и 0,5S только для трансформаторов с вторичным номинальным током 5 А, предназначенных для коммерческого учета электроэнергии.
8.2.7 Трансформаторы тока.

Номинальная вторичная нагрузка Zн.ном – полное сопротивление внешней вторичной цепи трансформатора тока, имеющей коэффициент мощности 0.8, при котором гарантируются класс точности или предельная кратность трансформатора тока.
Номинальная вторичная нагрузка выражается в омах или вольт – амперах при номинальном вторичном токе. Её значение устанавливается заводами – изготовителями трансформаторов тока и указывается на щитке, как и класс точности.
Токовые погрешности ТТ классов 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1 не должны выходить за пределы ломаных линий, состоящих из отрезков, проведенных через точки предельных погрешностей для значений первичного тока 10, 20 и 100—120% номинального. Эти ломаные линии являются границами нормированных токовых погрешностей ТТ, и пространство между ними называется полем погрешностей.
8.2.8 Трансформаторы тока.

Способы уменьшения погрешностей
Специальные способы уменьшения погрешностей обеспечивают уменьшение погрешностей при нормальном режиме работы ТТ, т.е. при изменении первичного тока в диапазоне от 10 до 120% номинального.
Одни из этих способов позволяют уменьшить только токовую погрешность, другие — одновременно и токовую и угловую, и, наконец, третьи — только угловую погрешность.
При проектировании трансформаторов тока наиболее часто появляется необходимость в уменьшении токовой погрешности.
Способы уменьшения токовой погрешности:
Витковая коррекция;
Компенсация погрешностей спрямлением кривой намагничивания;
Компенсация погрешностей подмагничиванием магнитопровода (от постоянного источника, от вспомогательного ТТ, противонамагничиванием, подмагничиванием поля рассеяния;
Компенсация погрешности созданием нулевого потока.
8.2.9 Трансформаторы тока.

Трансформатор напряжения (ТН) предназначен для измерения высокого напряжения с помощью стандартных измерительных приборов, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения, обеспечивая тем самым безопасность обслуживающего персонала. Первичную обмотку ТН включают параллельно в цепь измеряемого напряжения. К вторичной цепи приборы подключаются также параллельно
Схема устройства измерительного трансформатора напряжения
8.3.1 Трансформаторы напряжения

Однофазный трансформатор
напряжения типа НОМ.
Он имеет значительные размеры и массу: его высота составляет 495 мм и масса 36 кг. По мере повышения напряжения размеры,
масса и стоимость трансформаторов такой конструкции быстро увеличиваются. Чтобы устранить эти недостатки, необходимо изменить конструкцию трансформатора.
8.3.2 Трансформаторы напряжения

Более совершенной является конструкция с применением однородной изоляции из бумаги, пропитанной маслом, похожую на изоляцию маслонаполненного кабеля. Масляные каналы устранены. Это позволило резко уменьшить изоляционные расстояния, размеры магнитопровода и кожуха. Изоляция вводов является продолжением изоляции обмотки и входит в фарфор изоляторов. Масло в изоляторах сообщается с маслом в кожухе. Воздушное пространство под крышкой отсутствует. Количество масла резко уменьшено.
8.3.3 Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения однофазные масляные
а - типа НОМ-35 однофазный двухобмоточный трансформатор;
б - типа ЗНОМ-35 однофазных трехобмоточных
;
1 - ввод высокого напряжения;
2 - коробка вводов НН;
3 - бак
8.3.4 Трансформаторы напряжения

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения
8.3.5 Трансформаторы напряжения

Погрешностью напряжения трансформатора напряжения называется погрешность, которую вносит трансформатор при измерении напряжения, возникающая вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному.
Угол δ между векторами первичного и вторичного напряжений представляет собой угловую погрешность трансформатора.
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения – условное понятие, а именно: полная (кажущаяся) мощность внешней вторичной цепи, В⋅А, найденная в предположении, что напряжение у вторичных зажимов равно номинальному:
Вместе со значением S2 должен быть указан коэффициент мощности цепи. Эти две величины S2 и cos ϕ2 полностью определяют сопротивление внешней цепи и вторичную нагрузку трансформатора.
Характеристики трансформаторов напряжения
8.3.6 Трансформаторы напряжения

Погрешности ТН
Погрешности трансформатора напряжения зависят:
от размеров магнитопровода,
магнитных свойств стали,
конструкции обмотки,
сечения проводов,
от присоединенной нагрузки
первичного напряжения.
Чтобы уменьшить погрешности трансформаторов напряжения, выбирают меньшую плотность тока в обмотках и меньшую магнитную индукцию в магнитопроводе по сравнению с соответствующими значениями для
силовых трансформаторов.
8.3.7 Трансформаторы напряжения

Характеристики погрешностей трансформатора напряжения
Характеристики представляют собой наклонные прямые, проведенные из общей точки, соответствующей погрешности при холостом ходе. Наклон характеристик определяется коэффициентом мощности нагрузки и углом ϕк из выражения
Составляющая погрешности, зависящая от намагничивающего тока, значительно меньше составляющей от тока нагрузки, изменение напряжения в широких пределах ниже номинального мало отражается на полной погрешности трансформатора напряжения. При увеличении напряжения выше номинального погрешность может сильно возрасти, если индукция, соответствующая номинальному напряжению, выбрана относительно высокой.
8.3.8 Трансформаторы напряжения

Пределы допустимых погрешностей трансформаторов напряжения
(ГОСТ 1983-2001).
8.3.9 Трансформаторы напряжения

