Схемы подключения трансформаторов тока: полная и неполная звезда, треугольник

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.

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:

I_обр = –(I_A + I_C)

При симметричном режиме этот ток равен току фазы B с обратным знаком: I_обр = –I_B. 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. Получается замкнутый контур, а к приборам подключаются вершины треугольника. В линейных выводах схемы треугольника формируются токи, являющиеся геометрической разностью токов двух ветвей. При симметричной системе это приводит к сдвигу фаз и увеличению величины линейного тока в √3 раза, что необходимо учитывать при выборе коэффициентов трансформации и уставок защит.

Где применяется: традиционно применялся в дифференциальных защитах силовых трансформаторов для компенсации фазового сдвига между обмотками. В современных микропроцессорных терминалах эта компенсация обычно выполняется программно. Также используется в электромеханических схемах с нестандартной фазировкой.

Плюсы: позволяет согласовать векторные группы без промежуточных трансформаторов.

Минусы: при обрыве одной фазы схема искажает все три тока, и найти повреждение сложнее. Современные микропроцессорные терминалы этого не требуют: они принимают токи от ТТ, соединённых в звезду, а компенсацию сдвига фаз выполняют программно. Треугольник сегодня характерен для электромеханических защит и специфических схем.

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.

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. Четыре обязательных правила:

1. Заземление вторичных цепей — в одной точке. Второе заземление создаёт контур для уравнительных токов и вносит погрешность.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Сравнительная таблица схем подключения ТТ

Схема подключения ТТ: краткий выбор

Типовые ошибки при монтаже и проектировании

• Разрыв вторичной цепи. Перенапряжение на выводах, пробой изоляции, дуга. Ошибка №1 по тяжести последствий.
• Двойное заземление вторичных цепей. Уравнительные токи по земле, ложные срабатывания защит, погрешность учёта. Заземление — строго в одной точке.
• Перегрузка вторичной обмотки. Суммарная мощность подключённых приборов выше Sн — класс точности не выполняется, показания и уставки перестают соответствовать реальности.
• Неверный выбор коэффициента под схему. Классика — параллельное соединение первичных обмоток без пересчёта коэффициента или забытая полярность при соединении в треугольник и на разность токов.
• Путаница между неполной звездой и разомкнутым треугольником. Первая — про трансформаторы тока, второй — про трансформаторы напряжения и контроль изоляции.
• Неправильная фазировка при подключении счётчика. Ток и напряжение разных фаз. В итоге счётчик считает мощность с ошибкой, которую не выявит ни одна метрологическая проверка, кроме проверки векторной диаграммы.

Как выбрать схему подключения ТТ

Краткий алгоритм выбора:

1. Определите задачу: учёт, защита или и то, и другое.
2. Для учёта — минимум 0,5S. Полная звезда для трёхфазного учёта, неполная — для двухэлементного.
3. Для защиты — определите, нужен ли контроль однофазных КЗ. Если да — полная звезда или ТТНП. Если только междуфазные — неполная звезда.
4. Для дифзащиты применяют полную звезду с передачей токов всех фаз в терминал либо специальные схемы на разность токов. Выбор зависит от типа защиты и оборудования.
5. Проверьте вторичную нагрузку — не превышайте Sн обмотки.
6. Заземление — строго в одной точке.
7. Проверьте фазировку перед включением.

FAQ

Какая схема подключения трансформаторов тока используется для учёта?
Для трёхфазного коммерческого учёта — полная звезда с обмотками 0,2S/0,5S. Для двухэлементного учёта в сетях с изолированной нейтралью допустима неполная звезда.

Почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока?
ТТ работает в режиме, близком к короткому замыканию. При разрыве цепи ток намагничивания растёт, и на выводах возникает ЭДС в тысячи вольт — пробой изоляции, дуга, повреждение приборов. Сначала шунтируют обмотку, потом отключают нагрузку.

Чем полная звезда отличается от неполной?
Полная звезда — три ТТ, позволяет контролировать токи всех фаз и выделять составляющую 3I₀. При правильной организации защиты обеспечивает контроль большинства видов повреждений. Неполная — два ТТ, экономичнее, но не предназначена для выделения 3I₀ и не обеспечивает защиту от однофазных замыканий на землю.

Когда применяют треугольник?
Для согласования с группой соединения силового трансформатора в дифференциальных защитах и в электромеханических схемах. В современных микропроцессорных защитах соединение в звезду + программная компенсация.

Можно ли изменить коэффициент трансформации на месте?
У некоторых конструкций ТТ предусмотрены две первичные секции, допускающие изменение номинального первичного тока схемой соединения. Возможность последовательного или параллельного включения определяется паспортом конкретного трансформатора.

Какие обмотки нужны для счётчика, а какие для защиты?
Для учёта — измерительные 0,2S/0,5S, для защит — 5P/10P с нормированной предельной кратностью. Лучше, когда это отдельные обмотки одного ТТ: у ТОЛ-10 и CTS 12 их до трёх.

Что такое фазировка и почему она важна?
Фазировка — это соответствие фаз тока и напряжения в цепях счётчика. При неправильной фазировке измеряемая мощность может быть существенно искажена, а в отдельных схемах ошибка может достигать 50%. Проверяется построением векторной диаграммы.

Можно ли подключить три ТТ по схеме неполной звезды?
Нет, неполная звезда предусматривает использование двух трансформаторов тока. При необходимости контроля всех фаз применяется полная звезда.

Какая схема подключения ТТ применяется в КРУ 10 кВ?
В современных КРУ 6–35 кВ чаще применяется полная звезда з передачей трёх фазных токов в терминалы РЗА. Однако в простых схемах с изолированной нейтралью может использоваться неполная звезда.

Нужно ли заземлять вторичную обмотку каждого ТТ?
Вторичные цепи заземляют в одной выбранной точке. Несколько точек заземления могут вызвать появление паразитных токов и погрешностей измерения.

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.

Нужна помощь с подбором ТТ под схему?

СПБ-Интра подбирает трансформаторы тока для КРУ 6–35 кВ с учётом схемы подключения, количества вторичных обмоток, классов точности и требований РЗА. В каталоге представлены опорные и проходные ТТ с измерительными и защитными обмотками, в том числе ТЛО-10, ТОЛ-10, а также шинные ТТ для 0,66 кВ.

Пришлите опросный лист или просто опишите схему — подберём исполнение под вашу задачу. Полный каталог — в разделе Трансформаторы тока, запрос на КП — через контакты.