Схема подключения трансформаторов тока определяет, какие токи будут доступны для счётчиков, устройств РЗА и противоаварийной автоматики. В сетях 6–35 кВ наиболее распространены соединения вторичных обмоток по полной и неполной звезде, а также специальные схемы включения для дифференциальной защиты.
Один и тот же трансформатор тока в разных схемах соединения ведёт себя по-разному: меняется число фаз, которые он охватывает, появляется или исчезает ток нулевой последовательности, сдвигаются векторы. От выбора схемы зависит и точность коммерческого учёта, и поведение релейной защиты при коротком замыкании, и даже количество ТТ в ячейке — а значит, и её стоимость.
В статье разбираем пять способов включения вторичных обмоток — полную звезду, неполную звезду, треугольник, схему на разность токов для дифференциальной защиты и изменение коэффициента трансформации последовательным или параллельным соединением обмоток. Для каждой — где применяется, какие токи получаются на выходе, плюсы и минусы.
- Полная звезда — три ТТ, выделяет 3I₀. Используется для учёта в сетях с заземлённой нейтралью и в современных защитах.
- Неполная звезда — два ТТ, экономичнее, не выделяет 3I₀. Применяется для МТЗ и отсечек в сетях с изолированной нейтралью.
- Треугольник — три ТТ, линейный ток в √3 раз больше фазного. Используется для согласования фаз в дифференциальных защитах.
Материал пригодится:
- инженеру-проектировщику — чтобы заложить правильную схему в проект КРУ и не переплатить за лишний ТТ;
- специалисту РЗА — чтобы понимать, какие токи попадают в терминал и почему для двухфазной защиты достаточно двух ТТ;
- снабженцу и студенту — чтобы грамотно сформулировать запрос на подбор и не путать схемы соединения ТТ с разомкнутым треугольником трансформаторов напряжения.
Обозначение выводов трансформаторов тока
Перед подключением ТТ важно понимать маркировку выводов: И1 и И2 — начало и конец вторичной обмотки. Соблюдение полярности определяет направление тока и правильность работы счётчиков и защит.
Полная звезда
Трансформаторы тока устанавливаются во все три фазы. Вторичные обмотки соединяются в звезду: начала (И1) идут к приборам и реле, концы (И2) собираются в общую точку, которая заземляется в одном месте. В нулевом проводе протекает ток, равный геометрической сумме вторичных токов трёх фаз. При замыканиях на землю и других несимметричных режимах эта сумма содержит составляющую утроенного тока нулевой последовательности 3I₀.
Где применяется: коммерческий учёт в сетях с заземлённой нейтралью, защиты от междуфазных и однофазных коротких замыканий, дифференциальные защиты, измерение токов нулевой последовательности.
Плюсы: схема позволяет непосредственно передавать в защиту токи всех трёх фаз и выделять ток нулевой последовательности. Именно поэтому полная звезда является основной схемой подключения ТТ в современных цифровых устройствах РЗА, где компенсация фазовых сдвигов и обработка токов выполняются программно.
Минусы: нужны три ТТ, три комплекта вторичных цепей и три места в ячейке. В симметричном режиме ток в нулевом проводе близок к нулю, поэтому при неисправности заземления его обрыв незаметен — пока не случится замыкание на землю.
Неполная звезда
Два трансформатора тока — обычно в фазах А и С — вторичные обмотки соединяются звездой, а их концы объединяются в общий (обратный) провод. Ток в обратном проводе равен геометрической сумме токов двух фаз с обратным знаком:
При симметричном режиме этот ток равен току фазы B с обратным знаком: Iобр = –IB. Однако при несимметрии или замыканиях на землю эта связь нарушается — схема не предназначена для выделения тока нулевой последовательности и не обеспечивает полноценную защиту от однофазных замыканий на землю.
Где применяется: максимальная токовая защита и токовая отсечка в сетях 6–35 кВ с изолированной нейтралью, двухэлементный учёт (счётчики, работающие от двух фаз).
Плюсы: два ТТ вместо трёх — дешевле, компактнее, меньше вторичных цепей. Для защит от междуфазных КЗ этого достаточно: любое междуфазное замыкание затрагивает как минимум две фазы, а реле в двух фазах его гарантированно увидят.
Минусы: схема не чувствительна к однофазным замыканиям на землю — ток 3I₀ в ней не выделяется. Для защиты от замыканий на землю приходится ставить трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) либо переходить на полную звезду. Для дифференциальной защиты неполная звезда не подходит.
Треугольник
Вторичные обмотки соединяются последовательно: конец первой — с началом второй, конец второй — с началом третьей, конец третьей — с началом первой. В результате образуется замкнутый контур, а к приборам защиты подключаются линейные выводы треугольника.
