Трансформатор тока

Вот скажу сразу, многие думают, что трансформатор тока — это такая простая штука, поставил и забыл. Особенно когда речь заходит о защите. Схему нарисовали, номинал подобрали по справочнику — и вроде бы всё. А потом на подстанции случается неучтённый токовый всплеск, и выясняется, что трансформатор тока ушёл в насыщение раньше, чем сработала релейка. И вся защита, по сути, не работала в тот критический момент. Знакомо? Уверен, многим.

От теории к ?полевым условиям?: где кроется подвох

Всё начинается с каталогов и расчётов. Берёшь, к примеру, ТТ на 100/5 А, класс точности 0.5S для учёта. Всё красиво на бумаге. Но забывают часто про вторичную нагрузку. Кабели-то какие проложены? Длина? Сечение? Если вторичка перегружена, точность летит в тартарары, а в худшем случае — перегрев и пробой изоляции. Сам видел, как на старом предприятии вторичные цепи ТТ, идущие к щиту учёта, были смонтированы алюминиевым проводом сечением 1.5 мм2 длиной метров 50. Естественно, погрешность зашкаливала, и платили за энергию, которую недопотребляли.

Ещё один момент — выбор по току термической стойкости и электродинамической стойкости. Это особенно критично для ТТ, работающих в цепях защиты, а не только учёта. Была история на одной из РП 10 кВ. Установили ТТ с недостаточной динамической стойкостью. При КЗ на отходящей линии — не механическое разрушение, конечно, но вторичная обмотка ?поплыла?, произошло межвитковое замыкание. Защита получила искажённый сигнал и сработала с выдержкой времени больше расчётной. Последствия, сами понимаете, серьёзные. После этого всегда смотрю не только на коэффициент трансформации, но и на эти самые стойкости, указанные в паспорте. Паспорт, кстати, тоже надо уметь читать — не все данные вынесены на шильдик.

И конечно, монтаж. Казалось бы, что тут сложного? Но если ТТ с масляным наполнением (старые модели ещё встречаются) установить с перекосом, могут быть проблемы с охлаждением и отводом газов при внутренних повреждениях. Да и с сухими ТТ есть нюансы — зазор для вентиляции, отсутствие механических напряжений на корпус. Один раз наблюдал трещину в фарфоровом изоляторе проходного ТТ именно из-за жёсткого, без компенсаторов, крепления к конструкции.

Соседи по схеме: как ТТ взаимодействует с защитной аппаратурой

Трансформатор тока никогда не работает сам по себе. Его сигнал идёт на счётчики, реле, микропроцессорные терминалы. И вот здесь целая наука. Возьмём, к примеру, схемы с трансформаторами тока для дифференциальной защиты силовых трансформаторов. Группы соединения обмоток ТТ должны компенсировать группу соединения обмоток защищаемого трансформатора. Ошибёшься на стадии проектирования или монтажа — защита будет ложно срабатывать при нормальной нагрузке или, что хуже, не сработает при витковом замыкании.

Часто сталкиваюсь с вопросами по совместной работе ТТ и предохранителей. Допустим, стоит задача защитить измерительную цепь. Многие просто ставят обычный пробочный предохранитель. Но это не всегда правильно. Нужно понимать, что при КЗ во вторичной цепи ТТ генерирует огромную ЭДС, стремясь поддержать ток. Нужен быстродействующий предохранитель с определённой времятоковой характеристикой, который отключит цепь до того, как возникнет опасное перенапряжение или разрушится изоляция. В этом контексте вспоминается продукция компании ООО Сиань Суюань Электроприборы (сайт https://www.xasuyuan.ru). Они, как я знаю, производят в том числе низковольтные предохранители для защиты полупроводников, серий RSY и NGT. Хотя это больше для цепей преобразовательной техники, но принцип важности согласования быстродействия аппарата защиты с характеристиками источника тока (коим является ТТ во вторичной цепи при аварии) — универсальный.

Кстати, о перенапряжениях. Разрыв вторичной цепи работающего ТТ — это классическая страшилка для электриков. Напряжение может подскочить до киловольт. Поэтому правила требуют либо закорачивать вторичные обмотки перед работами в цепях, либо устанавливать специальные разрядники или ограничители напряжения. Это тот случай, когда мелочь в эксплуатации предотвращает крупную аварию.

