Классы точности трансформаторов тока: измерительные и защитные обмотки

Класс точности — один из ключевых параметров трансформатора тока наряду с номинальным напряжением, коэффициентом трансформации и вторичной нагрузкой. От правильного выбора класса зависит точность коммерческого и технического учёта, а также корректная работа устройств релейной защиты при аварийных режимах.

Важно понимать, что измерительные и защитные обмотки имеют разные требования и разные области применения. Измерительная обмотка обеспечивает минимальную погрешность в рабочем диапазоне токов, а защитная — должна сохранять требуемую точность при прохождении токов короткого замыкания. Поэтому использовать их взаимозаменяемо нельзя.

Основные нормативные документы

• ГОСТ 7746-2015 — устанавливает общие технические требования к трансформаторам тока и нормирует измерительные классы точности.
• ГОСТ Р МЭК 61869-2 — российская версия международного стандарта IEC 61869-2, определяющая требования как к измерительным, так и к защитным обмоткам, включая классы 5P, 10P, PX, PR, TPX, TPY и TPZ.

На практике производители указывают классы точности в соответствии с требованиями применяемых нормативных документов и проектной документации. В современной технической документации встречаются обозначения классов, соответствующие обоим стандартам.

Измерительные обмотки: классы 0,1–3

Измерительные обмотки питают счётчики, амперметры, измерительные преобразователи. Они предназначены для работы в диапазоне рабочих токов — от малых нагрузок до 120 % номинального тока. Магнитная система измерительной обмотки обычно достигает насыщения раньше, чем защитной, вследствие чего при значительном увеличении тока возрастает погрешность передачи вторичного тока. Именно поэтому измерительные обмотки не предназначены для питания устройств релейной защиты.

Допустимые токовые погрешности по ГОСТ 7746-2015 и ГОСТ Р МЭК 61869-2 (% от номинального первичного тока):

Ключевое отличие S-классов — нормировка с 1 % номинального тока вместо 5 %. Кроме того, у классов 0,2S и 0,5S дополнительно нормируется угловая погрешность при 1 % Iн (не более ±30′ и ±60′ соответственно), тогда как у обычных 0,2 и 0,5 при 1 % Iн она не нормируется. Именно из‑за угловой погрешности, которая напрямую влияет на измерение реактивной мощности и cos φ, для коммерческого учёта при малых нагрузках обязательны именно S-классы.

Где какой класс применяется:

• 0,1 и 0,2 — лабораторные измерения, эталонные цепи поверки;
• 0,2S — коммерческий учёт на оптовом рынке электроэнергии (ОРЭМ), точки на границе балансовой принадлежности;
• 0,5S — коммерческий учёт на розничном рынке;
• 0,5 — технический учёт, щитовые приборы, контроль режимов;
• 1 и 3 — грубая индикация, вспомогательные цепи, где точность не критична.

Защитные обмотки: 5P и 10P по ГОСТ Р МЭК 61869-2

Защитные обмотки предназначены для питания устройств релейной защиты. Их основная задача — обеспечить требуемую точность преобразования тока вплоть до номинальной предельной кратности (ALF), при которой защита должна получить достаточный сигнал для правильной работы.

Обозначение защитного класса состоит из двух частей: класс (5P или 10P) и номинальная предельная кратность ALF (Accuracy Limit Factor). Например, маркировка 10P20 означает: класс 10P с предельной кратностью 20 — при токе до 20×Iн составная погрешность не превысит 10 %.

Допустимые погрешности защитных обмоток по ГОСТ Р МЭК 61869-2:

Цифра в обозначении класса — не кратность, а предел составной погрешности. Кратность указывается отдельно: 5P10, 5P20, 10P10, 10P20. Выбор кратности делается по расчётному току КЗ в точке установки.

Отдельные защитные классы, которые встречаются в проектах по ГОСТ Р МЭК 61869-2:

• 5PR и 10PR — с ограничением остаточной намагниченности (не более 10 %). Нужны для линий с АПВ: после отключения КЗ сердечник быстро размагничивается, и защита готова к следующему циклу;
• PX — задаётся напряжением колена, током намагничивания и коэффициентом витков, а не классом погрешности. Используется в высокоомной дифференциальной защите шин;
• TPX, TPY, TPZ — переходные классы: нормируют поведение обмотки при апериодической составляющей тока КЗ. Ставятся на генераторных присоединениях и магистральных линиях, где постоянная времени затухания велика.