В линейных выводах схемы формируются токи, являющиеся геометрической разностью токов двух ветвей. При симметричной системе ток в линейном выводе по величине в √3 раза больше тока ветви и сдвинут относительно него на 30°. Эти соотношения необходимо учитывать при выборе коэффициентов трансформации и расчёте уставок защит.
Где применяется: традиционно соединение ТТ в треугольник применялось в дифференциальных защитах силовых трансформаторов для согласования фазовых соотношений токов с учётом фазового сдвига, обусловленного группой соединения обмоток трансформатора. В современных микропроцессорных терминалах такая компенсация обычно выполняется программно. Вместе с тем соединение ТТ в треугольник по-прежнему применяется в электромеханических и специализированных цифровых схемах РЗА, в том числе когда требуется исключить составляющую нулевой последовательности из линейных вторичных цепей.
Плюсы: при соответствующей векторной группе трансформатора позволяет получить необходимое фазовое соотношение и коэффициент преобразования токов без применения промежуточных трансформаторов.
Минусы: схема требует правильного выбора соединения и фазировки вторичных цепей в соответствии с назначением защиты. При неисправности или неправильном соединении одной из вторичных цепей нарушается симметрия токов и искажаются измерительные величины. Кроме того, соединение в треугольник не передаёт составляющую нулевой последовательности в линейные вторичные цепи, поэтому его применение должно соответствовать назначению конкретной защиты.
При симметричной системе ток в линейном выводе треугольника в √3 раза больше тока ветви и сдвинут относительно него на 30°. Это необходимо учитывать при расчёте уставок релейной защиты и выборе коэффициентов трансформации.
Разомкнутый треугольник — это уже про трансформаторы напряжения
Частая путаница: «разомкнутый треугольник» — схема соединения вторичных обмоток трансформаторов напряжения, а не тока. Разомкнутые в одну цепь обмотки 3U₀ служат для контроля изоляции и сигнализации замыканий на землю. Именно эта схема вместе с ёмкостями сети — классический источник феррорезонанса, который за несколько секунд может вывести из строя трансформатор напряжения.
Подробно о том, как собирается схема «звезда + разомкнутый треугольник», какие типы ТН для неё нужны и как правильно прокладывать вторичные цепи, — читайте в статье «Схемы подключения трансформаторов напряжения: звезда и разомкнутый треугольник».
Схема на разность токов для дифференциальной защиты
Два трансформатора тока устанавливаются по концам защищаемого участка — обмотки силового трансформатора, линии или секции шин — и включаются встречно, на разность токов. При этом вторичные обмотки соединяются последовательно-встречно: конец (И2) первой обмотки соединяется с концом (И2) второй, а токовые цепи реле подключаются к началам (И1) обмоток. В нормальном режиме первичные токи равны, вторичные компенсируют друг друга, и через реле протекает только ток небаланса. При коротком замыкании в зоне токи перестают быть равными, разность резко растёт, и реле срабатывает. При КЗ вне зоны токи изменяются одинаково, и защита остаётся на месте.
К схеме жёсткие требования: ТТ должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации, класс точности 5P или 10P с близкими вольт-амперными характеристиками и согласованную полярность. Разброс ВАХ — главная причина ложных токов небаланса, поэтому перед вводом в работу дифзащиты характеристики ТТ обязательно сверяют.
Последовательное и параллельное включение обмоток: как меняется коэффициент
У некоторых конструкций ТТ предусмотрены две первичные секции, допускающие изменение номинального первичного тока схемой соединения. Например, две первичные секции по 300 А могут позволять получить различные коэффициенты трансформации. Последовательное соединение применяется для получения меньшего номинального первичного тока, параллельное — для увеличения допустимого первичного тока. Конкретные значения определяются паспортной схемой соединения.
Со вторичными обмотками операции выполняются только по схеме производителя. Неправильное соединение измерительных и защитных сердечников может привести к потере класса точности или неправильной работе защиты.
Схемы подключения трансформаторов тока в КРУ 6–35 кВ
В ячейках КРУ 6–35 кВ трансформаторы тока обычно выполняют одновременно функции измерения и защиты. Один трансформатор может иметь несколько вторичных обмоток: измерительные 0,2S/0,5S для счётчиков и защитные 5P/10P для устройств РЗА. Это позволяет в одной ячейке разместить и коммерческий учёт, и релейную защиту, не увеличивая габариты шкафа.
Наиболее часто применяются:
- Полная звезда — для современных микропроцессорных терминалов, где требуется три фазных тока и контроль 3I₀;
- Неполная звезда — для простых схем МТЗ и токовых отсечек, где достаточно двух ТТ и не требуется защита от однофазных замыканий на землю.
Конкретный выбор определяется проектом и требованиями к надёжности защиты.
