Трансформатор тока (ТТ) в схеме релейной защиты определяет, получит ли устройство РЗА достоверный сигнал о первичном токе в момент аварии. Ошибка с классом точности, заниженная предельная кратность или перегруженная вторичная цепь приводят к одному: в момент короткого замыкания ТТ насыщается. Защита либо не сработает, либо сработает с задержкой по ошибочным уставкам.
Ниже — параметры, которые нужно проверить до заказа ТТ, и расчет нагрузки для типовой ячейки.
Измерительная обмотка и обмотка для защиты
Большинство трансформаторов тока, устанавливаемых на подстанциях 6–35 кВ, имеют несколько вторичных обмоток: одна рассчитана на измерительные приборы и приборы учета, другая — на устройства РЗА. По назначению они принципиально различаются.
Измерительную обмотку проектировщик намеренно ограничивает по выходному току при КЗ, чтобы не повредить подключаемые приборы. Для этого вводится номинальный коэффициент безопасности приборов (КБ). Подключать к ней устройство защиты нельзя: при КЗ она «зажимает» вторичный ток, и защита «слепнет» именно тогда, когда должна действовать.
Защитная обмотка трансформирует ток с достаточной точностью вплоть до максимальных токов КЗ. Для нее нормируется предельная кратность — верхняя граница, в пределах которой ТТ сохраняет заданный класс точности.
Класс точности защитной обмотки: 5Р или 10Р
Для защитных обмоток ГОСТ 7746—2015 устанавливает два стандартных класса точности: 5Р и 10Р. Число в обозначении — допустимая полная погрешность при токе номинальной предельной кратности.[1]
| Класс точности | Токовая погрешность при Iном | Угловая погрешность | Полная погрешность при Iпред |
|---|---|---|---|
| 5Р | ±1 % | ±60 мин (±1,8 срад) | 5 % |
| 10Р | ±3 % | Не нормируется | 10 % |
Для ненаправленных защит (ТО, МТЗ и т.п.) возможно подключение к обмоткам класса 10Р. Класс 5Р нужен в защитах, которые используют угловые соотношения (направленная МТЗ, дифференциальная защита и т.п.).
Предельная кратность
Номинальная предельная кратность KНОМ — это максимальная кратность первичного тока относительно номинального, при которой ТТ сохраняет погрешность в пределах класса точности. Превысить этот порог — сердечник насытится, вторичный ток перестанет быть пропорциональным первичному, и защита получит искаженный сигнал. По ГОСТ 7746—2015, стандартный ряд значений KНОМ для защитных обмоток — от 5 до 30.[3]
Требуемую предельную кратность считают по формуле:
Kтреб = IКЗмакс / I1ном
Вторичный ток: 5 А или 1 А
ГОСТ 7746—2015 допускает следующие значения номинального вторичного тока ТТ: 1, 2 и 5 А. Выбор значения номинального вторичного тока зависит от нескольких факторов, но определяющим является длина кабельных трасс вторичных цепей. При вторичном токе 5 А мощность, рассеиваемая на кабеле, в 25 раз выше, чем при 1 А (при одинаковом сопротивлении). Для ячеек КРУ и КСО с короткими трассами 5 А — стандарт. На подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения, где ТТ находится далеко от щита управления (ОПУ), чаще выбирают 1 А — это позволяет не увеличивать сечение вторичных кабелей.
Устройства серии МКЗП-МИКРО 2.0 и ЭСТРА-РЕЛЕ рассчитаны на номинальный вторичный фазный ток 5 А. Промежуточные ТТ внутри устройства работают без насыщения при входном токе до 200 А (кратность 40).
Расчет нагрузки вторичной цепи
Нагрузка на защитную обмотку ТТ складывается из трех слагаемых: сопротивление соединительного кабеля (rк), входное сопротивление устройства РЗА (rреле) и переходное сопротивление контактов (rконт, принимают 0,05–0,1 Ом). Суммарное сопротивление Zн не должно превышать номинальную нагрузку ТТ. Чем меньше реальная нагрузка относительно номинальной, тем выше фактическая предельная кратность.
Формула для расчета сопротивления соединительного кабеля
rк = ρ × L / S
где:
- ρ
- удельное сопротивление жилы (алюминий: 0,017 Ом·мм²/м)
- L
- длина кабеля в одну сторону, м
- S
- сечение жилы, мм²
Пример: ячейка КСО с МКЗП-МИКРО 2.0, схема соединения ТТ — полная звезда
Исходные данные
- Кабель: КВВГнг(А)-LS, 2×2,5 мм², медные жилы.
- Длина трассы: 5 м в одну сторону.
- Входное сопротивление МКЗП-МИКРО 2.0: ≤ 0,4 Ом на канал.
