Вольт-амперные характеристики трансформаторов тока

ВАХ — вольт-амперная характеристика — это, пожалуй, самая информативная проверка трансформатора тока, которую выполняет электролаборатория или служба РЗА при приёмо-сдаточных испытаниях и в эксплуатации. По одной кривой намагничивания наладчик может оценить техническое состояние обмоток, состояние магнитопровода и пригодность вторичной обмотки к работе (в первую очередь — защитной) при токе короткого замыкания.

В этой статье разберём, что такое ВАХ, как её снимают по РД 153-34.0-35.301-2002, как точка перегиба связана с классами точности 5P/10P — и почему для проверки нужны заводские кривые от производителя. Запросить их у нас можно в один клик — об этом в конце.

Что такое ВАХ трансформатора тока

Вольт-амперная характеристика — это зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока от тока намагничивания при разомкнутой первичной обмотке. По сути это кривая намагничивания магнитопровода: пока сердечник не насыщен, ток намагничивания растёт медленно, а напряжение — быстро; после насыщения всё меняется местами.

Формально ВАХ определяется как зависимость между действующими значениями тока и напряжения на вторичной обмотке при приложении к ней синусоидального напряжения, когда первичная и все остальные обмотки разомкнуты. Методика снятия ВАХ для целей релейной защиты регламентируется РД 153-34.0-35.301-2002, а требования к характеристикам защитных обмоток — ГОСТ Р МЭК 61869-2.

Форма ВАХ определяется конструкцией магнитопровода и параметрами конкретной вторичной обмотки. У однотипных трансформаторов характеристики близки друг к другу, однако из-за технологических допусков и свойств электротехнической стали возможны небольшие различия. Именно поэтому при наладке ВАХ рекомендуется сравнивать с заводской характеристикой соответствующего исполнения.

Зачем снимают ВАХ: три задачи наладчика

Снятие ВАХ закрывает сразу три проверки.

1. Выявление витковых замыканий. Замыкание витков вторичной обмотки резко меняет форму кривой: напряжение на перегибе падает. Опытный наладчик может заподозрить дефект по одному виду характеристики.
2. Оценка исправности магнитопровода. Повреждение сердечника (перегрев, механический брак, остаточная намагниченность) тоже смещает кривую. Сравнение с заводской характеристикой позволяет подтвердить соответствие паспортным данным.
3. Проверка защитной обмотки на 10-процентную погрешность. Это главное. Для обмоток классов 5P и 10P по ГОСТ Р МЭК 61869-2 гарантируется, что при токе, равном номинальной предельной кратности (ALF), погрешность не превысит 5 или 10 %. По ВАХ оценивают, обеспечит ли защитная обмотка требуемую точность при расчётном токе КЗ без преждевременного насыщения магнитопровода.

Как снимают ВАХ: схема и порядок

Методика закреплена в РД 153-34.0-35.301-2002 «Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты». Основные правила такие.

Схема подключения. На вторичную обмотку подают напряжение от регулируемого источника — ЛАТРа с повышающим трансформатором или испытательного комплекса вроде РЕТОМ-21. Первичная обмотка при этом разомкнута, все остальные обмотки — тоже.

Приборы. Ток измеряют амперметром, измеряющим действующее значение, напряжение — вольтметром среднего значения, отградуированным в действующих значениях синусоиды. Это важно: при насыщении форма тока искажается, и обычный прибор покажет не то, что нужно. Именно поэтому снятие ВАХ комплексами РЕТОМ-21 — стандарт практики: там эти требования заложены в методику измерения.

Размагничивание. Перед снятием магнитопровод размагничивают: несколько циклов плавного повышения и последующего снижения приложенного напряжения до нуля. Без этого остаточная намагниченность исказит кривую.

Пределы измерения. Испытание продолжают до уверенного прохождения точки перегиба характеристики (с захватом небольшого участка после насыщения), не превышая максимально допустимое испытательное напряжение, указанное изготовителем. По РД 153-34.0-35.301-2002 для трансформаторов с номинальным вторичным напряжением 100–200 В снятие, как правило, ведут до напряжения не выше 1800 В, однако предельно допустимое значение должно быть проверено по паспорту изделия.

Точки. По кривой равномерно записывают 8–10 точек, чтобы наклон характеристики был виден однозначно, включая точку перегиба.

Учёт температуры. При сравнении результатов испытаний следует учитывать температуру окружающей среды, поскольку сопротивление вторичной обмотки зависит от температуры. Это влияет на условия измерения и должно приниматься во внимание при сопоставлении результатов с заводскими данными.

Точка перегиба ВАХ и насыщение

На ВАХ всегда есть колено — точка перегиба, после которой ток намагничивания начинает расти значительно быстрее напряжения. Это и есть начало насыщения магнитопровода: индуктивность обмотки резко падает, и трансформатор перестаёт обеспечивать требуемую точность преобразования тока.