Схема подключения трансформаторов тока для учёта электроэнергии
Для коммерческого учёта используются измерительные обмотки класса точности 0,2S или 0,5S. Трёхфазный учёт строится по схеме полной звезды, двухэлементный (в сетях с изолированной нейтралью) — по неполной.
- Заземление вторичных цепей — в одной точке. Второе заземление создаёт контур для уравнительных токов и вносит погрешность.
- Вторичная цепь не должна разрываться. Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. При разрыве на выводах возникает ЭДС в тысячи вольт — пробой изоляции, дуга, отказ счётчика. Отключать ТТ от приборов можно только после шунтирования вторичной обмотки.
- Нагрузка обмотки — не выше номинальной. Превышение мощности подключённых приборов над номинальной нагрузкой Sн валит класс точности: обмотка 0,5S при перегрузке превращается в 3–5-процентную.
- Проверка фазировки — перед вводом в работу обязательно убедиться, что токи в цепях счётчика совпадают по фазе с соответствующими напряжениями. При неправильной фазировке измеряемая мощность может быть существенно искажена, а в отдельных схемах ошибка может достигать 50%.
Про разницу между классами 0,2S и 0,5S, измерительными и защитными обмотками — в отдельной статье. Для учёта на 0,66 кВ часто берут шинные трансформаторы тока, например ТШ-ЭК-0,66 М12, в КРУ 6–35 кВ — опорные ТЛО-10 или ТОЛ-10 с отдельными обмотками для учёта и защиты.
Схема подключения трансформаторов тока для релейной защиты
Для защит применяются обмотки класса 5P и 10P с нормированной предельной кратностью Kн — она показывает, во сколько раз первичный ток КЗ можно превысить номинальный, пока погрешность не выйдет за норму. Выбор кратности и проверка защиты от насыщения — тема отдельного расчёта, его мы разбирали в гайде по выбору ТТ для КРУ.
Почему для двухфазных защит хватает неполной звезды: любое междуфазное короткое замыкание затрагивает минимум две фазы, поэтому двух ТТ в фазах А и С достаточно, чтобы защита увидела все варианты междуфазных КЗ. Однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью эта схема не контролирует — для них либо ставят ТТНП, либо переходят на полную звезду с реле в нулевом проводе. Микропроцессорные терминалы современных КРУ, как правило, требуют полную звезду: три тока вводятся в терминал напрямую, а вся обработка выполняется программно.
В большинстве современных КРУ 6–35 кВ применяется полная звезда с передачей трёх фазных токов в терминал РЗА. Неполная звезда остаётся востребованной в простых схемах максимальной токовой защиты, где требуется снизить количество ТТ.
Сравнительная таблица схем подключения ТТ
| Схема | Количество ТТ | Выделение 3I₀ | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Полная звезда | 3 | Да | Учёт в сетях с заземлённой нейтралью, дифзащита, защиты от всех видов КЗ |
| Неполная звезда | 2 | Нет напрямую | МТЗ, токовая отсечка в сетях с изолированной нейтралью |
| Треугольник | 3 | Нет напрямую | Согласование фаз в дифзащитах, электромеханические схемы |
| На разность токов | 2 | Нет | Дифференциальная защита |
Схема подключения ТТ: краткий выбор
| Задача | Рекомендуемая схема |
|---|---|
| Коммерческий учёт 6–35 кВ | Полная звезда, 3 ТТ |
| МТЗ и токовая отсечка | Неполная звезда, 2 ТТ |
| Защита от замыканий на землю | Полная звезда или ТТНП |
| Дифференциальная защита | Полная звезда / специальные схемы |
Типовые ошибки при монтаже и проектировании
Перенапряжение на выводах, пробой изоляции, дуга. Ошибка №1 по тяжести последствий. Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. При разрыве на выводах возникает ЭДС в тысячи вольт, что приводит к пробою изоляции и отказу оборудования.
Уравнительные токи по земле, ложные срабатывания защит, погрешность учёта. Заземление вторичных цепей должно выполняться строго в одной точке на стороне вторичных цепей. Второе заземление создаёт контур для уравнительных токов и вносит дополнительную погрешность в измерения.
Суммарная мощность подключённых приборов выше Sн — класс точности не выполняется, показания и уставки перестают соответствовать реальности. Превышение мощности подключённых приборов над номинальной нагрузкой Sн валит класс точности: обмотка 0,5S при перегрузке превращается в 3–5-процентную.
Классика ошибок — параллельное соединение первичных обмоток без пересчёта коэффициента или забытая полярность при соединении в треугольник и на разность токов. При изменении схемы подключения необходимо пересчитывать коэффициент трансформации с учётом нового соединения обмоток.
