Схема подключения трансформаторов тока для релейной защиты: расчет погрешностей и смета ПНР

Трансформатор тока (ТТ) — это фундаментальный элемент систем релейной защиты и автоматики (РЗА). Он выполняет роль электромагнитного измерительного преобразователя, который питает цепи защиты пропорционально уменьшенным током первичной сети. Как правило, ТТ преобразует первичный ток (от десятков до тысяч ампер) в стандартные вторичные токи — 1 или 5 ампер. Особенностью эксплуатации трансформатора тока является то, что его нормальный режим работы близок к режиму короткого замыкания (КЗ).

Сметные услуги для строительства, ремонта и тендеров

Составляем, проверяем и оформляем сметную документацию в АВК-5. Помогаем избежать ошибок, завышений и лишних расходов.

1

Сметные услуги

Профессиональная помощь инженера-сметчика: расчет, анализ и сопровождение сметной документации.

Получить консультацию

2

Составление смет

Рассчитаем стоимость строительных, ремонтных и монтажных работ с учетом объемов и материалов.

Заказать смету

3

Проверка смет

Проверим смету подрядчика, выявим завышения, задвоенные объемы и скрытые расходы.

Проверить смету

Посмотреть все услуги

Выбор, монтаж и правильное подключение ТТ напрямую влияют на безопасность эксплуатации подстанций и линий электропередачи. Ошибка в схеме соединения или неучтенная погрешность может привести к отказу защиты при реальном КЗ. Чтобы избежать финансовых потерь при комплектации объекта и гарантировать правильность пусконаладочных работ (ПНР), перед началом строительства мы рекомендуем заказать профессиональное составление смет на строительство энергетических объектов.

Принцип работы трансформатора тока

Принцип действия ТТ концептуально не отличается от обычного силового трансформатора. Первичная обмотка (часто состоящая из одного витка или самой шины) включается в контролируемую цепь последовательно. Весь ток нагрузки (или ток КЗ) проходит через эту цепь. Вторичная обмотка замыкается на измерительные приборы и реле, соединенные последовательно.

Первичный ток (I1) и вторичный ток (I2) вызывают магнитодвижущие силы, создающие в сердечнике магнитные потоки (Ф1 и Ф2). Эти потоки, геометрически складываясь, образуют результирующий поток (Фн), который индуцирует во вторичной обмотке ЭДС, обеспечивая протекание вторичного тока. При этом часть первичного тока расходуется на намагничивание сердечника (ток намагничивания Iнам), что и является главной причиной возникновения погрешностей.

Типы погрешностей ТТ и их причины

Чем больше сопротивление вторичной нагрузки (реле, кабели) и чем выше ток короткого замыкания (насыщение магнитопровода), тем большая часть тока ответвляется на намагничивание, увеличивая погрешность.

• Относительная токовая погрешность: выражается в процентах и показывает разницу между расчетным (приведенным) и действительным вторичным током. Если вторичный ток меньше расчетного, погрешность отрицательна.
• Угловая погрешность (угол $\delta$): представляет собой угол сдвига фаз между векторами первичного и перевернутого вторичного токов. В идеальном ТТ этот угол равен нулю. Измеряется в минутах.
• Полная погрешность: абсолютное значение вектора тока намагничивания, равное геометрической разнице векторов первичного и приведенного вторичного токов.

Типовые схемы соединения трансформаторов тока

Релейная защита питается от типовых схем подключения ТТ. Для каждой схемы рассчитывается коэффициент схемы ($K_{cx}$), который показывает отношение тока в реле ($I_p$) к току во вторичной обмотке фазы ($I_\phi$).

1. Схема полной звезды

ТТ устанавливаются во всех трех фазах (A, B, C). Вторичные обмотки ТТ и обмотки реле соединяются в звезду, их нулевые точки связываются нулевым проводом. $K_{cx} = 1$.

Особенности: Защита реагирует на все виды КЗ с одинаковой чувствительностью. В нулевом проводе ток протекает только при замыканиях на землю (при междуфазных КЗ сумма токов равна нулю, кроме небольших токов небаланса).

2. Схема неполной звезды

ТТ устанавливаются только в двух фазах (обычно A и C). Применяется в сетях с изолированной нейтралью для защиты от междуфазных КЗ. $K_{cx} = 1$.

3. Соединение ТТ в треугольник, а реле в звезду

Применяется в дифференциальных защитах трансформаторов (для компенсации сдвига фаз при соединении обмоток Y/$\Delta$) и дистанционных защитах. $K_{cx} = \sqrt{3}$ (при нормальном режиме и трехфазном КЗ ток в реле в $\sqrt{3}$ раз больше фазного вторичного тока). При однофазных КЗ на землю токи нулевой последовательности циркулируют внутри треугольника ТТ и в реле не попадают.

4. Схема с двумя ТТ на разность токов (восьмерка)

Вторичные обмотки ТТ (в фазах A и C) соединяются разноименными выводами. Реле реагирует на геометрическую разность фазных токов ($I_A - I_C$). $K_{cx} = \sqrt{3}$ (при трехфазном КЗ). Схема дешевле полной звезды, но имеет разную чувствительность к разным видам КЗ. При КЗ на землю фазы B (где нет ТТ) защита не сработает.

5. Фильтр токов нулевой последовательности (ТНП)

Одноименные выводы всех трех ТТ соединяются параллельно. Ток в реле появляется исключительно при возникновении несимметрии (однофазные или двухфазные КЗ на землю), когда геометрическая сумма фазных токов $3I_0 \neq 0$.