При использовании защитных обмоток в дифференциальной защите силовых трансформаторов необходимо, чтобы все три трансформатора тока на фазах имели одинаковые классы точности, одинаковые ALF и согласованные характеристики намагничивания. Иначе даже при внешнем КЗ возникает значительный ток небаланса, что может привести к ложному срабатыванию или отказу защиты.

Чем защитная обмотка отличается от измерительной

Из этого сравнения вытекает главное правило: обмотки нельзя менять местами. При коротком замыкании измерительная обмотка быстро теряет требуемую точность передачи вторичного тока. В результате устройство защиты может получить заниженное значение тока и не сработать. Защитная обмотка при номинальном токе даёт погрешность 1–3 % — для учёта это недопустимо. Использование защитной обмотки для коммерческого учёта не соответствует требованиям к точности измерений и не обеспечивает корректный учёт электроэнергии.

Как маркируется класс точности трансформатора тока

Маркировка класса точности наносится на шильдик трансформатора тока и приводится в паспорте изделия. Если трансформатор имеет две вторичные обмотки, для каждой указывается собственный класс точности и номинальная вторичная нагрузка. Например:

400/5 А;
0,2S 10 ВА;
10P20 15 ВА.

Такая маркировка означает, что первая обмотка предназначена для коммерческого учёта (класс 0,2S с нагрузкой 10 ВА), а вторая — для релейной защиты (класс 10P20 с предельной кратностью 20 и нагрузкой 15 ВА). Понимание маркировки помогает быстро определить назначение обмоток и проверить соответствие проекту.

Какой класс точности нужен: учёт и защита

Для коммерческого учёта (по ГОСТ 7746-2015, ПУЭ и правилам розничного и оптового рынков):

• оптовый рынок, граница балансовой принадлежности — не ниже 0,2S;
• розничный рынок — не ниже 0,5S;
• технический учёт, контроль — 0,5 и ниже.

Для вводов 0,4 кВ с коммерческим учётом часто берут шинные ТШ-ЭК 0,66 класса 0,5S — на них вешают счётчики прямого и полукосвенного включения.

Для релейной защиты:

• МТЗ и токовые отсечки на 6–35 кВ — 5P10, 10P10 (кратность — по расчётному току КЗ);
• дифференциальная защита силовых трансформаторов — 5P с повышенной кратностью, при тяжёлых условиях — PX или TPY (с обязательной проверкой идентичности обмоток по фазам);
• защита шин — PX (высокоомная схема).

Пример: выбираем класс точности для ячейки КРУ 10 кВ

Вводная: ячейка ввода КРУ 10 кВ, расчётный ток присоединения 400 А, ток трёхфазного КЗ на шинах 8 кА. Нужны коммерческий учёт (граница балансовой принадлежности) и защита — МТЗ с токовой отсечкой.

Шаг 1. Номинальный первичный ток. Берём ТТ 400/5 — рабочий ток совпадает с номинальным, измерительная обмотка работает в зоне минимальной погрешности.

Шаг 2. Учётная обмотка. Граница балансовой принадлежности — берём класс 0,2S. При выборе номинальной вторичной нагрузки следует учитывать суммарное сопротивление подключаемых устройств и соединительных проводов. Если расчётная нагрузка приближается к номинальной, рекомендуется выбирать исполнение с ближайшей большей номинальной мощностью вторичной обмотки.

Шаг 3. Защитная обмотка. Считаем требуемую кратность: 8 000 А / 400 А = 20. Значит, нужна обмотка с ALF не ниже 20 — 10P20 (или 5P20 в соответствии с требованиями проекта). Вторичная нагрузка для защитной обмотки определяется типом терминала защиты и длиной соединительных проводов. Микропроцессорные терминалы релейной защиты, как правило, имеют небольшую собственную нагрузку, однако значительную часть вторичной мощности могут составлять сопротивление соединительных проводов и промежуточных клемм. Поэтому вторичную нагрузку рекомендуется проверять расчётом для каждого проекта.

