Что такое КРУ и зачем там трансформатор тока

Комплектное распределительное устройство (КРУ) — это шкаф, внутри которого размещается комплекс электрических аппаратов: выключатель, разъединитель, измерительные трансформаторы и устройства релейной защиты и автоматики.

КРУ заводской готовности собирается непосредственно на производстве, а не на строительной площадке. Это позволяет сократить сроки монтажа и повысить повторяемость технических решений.

Трансформатор тока в составе КРУ выполняет две основные функции:

  • Измерение и учёт — передаёт измерительный сигнал на счётчики и другие измерительные приборы.
  • Релейная защита — передаёт информацию о токе на терминалы защит: МТЗ, ДЗ, токовую отсечку и другие устройства РЗА.

В одной ячейке может использоваться несколько вторичных обмоток ТТ. При этом каждая обмотка может иметь собственный класс точности и предназначение — например, одна для коммерческого учёта, другая для релейной защиты.

Ключевые параметры выбора ТТ для КРУ

Подбор трансформатора тока нельзя сводить только к выбору коэффициента трансформации. Для корректного подбора необходимо последовательно проверить напряжение, первичный ток, классы точности, вторичную нагрузку, стойкость к токам короткого замыкания и конструктивное исполнение.

Номинальное напряжение

Первый параметр — класс напряжения КРУ. Для распределительных устройств среднего напряжения применяются стандартные классы 6, 10, 20 и 35 кВ.

Номинальное напряжение трансформатора тока должно соответствовать напряжению установки или быть выше него.

  • для ячейки 6 кВ — ТТ соответствующего класса 6 кВ;
  • для ячейки 10 кВ — ТТ класса 10 кВ;
  • для ячейки 20 кВ — ТТ класса 20 кВ;
  • для ячейки 35 кВ — ТТ класса 35 кВ.

Например, установка трансформатора тока класса 6 кВ в ячейку КРУ 10 кВ недопустима: такой выбор не обеспечивает требуемый уровень изоляции.

Номинальный первичный ток

Первичный ток ТТ выбирают исходя из расчётного тока присоединения. В общем случае должно выполняться условие:

Iном.ТТ ≥ Iраб.макс

Для ввода подстанции исходной величиной обычно служит ток, соответствующий номинальной мощности силового трансформатора. Для отходящей линии за основу берут расчётный ток нагрузки.

При выборе ТТ для коммерческого учёта важно учитывать и диапазон фактических нагрузок. Согласно требованию ПУЭ (п. 1.5.17), при максимальной нагрузке вторичный ток должен составлять не менее 40% номинального тока счётчика, а при минимальной — не менее 5%.

Поэтому чрезмерный запас по коэффициенту трансформации не всегда является преимуществом.

Практический вывод

Для большинства задач целесообразно стремиться к тому, чтобы расчётный ток нагрузки находился примерно в диапазоне 60–100% номинального первичного тока ТТ. При этом обязательно проверяют минимальный режим нагрузки.

Например, если расчётный ток линии составляет около 420 А, возможными вариантами могут быть ТТ 400/5 или 600/5. Окончательный выбор необходимо делать после проверки минимального рабочего тока и требований к учёту.

Класс точности

Класс точности определяет нормируемую погрешность трансформатора тока и выбирается в зависимости от назначения вторичной обмотки.

Назначение Класс точности Допустимая токовая погрешность
Коммерческий учёт 0,2S; 0,5S ±0,2% / ±0,5%
Технический учёт 0,5; 1,0 ±0,5% / ±1,0%
Релейная защита 5P; 10P ±1% / ±3% (±5% / ±10% полная)

Для коммерческого учёта на границе балансовой принадлежности рекомендуется класс 0,2S. Внутри объекта может применяться класс 0,5S.

Для цепей релейной защиты используются специальные защитные обмотки, например 5P или 10P. Здесь важна работа трансформатора при больших токах, возникающих во время короткого замыкания.

Современные ТТ для КРУ могут иметь несколько вторичных обмоток с разными характеристиками. Например, одна обмотка может использоваться для учёта, а вторая — для МТЗ и других функций РЗА.

Важно

При выборе ТТ для защиты недостаточно указать только класс 5P или 10P. Необходимо проверить предельную кратность и соответствие параметров трансформатора расчётным токам короткого замыкания.