Из практики: случаи, которые учат лучше любых учебников

Расскажу про один случай, который многому научил. На промышленном объекте после модернизации начались странные, единичные срабатывания максимальной токовой защиты без видимых причин. Осциллографы, регистраторы — ничего не показывали. Долго искали. Оказалось, проблема была в новом трансформаторе тока. Он был с литой изоляцией, класс точности 10Р для защиты. Но при определённом угле закрытия вакуумного выключателя (при включении нагрузки) возникал кратковременный бросок тока намагничивания самого силового трансформатора. И этот бросок, имевший значительную апериодическую составляющую, вводил ТТ в глубокое насыщение. На выходе ТТ формировался искажённый, но короткий импульс тока, который ?ловила? быстродействующая отсечка цифрового терминала. Решение было не в замене ТТ, а в корректировке уставок защиты, введении небольшой задержки срабатывания отсечки. Вывод: даже правильно подобранный аппарат может вести себя нестандартно в конкретной сети с её специфическими переходными процессами.

Другой пример — установка ТТ в генераторные цепи. Там токи могут быть огромными, и важно, чтобы ТТ имел линейную характеристику далеко за пределом номинала. Однажды столкнулся с тем, что для резервной защиты генератора использовали ТТ, снятые со старого ввода. Они были рассчитаны на меньший первичный ток. При пуске генератора и возникновении внешнего КЗ ток через ТТ превысил его предельный кратности. ТТ ?заклинило? в насыщении, защита не увидела аварию. Хорошо, что основная защита сработала. После этого для ответственных применений всегда закладываю ТТ с запасом по току термической стойкости и с проверенной по графикам кривой намагничивания.

Взгляд в сторону смежных компонентов и будущего

Работа с ТТ неизбежно приводит к анализу всей цепи. Например, состояние контактов вторичных цепей. Окисленные или ослабленные клеммы — это дополнительное сопротивление, которое вносит погрешность. Особенно это чувствительно для цепей учёта высокого класса точности (0.2S, 0.2). Регулярная подтяжка и проверка контактных соединений — must have.

Сейчас много говорят о цифровизации. Появляются трансформаторы тока с цифровым выходом, оптические трансформаторы тока. Это, безусловно, будущее. У них нет проблемы с насыщением железного сердечника, с опасностью разомкнутой вторички. Но и свои ?детские болезни? есть: чувствительность электроники к электромагнитным помехам в распредустройстве, вопросы долговременной стабильности и, конечно, цена. Пока что для массовых применений на распределительных сетях 6-35 кВ классические электромагнитные ТТ вне конкуренции по надёжности и цене. Но за новыми технологиями нужно следить.

Возвращаясь к теме защиты, нельзя не отметить важность комплексного подхода. Трансформатор тока — это лишь датчик. Его данные должны быть правильно обработаны. И здесь надёжность всей цепи, включая предохранители для защиты самих измерительных цепей, становится критичной. Если вернуться к ассортименту ООО Сиань Суюань Электроприборы, то видно, что их специализация — именно предохранители, в том числе для защиты трансформаторов, конденсаторов, силовых полупроводников. Это как раз те смежные области, где отказ одного элемента (например, силового конденсатора) может вызвать такие переходные процессы в сети, которые поставят под удар и исправные трансформаторы тока. Поэтому грамотный подбор всей аппаратуры, а не только ТТ, — это и есть профессиональный подход.

Вместо заключения: простые правила, которые работают

Так что же? Подводя неформальные итоги, скажу, что работа с трансформаторами тока — это постоянный баланс между теорией, данными каталога и реальными условиями эксплуатации. Нельзя слепо доверять расчётному номиналу. Нужно всегда задавать вопросы: а какая реальная нагрузка вторичной цепи? А что будет при сквозных токах КЗ на этой конкретной ячейке? А как поведёт себя этот ТТ вместе с этим конкретным выключателем и этой конкретной защитой?

Всегда проверяйте паспортные данные, особенно токи динамической и термической стойкости. Не экономьте на сечении и длине вторичных кабелей. Следите за состоянием контактов. И помните, что ТТ — это не пассивный элемент, а активный источник тока в аварийном режиме, и его цепи нужно защищать соответствующим образом, будь то быстродействующие предохранители или ограничители напряжения.

В общем, трансформатор тока — это гораздо более ?живой? и требовательный аппарат, чем кажется на первый взгляд. И понимание этой ?живости? как раз и отделяет опытного специалиста от того, кто просто умеет читать схемы. Работайте с вниманием к деталям, и эти ?железки с обмотками? будут десятилетиями faithfully служить вам верой и правдой.