- Переходное сопротивление контактов: 0,1 Ом.
Расчет
rк = 0,017 × 5 / 2,5 = 0,034 Ом
Zн = 0,034 + 0,4 + 0,1 = 0,534 Ом
При I2ном = 5 А мощность нагрузки:
Sн = 5² × 0,534 = 13,35 В·А
Стандартный ряд нагрузок по ГОСТ 7746—2015: 3; 5; 10; 15; 20; 25; 30 В·А. Для данной схемы нужен ТТ с номинальной нагрузкой не менее 15 ВА.
Особые случаи
ТТ нулевой последовательности для защиты от ОЗЗ
Для защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях 6–35 кВ применяется кабельный ТТНП — ТЗЛ, ТЗЛМ и аналоги. Кабель пропускают сквозь окно ТТНП, первичным током служит 3I0. Блоки МКЗП-МИКРО 2.0 и МКЗЗП-6-35 имеют отдельный вход 3I0 с диапазоном измерения 0,005–5 А. При работе с ТТНП типа ТЗЛ, ТЗЛМ, не имеющих во вторичной цепи дополнительной нагрузки, обеспечивается максимальная чувствительность по первичному току замыкания на землю до 0,3 А.
Питание устройства от токовых цепей
Устройства серии МКЗП-МИКРО 2.0 и ЭСТРА-РЕЛЕ имеют модификацию с питанием от токовых цепей через встроенный трансформатор отбора мощности. Это применяют на объектах без гарантированного оперативного питания, где возможны серьезные просадки напряжения собственных нужд при близких КЗ. Устройства МКЗП-МИКРО 2.0 (модификации -Т и -ДШ) запускаются при минимальном токе 2,5 А по токовым цепям одной фазы, ЭСТРА-РЕЛЕ и ЭСТРА-РЕЛЕ.Д — при токе 2 А.
Реклоузеры и пункты секционирования. Катушки Роговского.
В датчиках серии ЭСТРА-ДТ и КДТН инженеры применяют ТТ без металлического магнитопровода — катушки Роговского. Они измеряют токи в широком диапазоне и не подвержены насыщению, что важно при высоких токах КЗ.
Типичные ошибки при выборе ТТ
- Подключение к измерительной обмотке.
- Чаще всего происходит при ретрофите и замене аналоговых приборов измерения и электромеханической защиты на микропроцессорный терминал: монтажник подключает новое устройство к клеммам измерительной обмотки, которая ограничивает ток при КЗ — защита не видит аварию.
- Заниженная предельная кратность.
- Инженер выбирает Kном = 10, не посчитав кратность тока КЗ. При возникновении КЗ ток в 15–20 номиналов насыщает сердечник ТТ, и защита не срабатывает.
- Сопротивление кабеля не учтено.
- В расчет берут только входное сопротивление реле, про кабель забывают. Сопротивление кабеля может быть больше на порядок, чем входное сопротивление самого устройства защиты.
- Несовпадение номинального вторичного тока.
- На подстанции стоит ТТ с I2ном = 5 А, а новое устройство рассчитано на 1 А. У устройства могут повредиться входные цепи; устройство может не сработать / излишне сработать; устройство выдаст неверные показания тока.
Алгоритм выбора: пять шагов
- Определить назначение обмотки. Для РЗА — только защитная обмотка с классом 5Р или 10Р.
- Выбрать класс точности. 10Р — для ТО и МТЗ без направленных алгоритмов. 5Р — для защит, работающих с угловыми соотношениями.
- Рассчитать требуемую предельную кратность: Kтреб. Взять ближайшее большее стандартное значение из ряда 5, 10, 15, 20, 30.
- Рассчитать нагрузку вторичной цепи. Сложить сопротивление кабеля, входное сопротивление устройства и контакты. Результат не должен превышать номинальную нагрузку ТТ.
- Проверить специфику применения: подпитка от ТТ, защита от ОЗЗ, датчики тока на катушках Роговского.
Устройства ЭСТРА для сетей 6–35 кВ
- МКЗП-МИКРО 2.0 — блок РЗА для ячеек КСО, КРУ, КТП. 14 модификаций: с питанием от ТТ (суффикс -Т), с дешунтированием (-ДШ) и дуговой защитой (-ДЗ).
- ЭСТРА-РЕЛЕ / ЭСТРА-РЕЛЕ.Д — компактный терминал с питанием от токовых цепей. Минимальный ток подпитки — 2 А.
- МКЗЗП-6-35-И / -К — централизованная защита от ОЗЗ. Работает с кабельными ТТНП типа ТЗЛ/ТЗЛМ, диапазон 3I0 от 0,005 А.