Неполная звезда — это схема подключения трансформаторов тока (два ТТ в трёхфазной сети). Разомкнутый треугольник — это схема подключения трансформаторов напряжения для контроля изоляции. Эти понятия относятся к разным видам оборудования и их нельзя путать.
Ток и напряжение разных фаз. В итоге счётчик считает мощность с ошибкой, которую не выявит ни одна метрологическая проверка, кроме проверки векторной диаграммы. При неправильной фазировке измеряемая мощность может быть существенно искажена, а в отдельных схемах ошибка может достигать 50%.
Как правильно разводить вторичные цепи трансформаторов тока
Даже при правильно выбранной схеме подключения ошибки в разводке вторичных цепей могут привести к ложным срабатываниям защит, погрешностям учёта и опасным режимам.
- Заземление — только в одной точке. Обычно заземляют общую точку звезды (концы И2) на щите РЗА или учёта. Второе заземление создаёт контур для уравнительных токов и вносит погрешность.
- Не разрывайте вторичную цепь под нагрузкой. Перед отключением приборов или реле вторичную обмотку необходимо зашунтировать (через перемычку или специальный испытательный блок). Обрыв вторичной цепи ТТ приводит к появлению опасного напряжения.
- Сечение жил. Для вторичных цепей ТТ обычно применяют медный провод сечением не менее 2,5 мм² (часто 4 мм² при длинных трассах). Это снижает падение напряжения и сохраняет класс точности.
- Разделение цепей. Измерительные и защитные обмотки ведут отдельными кабелями или жилами. Не рекомендуется совмещать их в одном кабеле с цепями напряжения или управления.
- Маркировка. Каждую жилу маркируют по фазе и назначению (например, И1А, И2А, И1В и т.д.). Это сильно упрощает поиск неисправностей и проверку фазировки.
- Испытательные блоки. В цепях РЗА и учёта желательно устанавливать испытательные блоки (типа БИ-6, БИ-4 и аналоги). Они позволяют безопасно отключать и шунтировать цепи без разрыва.
Соблюдение этих правил особенно важно в ячейках КРУ, где вторичные цепи ТТ часто имеют значительную длину и проходят рядом с силовыми кабелями.
Как выбрать схему подключения ТТ
Краткий алгоритм выбора:
- Определите задачу Уточните, для каких целей требуется трансформатор тока: только для коммерческого учёта, только для релейной защиты или для обоих функций одновременно. Это определит количество и классы точности вторичных обмоток.
- Выберите класс точности для учёта Для коммерческого учёта электроэнергии необходим класс точности не ниже 0,5S. Для трёхфазного учёта применяется схема полная звезда, для двухэлементного учёта — неполная звезда.
ВажноДля границы балансовой принадлежности обязательно использование класса 0,2S или 0,5S. Класс 1,0 для коммерческого учёта не допускается.
- Определите схему для защиты Если требуется контроль однофазных коротких замыканий на землю — применяйте полную звезду или ТТНП (трансформатор тока нулевой последовательности). Если достаточно защиты только от междуфазных КЗ — используйте неполную звезду.
- Учтите требования дифзащиты Для дифференциальной защиты (ДЗТ) применяют полную звезду с передачей токов всех трёх фаз в терминал защиты. В некоторых случаях используются специальные схемы на разность токов. Выбор конкретной схемы зависит от типа защиты и оборудования.
РекомендацияДля дифзащиты трансформатора рекомендуется полная звезда на всех трёх фазах.
- Проверьте вторичную нагрузку Рассчитайте фактическую нагрузку вторичной цепи: сумма сопротивлений соединительных проводов и подключённых приборов (счётчиков, терминалов РЗА). Убедитесь, что она не превышает номинальную нагрузку обмотки ТТ (Sн).
- Выполните заземление Заземление вторичных цепей трансформаторов тока должно выполняться строго в одной точке на стороне вторичных цепей. Многократное заземление приводит к искажению измерительной информации и ложным срабатываниям защит.
ВажноЗаземление выполняется только в одной точке — на сборке заземления щита или непосредственно у терминала РЗА.
- Проверьте фазировку перед включением После монтажа обязательно выполните проверку фазировки вторичных цепей. Сравните порядок чередования фаз на первичной и вторичной сторонах ТТ. Неправильная фазировка приводит к некорректной работе счётчиков и релейной защиты.
ИтогПроверка фазировки выполнена, схема готова к включению.
Вывод
Выбор схемы подключения трансформаторов тока — это компромисс между стоимостью, точностью и функциональностью. Полная звезда даёт максимальную информативность, но требует трёх ТТ. Неполная звезда экономит деньги и место, но не выделяет 3I₀. Треугольник сегодня уступает место программной компенсации в микропроцессорных терминалах. Главные правила при любой схеме: не разрывать вторичную цепь, заземлять в одной точке, не превышать нагрузку и проверять фазировку.