Параметры рабочей области ТН
частота переменного тока 50±0,5 Гц;
мощность активно – индуктивной нагрузки при коэффициенте мощности cosϕ2 0,8 в пределах от 0,25Sном(U1/U1ном)2 до Sном(U1/U1ном)2,
где Sном – номинальная мощность в данном классе точности,
U1ном – номинальное первичное напряжение;
первичное напряжение U1 от 0,8 до 1,2 номинального;
температура окружающего воздуха – в соответствии со стандартами или техническими условиями на трансформаторы конкретных типов.
Трансформатор напряжения может иметь несколько значений номинальной мощности Sном, указанных на его щитке. При этом более высокий класс точности соответствует меньшему значению номинальной мощности.
8.3.10 Трансформаторы напряжения

Загрузка ТТ и ТН
В реальных условиях загрузка первичных цепей ТТ намного ниже номинальной по трем причинам:
средняя нагрузка всегда ниже максимальной, а погрешность измерения электроэнергии – это погрешность, соответствующая средней нагрузке;
потребление электроэнергии предприятиями в настоящее время намного меньше, чем было в тот период, когда строились сети и устанавливались ТТ;
даже в тот период, когда строились сети, ТТ выбирались с запасом по пропускной способности из расчета роста нагрузок в перспективе.
На практике вторичные цепи ТН загружены достаточно сильно. Вместе с малой загрузкой первичных цепей ТТ это приводит к систематической погрешности в сторону недоучета электроэнергии. Перегрузка вторичных цепей ТТ также влияет на точность учета, однако в гораздо меньшей степени, чем недогрузка первичных.
При малых нагрузках первичной цепи ТТ погрешность измерения угла θI увеличивается в плюс, при больших нагрузках вторичной цепи ТН погрешность измерения угла θU увеличивается в минус, в результате оба фактора (малая загрузка ТТ и большая загрузка ТН) увеличивают разность θI – θU, приводя к уменьшению активной и увеличению реактивной энергии (т.е. тоже к недоучету энергии). Так как классы точности ТТ и ТН в точках учета поступления энергии в сеть существенно выше, чем в точках ее отпуска потребителям, загрузки ТТ в среднем выше, а ТН ниже, разница систематических угловых погрешностей также обусловливает недоучет (дополнительные потери электроэнергии) на объекте.
8.3.11 Трансформаторы напряжения

8.4.1 Включение ваттметра и счетчика через измерительные трансформаторы
ваттметр W и счетчик Wh

На приведенном выше рисунке показана схема включения ваттметра W и счетчика Wh через измерительные трансформаторы напряжения и тока, причем для обеспечения безопасности вторичные цепи трансформаторов заземлены. Как видно из этой схемы, генераторные концы измерительных трансформаторов, а также ваттметра и счетчика присоединены так, чтобы обеспечить правильность показаний приборов. Если при градуировке ваттметра и при выборе счетного механизма счетчика энергии коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов были учтены, то никаких поправок в показания приборов вводить не следует. Если же в схеме рис. 5 применены приборы, не предназначенные для включения через измерительные трансформаторы, то показания приборов надо умножить на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения.
8.4.2 Включение ваттметра и счетчика через измерительные трансформаторы

9. Сравнение погрешности измерения электрической энергии трансформаторного счетчика и счетчика прямого включения в трехпроводную линию 10 кВ

Схема включения трансформаторного счетчика в трехпроводную линию

Схема непосредственного включения счетчика в трехпроводную линию 10 кВ

Классы точности и нормы погрешности
Классы точности и нормы погрешностей ТТ установлены ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Основные технические требования».
ТТ для измерения разделяются на следующие классы: 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1.
Класс точности характеризует предельные погрешности ТТ при различных значениях тока в первичной обмотке и вторичной нагрузки.
Число, обозначающее класс точности, соответствует предельной допустимой токовой погрешности ТТ при номинальном токе.
Рабочие условия применения ТТ следующие:
частота переменного тока 50±0,5 Гц;
первичный ток до 120% номинального;
вторичная нагрузка от 25 до 100% номинальной при значениях номинальной нагрузки 60 В⋅А и выше, а для номинальных нагрузок 1; 2; 2,5; 3; 5 и 10 ВА нижний предел равен соответственно 0,8; 1,25; 1,5; 1,75; 3,75; и 3,75 ВА;
температура окружающего воздуха – в соответствии со стандартами или техническими условиями на трансформаторы конкретных типов.

Пределы допустимых погрешностей трансформаторов тока (ГОСТ 7746-2001).

Пределы допустимых погрешностей трансформаторов напряжения (ГОСТ 1983-2001).

Параметры рабочей области ТН
частота переменного тока 50±0,5 Гц;
мощность активно – индуктивной нагрузки при коэффициенте мощности cosϕ2 0,8 в пределах от 0,25Sном(U1/U1ном)2 до Sном(U1/U1ном)2,
где Sном – номинальная мощность в данном классе точности,
U1ном – номинальное первичное напряжение;
первичное напряжение U1 от 0,8 до 1,2 номинального;
температура окружающего воздуха – в соответствии со стандартами или техническими условиями на трансформаторы конкретных типов.
Трансформатор напряжения может иметь несколько значений номинальной мощности Sном, указанных на его щитке. При этом более высокий класс точности соответствует меньшему значению номинальной мощности.

Пределы погрешности
(для однофазных и многофазных электронных счетчиков с симметричной нагрузкой)
(ГОСТ 30206-94).

Пределы относительной погрешности ИТТ кл. 0.5S и счетчика прямого включения кл. 0.5 (ГОСТ 30206-94)

Пределы относительной погрешности измерения электрической энергии трансформаторным счетчиком кл. 0.5 (ГОСТ 30206-94), ИТТ кл. 0.5S и ИТН кл. 0.5