В энергетике России возросли требования к точности учета и измерений потребляемой мощности в сетях среднего напряжения. Заменой индукционных счетчиков электрической энергии на электронные с более высоким классом точности часто не удается достигнуть требуемой точности. Одна из основных причин этого в том, что измерительные трансформаторы напряжения (ТН) эксплуатируются за пределами допустимого ГОСТом диапазона из менений их номинальных параметров, что приводит к увеличению их погрешностей и, как следствие, искажению показаний счетчиков.
При этом изменился и характер нагрузок ТН. Согласно проведенному анализу, значительную часть нагрузки измерительных ТН, эксплуатируемых в настоящее время, составляют электронные блоки релейной защиты и автоматики, электронные счетчики и др. устройства, выполненные на полупроводниковой базе, имеющей нелинейный характер вольтамперной характеристики (ВАХ), что обуславливает несинусоидальную форму тока нагрузки ТН. При работе с нелинейной нагрузкой помимо основной гармоники во вторичной цепи ТН циркулируют потоки энергии высших гармоник, которые приводят к увеличению измеряемой полной мощности нагрузки, по величине которой, согласно утвержденной методике, и осуществляется оценка погрешностей ТН.
Наличие высших гармоник тока во вторичных цепях ТН подтверждают в качестве примера замеры формы тока и напряжения, проведенные на вводе цепей напряжения электронного счетчика типа Меркурий 230 AR-03 и на вводе вторичной цепи ТН типа НАМИ-10, установленного на одной из ПС 110/35/10 кВ. Результаты измерений представлены на рис. 1 и в табл. 1.
В ряде работ производились исследования влияния качества измеряемого напряжения и других факторов на погрешности ТН [1–3]. Однако до настоящего времени анализ погрешностей ТН при синусоидальном первичном напряжении, но несинусоидальном вторичном токе не производился. Поэтому задача оценки погрешностей ТН от несинусоидального тока во вторичной цепи является актуальной.
Нелинейные нагрузки можно представить в качестве генераторов токов высших гармоник. Нелинейная нагрузка энергию первой гармоники, полученную с выхода вторичной обмотки ТН, частично преобразует в токи высших гармоник, которые начинают циркулировать по той же цепи, но в обратном направлении. При этом действующее значение мощности нагрузки ТН возрастает при сохранении активной мощности основной гармоники.