Чем выше напряжение точки перегиба, тем больший запас по вторичному напряжению имеет обмотка. Это позволяет обеспечить требуемую точность при больших токах короткого замыкания и (или) большей вторичной нагрузке. Поэтому положение точки перегиба является одним из основных критериев оценки пригодности защитной обмотки.

Как ВАХ связана с классами 5P/10P и предельной кратностью

Вспомним, что означает маркировка защитной обмотки, например 10P20. Первая цифра — класс точности (составная погрешность при номинальной предельной кратности), вторая — сама кратность ALF: во сколько раз ток КЗ может превышать номинальный, пока погрешность держится в пределах класса. Подробно классы разобраны в нашей статье «Классы точности трансформаторов тока: измерительные и защитные обмотки».

Связь с ВАХ прямая: для протекания вторичного тока, соответствующего номинальной предельной кратности ALF, на вторичной обмотке должно развиться напряжение. Приближённо необходимое вторичное напряжение можно определить по выражению:

U ≈ ALF · I₂ном · (R_вн + R_нагр)

где I₂ном — вторичный номинальный ток (5 А или 1 А), R_вн — сопротивление вторичной обмотки, R_нагр — сопротивление подключённой нагрузки (реле, проводов). Если это расчётное напряжение лежит ниже точки перегиба ВАХ — трансформатор в насыщение не войдёт, погрешность будет в пределах класса. Если выше — магнитопровод начнёт входить в насыщение раньше, чем отработает защита, и реле получит искажённый ток.

Отсюда два практических вывода:

• Увеличение вторичной нагрузки повышает требуемое вторичное напряжение. Если оно становится выше напряжения в области точки перегиба ВАХ, защитная обмотка начинает работать в области насыщения, что может привести к увеличению погрешности при токах КЗ. Поэтому при проверке считают нагрузку всей цепи, а не только реле.
• Измерительную обмотку (0,2S, 0,5S) на защиту ставить нельзя. Её магнитная система рассчитана на минимальную погрешность в узком диапазоне рабочих токов и заведомо насыщается при токах, многократно превышающих номинальный, поэтому она не обеспечивает требуемую точность при КЗ.

Сравнение с заводской кривой: почему это важно

Сама по себе снятая ВАХ мало что скажет, если её не с чем сравнить. Согласно РД 153-34.0-35.301-2002, при наличии заводской характеристики снятую ВАХ рекомендуется сопоставлять с характеристикой, предоставленной изготовителем. Допустимые расхождения определяются конкретной методикой испытаний, однако визуальное несовпадение формы или значительное смещение точки перегиба — повод разбираться: возможны витковое замыкание, брак сердечника или несоответствие экземпляра.

Проблема в том, что заводские кривые ВАХ есть не у всех. Производители и поставщики часто выдают их только вместе с партией трансформаторов, а лаборатория, которая принимает оборудование через несколько рук, остаётся без эталона для сравнения.

Где взять кривые ВАХ: запросите у СПБ-Интры

В зависимости от производителя и серии оборудования мы можем предоставить типовые характеристики либо индивидуальные заводские ВАХ конкретного изделия или партии. Это тот самый эталон, с которым лаборатория сравнивает свою кривую при проверке по РД 153-34.0-35.301-2002.

Чтобы получить кривые, пришлите нам:

• тип трансформатора тока (ТЛО-10, ТОЛ-10, ТПЛ-10, CTS и другие);
• коэффициент трансформации;
• класс точности и предельную кратность нужной обмотки (например, 10P20);
• вторичную нагрузку, на которую считаете цепь.

Оставьте заявку через форму обратной связи или свяжитесь с менеджером — мы подберём и вышлем кривые ВАХ под вашу задачу. Если трансформатор ещё не выбран, поможет наш гайд «Как выбрать трансформатор тока для КРУ 6–35 кВ» и раздел каталога трансформаторов тока.

FAQ

Сколько точек нужно для корректной ВАХ?
Практика — 8–10 точек, обязательно с захватом зоны перегиба. Меньше — кривая «смажется», и колено будет не найти.

Чем грозит снятие ВАХ без размагничивания?
Кривая сместится вверх из-за остаточной намагниченности. Сравнение с заводской ВАХ даст ложное расхождение — потратите время на поиск несуществующего дефекта.

Можно ли снять ВАХ на обычном ЛАТРе?
Можно, но с повышающим трансформатором и правильными приборами (амперметр действующего значения, вольтметр среднего значения). Комплексы РЕТОМ-21 и аналоги просто делают это быстрее и с готовым протоколом.

Что делать, если снятая ВАХ заметно отличается от заводской?
Испытания следует повторить после проверки методики измерения, размагничивания и схемы подключения. Если отклонение подтверждается, необходимо провести дополнительную диагностику трансформатора и оценить возможность его дальнейшего применения.

Выдаёте ли вы кривые ВАХ на трансформаторы сторонних производителей?
Поставляемое нами оборудование — да, по запросу. Если вам нужны кривые на уже установленные ТТ другого производителя — напишите, посмотрим, что сможем сделать: часто есть архив заводских характеристик по распространённым типам.