Шаг 4. Итог. Нужен трансформатор 400/5 с двумя обмотками: 0,2S (с соответствующей нагрузкой) + 10P20 (с расчётной нагрузкой). Для подобных задач применяются трансформаторы тока с двумя вторичными обмотками — измерительной и защитной. В каталоге СПБ-Интра представлены соответствующие исполнения для КРУ 6–35 кВ.

Типовые ошибки при выборе класса точности

1. 0,5 вместо 0,5S для коммерческого учёта. Ночью нагрузка падает до 5–10 % номинала, обычный 0,5 на таких токах даёт токовую погрешность до 1,5 %, а угловая погрешность при 5 % Iн вообще не нормируется и может достигать нескольких градусов. Это приводит к дополнительной погрешности коммерческого учёта электроэнергии. Именно поэтому для коммерческого учёта нормативными документами обычно предусматриваются классы 0,2S или 0,5S.
2. Измерительная обмотка на защиту. При КЗ она теряет точность, реле недооценивает ток — защита срабатывает с задержкой или не срабатывает вовсе.
3. Кратность меньше реального тока КЗ. Взяли 10P10, а ток КЗ — 15×Iн. За пределами ALF погрешность растёт нелинейно, и защита может не увидеть ток, достаточный для отключения. Всегда проверяйте ALF по максимальному току КЗ в точке установки.
4. Не проверили вторичную нагрузку. Класс точности гарантируется только при номинальной нагрузке обмотки. Превышение нагрузки за счёт подключения лишних приборов или удлинения проводов ведёт к росту фактической погрешности. Особенно критично для измерительных обмоток.
5. Завышенный коэффициент трансформации. При чрезмерно завышенном коэффициенте трансформации измерительная обмотка большую часть времени работает в области малых токов, где относительная погрешность выше. Одновременно уменьшается фактическая кратность тока относительно номинального, что может повлиять на работу защитной обмотки. Поэтому коэффициент трансформации следует выбирать максимально близким к рабочему току присоединения с необходимым эксплуатационным запасом.
6. Объединение цепей разных обмоток в одном кабеле без разделения. Хотя обмотки находятся в одном корпусе, их вторичные цепи нельзя подключать к одним и тем же клеммным колодкам без изолирующих перегородок. При пробое изоляции между обмотками высокое напряжение может попасть на измерительные входы счётчика и вывести его из строя. Всегда используйте отдельные разделительные клеммы и маркируйте цепи.

FAQ

Что означает маркировка 5P10?
Класс 5P с предельной кратностью 10: токовая погрешность при номинале — не более 1 %, а до 10×Iн составная погрешность не превышает 5 %.

Чем 0,5S отличается от 0,5?
Нормировкой токовой погрешности с 1 % номинального тока вместо 5 %, а также нормированием угловой погрешности при 1 % Iн. При 100 % Iн оба дают 0,5 %, но при 5 % Iн у 0,5S — 0,75 %, а у 0,5 — 1,5 %, причём угол у 0,5S нормирован, а у 0,5 — нет.

Можно ли питать счётчик от защитной обмотки?
Нет. Погрешность 1–3 % при номинальном токе недопустима для учёта, а измерительные приборы останутся без корректного сигнала при КЗ.

Какой класс точности нужен для счётчика?
Для коммерческого учёта — 0,2S (оптовый рынок, граница балансовой принадлежности) или 0,5S (розничный рынок). Для технического учёта достаточно 0,5.

Бывает ли один трансформатор с разными классами обмоток?
Да, это стандартная практика. Так в одной ячейке закрывают и учёт, и защиту.

Как определить требуемую вторичную нагрузку?
Для измерительных обмоток — по сумме потребления подключённых приборов и сопротивления проводов, для защитных — по расчёту падения напряжения в цепи с учётом длины кабеля и типа терминала. Рекомендуется выполнять проверочный расчёт для каждого проекта.

Если при выборе класса точности возникают вопросы, специалисты СПБ-Интра помогут подобрать трансформатор тока с необходимой комбинацией измерительных и защитных обмоток, проверят соответствие вторичной нагрузки требованиям проекта и предложат оптимальное исполнение для конкретной схемы учёта или релейной защиты.