Вторичная нагрузка

Паспортная точность ТТ обеспечивается при работе с нагрузкой, соответствующей его нормируемым условиям.

Вторичная нагрузка складывается из сопротивления соединительных проводов и нагрузки подключённых устройств: счётчиков, терминалов РЗА, амперметров и других приборов.

Для расчёта используется выражение:

Расчёт вторичной нагрузки
S2 = Iном2 × (Rпр + Rприб)
где Iном — номинальный вторичный ток ТТ (5 или 1 А), Rпр — сопротивление соединительных проводов, Rприб — сопротивление подключённых приборов

При значительном расстоянии между ТТ и щитом учёта сопротивление проводов становится существенной частью общей нагрузки.

Практический совет

Если расстояние от ТТ до оборудования учёта составляет более 10–15 м, имеет смысл рассмотреть вторичный ток 1 А вместо стандартных 5 А. Это позволяет снизить потери в соединительной линии и уменьшить требования к сечению кабеля.

Ряд трансформаторов тока, включая ТОЛ-10, выпускается с различными вариантами вторичного тока.

Термическая и динамическая стойкость

Трансформатор тока должен выдерживать токи короткого замыкания, возникающие в месте его установки.

Термическая стойкость (Iт) — ток, который ТТ способен выдерживать в течение установленного времени, как правило 1–3 секунды, без повреждения изоляции и обмоток.

Динамическая стойкость (Iдин) — максимальный пиковый ток короткого замыкания, который конструкция ТТ выдерживает без механических повреждений.

Значения Iт и Iдин должны соответствовать расчётным токам короткого замыкания в точке установки трансформатора.

Например, для КРУ 10 кВ с расчётным током КЗ на шинах 20 кА может потребоваться ТТ с термической стойкостью Iт = 20 кА (3 с) и динамической стойкостью Iдин = 50 кА.

Конструктивное исполнение

Конструкция ТТ также зависит от устройства конкретной ячейки. На практике для КРУ наиболее распространены три варианта.

  • Опорные. Устанавливаются на пол ячейки или специальную опорную раму. Это один из наиболее распространённых вариантов. Примеры: ТЛО-10, ТОЛ-10, CTS 12.
  • Проходные. Встраиваются в стенку ячейки и одновременно выполняют функцию проходного изолятора. Позволяют экономить пространство. Пример — ТЛП-10.
  • Шинные. Устанавливаются непосредственно на шину или кабель. Особенно удобны при модернизации существующего КРУ, когда свободного места для отдельного опорного ТТ недостаточно.

При замене трансформатора тока в существующей ячейке необходимо проверять не только электрические характеристики, но и габариты, расположение выводов, монтажные размеры и способ крепления.

Типовые ошибки при выборе

Даже при правильно выбранном классе напряжения ТТ может оказаться неподходящим. На практике проблемы чаще всего возникают из-за несогласованности нескольких параметров.

Ошибка 1. Завышенный коэффициент трансформации

Распространённый пример — установка ТТ 600/5 на линию, где фактический ток большую часть времени составляет всего 60–80 А. При минимальной нагрузке вторичный ток может опуститься ниже требуемого диапазона работы счётчика, что увеличивает погрешность учёта. Поэтому выбирать ТТ «с большим запасом на будущее» без проверки минимальной нагрузки не следует.

Ошибка 2. Игнорирование вторичной нагрузки

Даже трансформатор с требуемым классом точности не обеспечит заявленные характеристики, если фактическая нагрузка вторичной цепи превышает допустимую. Например, ТТ рассчитан на нагрузку 10 ВА, а суммарная нагрузка приборов и соединительных проводов составляет 18 ВА. В таком случае точность измерительной обмотки будет нарушена.

Ошибка 3. Неправильный выбор защитной обмотки

Для РЗА недостаточно ориентироваться только на обозначение 5P или 10P. Необходимо дополнительно проверить предельную кратность и способность ТТ сохранять требуемые характеристики при токах короткого замыкания.

Ошибка 4. Неучтённые габариты

Трансформаторы тока с одинаковыми электрическими характеристиками могут иметь существенно разные размеры и расположение выводов. При проектировании новой ячейки это необходимо учитывать на этапе компоновки. При замене ТТ в существующем КРУ габаритная совместимость становится одним из ключевых критериев выбора.

Пример подбора ТТ для ячейки КРУ 10 кВ

Рассмотрим пример подбора трансформатора тока для ввода подстанции.

Исходные данные
  • ячейка ввода трансформатора 10/0,4 кВ;
  • мощность силового трансформатора — 630 кВА;
  • расчётный максимальный ток — 36,4 А на стороне 10 кВ;
  • ток короткого замыкания на шинах — 12,5 кА;
  • требуется коммерческий учёт класса 0,5S;
  • для защиты ввода используется МТЗ.
01
Проверяем класс напряжения
Напряжение установки — 10 кВ. Следовательно, номинальное напряжение ТТ должно быть не ниже 10 кВ. Выбираем класс напряжения 10 кВ.
02
Определяем первичный ток
Расчётный ток составляет 36,4 А. Ближайшее большее значение из стандартного ряда — 50 А. Однако при выборе ТТ для коммерческого учёта необходимо дополнительно проверить диапазон фактических нагрузок. С учётом требования ПУЭ 1.5.17 и возможного расширения нагрузки рассматривается также вариант 100 А. Если минимальная нагрузка составляет около 30% расчётной (10,9 А), то при ТТ 100/5 это соответствует 10,9% — выше минимального порога 5%.
03
Определяем вторичные обмотки
В данном случае необходимы две функции: коммерческий учёт и защита ввода. Поэтому рассматривается ТТ с двумя вторичными обмотками: 0,5S — для цепи учёта и 5P или 10P — для релейной защиты.
04
Проверяем вторичную нагрузку
Расстояние до щита учёта составляет 20 м, сечение проводов — 2,5 мм². В цепи подключены два счётчика с нагрузкой по 0,5 ВА. Расчётная нагрузка составляет ориентировочно 12–15 ВА на обмотку учёта. Следовательно, выбирается ТТ с номинальной вторичной нагрузкой не менее 15 ВА.
05
Проверяем стойкость к короткому замыканию
Расчётный ток КЗ составляет 12,5 кА. Подходит стандартный ТТ с термической стойкостью порядка 15–20 кА в течение 3 секунд.
Результат подбора

В рассматриваемом примере нужен трансформатор тока класса 10 кВ, с первичным током порядка 100 А, несколькими вторичными обмотками для учёта и защиты и номинальной вторичной нагрузкой не менее 15 ВА. В качестве возможных серий рассматриваются ТЛО-10 и ТОЛ-10 в соответствующем исполнении.

Популярные серии ТТ для КРУ

Выбор конкретной серии зависит от напряжения, способа установки, требуемых характеристик вторичных обмоток и условий эксплуатации.

ТЛО-10 / ТЛО-24 / ТЛО-35

Опорные литые трансформаторы тока с эпоксидной изоляцией. Серия применяется для КРУ внутренней установки и выпускается в различных исполнениях по числу и классу точности вторичных обмоток. Серия охватывает классы напряжения от 6 до 35 кВ.

ТОЛ-10

Опорные литые ТТ с усиленной изоляцией, применяемые для внутренней и наружной установки. Такие трансформаторы используются, в частности, в КРУН и КСО.

ТЛП-10

Проходные трансформаторы тока, которые устанавливаются непосредственно в стенке ячейки и одновременно выполняют функцию проходного изолятора. Такое исполнение позволяет экономить внутреннее пространство и особенно удобно для компактных КРУ и КСО.

Заключение

Выбор трансформатора тока для КРУ — это не подбор одного параметра по каталогу. Необходимо последовательно проверить весь комплекс характеристик:

  1. класс напряжения;
  2. номинальный первичный ток;
  3. класс точности;
  4. вторичную нагрузку;
  5. термическую и динамическую стойкость;
  6. конструктивное исполнение и габариты.

Пропуск любого из этих этапов может привести либо к недопустимой погрешности измерения, либо к неправильной работе релейной защиты в аварийном режиме. Особенно внимательно следует проверять коэффициент трансформации, минимальный рабочий ток, нагрузку вторичных цепей и совместимость габаритов при замене ТТ в существующей ячейке.