Трансформаторы тока в распределительном устройстве

Когда говорят про трансформаторы тока в РУ, многие представляют себе просто серые коробки на опорных изоляторах, задача которых — дать сигнал на счетчик или защиту. На деле же это, пожалуй, один из самых ?думающих? элементов в ячейке. Ошибка в выборе, монтаже или учете его особенностей может годами тихо лежать в схеме, а потом вылиться в ложное срабатывание защит или, что хуже, в их отказ когда это действительно нужно. Особенно это касается современных цифровых терминалов, которые очень чувствительны к качеству вторичного сигнала.

От теории к ?полевым? условиям: где кроется подвох?

В учебниках все гладко: первичный ток, коэффициент трансформации, класс точности. Но на объекте, скажем, при модернизации старой подстанции, начинается самое интересное. Часто встречаешь старые ТТ с завышенными коэффициентами, установленные ?про запас?. При низкой нагрузке вторичный ток мизерный, и реле, особенно старые электромеханические, могут просто не чувствовать его. А современные микропроцессорные защиты начинают ?капризничать? — растет погрешность, могут появляться ложные гармоники в измеренном сигнале.

Был у меня случай на одном из объектов по реконструкции городских сетей. Стояли ТТ с Kт 300/5, а фактическая нагрузка линии редко превышала 50 А. Для учета это катастрофа, погрешность зашкаливала. Пришлось обосновывать заказчику замену на 100/5, что, конечно, вылилось в дополнительные работы по демонтажу и остановке ячейки. Но это того стоило.

Или другой нюанс — выбор класса точности. Для учета, понятно, 0.5S или 0.2S. Но для защит часто ставят 10P, считая, что этого с головой хватит. Однако если у вас насыщаются трансформаторы, сложные переходные процессы (например, пуск мощного двигателя), то форма вторичного тока может исказиться так, что защита сработает с недопустимой выдержкой времени. Тут уже нужно смотреть глубже, возможно, применять ТТ с классом PX/TPY для особо ответственных участков, где важна скорость отсечки.

Монтаж и коммутация: мелочей не бывает

Казалось бы, что сложного: подключил вторичные цепи, протянул, проверил сопротивление изоляции. Но именно здесь — львиная доля накладок. Самая распространенная ошибка — недотянутая клемма на испытательном блоке. Контакт есть, но с переходным сопротивлением. При нормальном токе все работает, но при КЗ, когда токи в сотни раз выше, падение напряжения на этом плохом контакте может ?обесценить? сигнал для защиты.

Вторичную обмотку обязательно нужно нагружать или закорачивать. Правило старо как мир, но сколько раз видел, как при ремонтах отключают цепи, а перемычку на ТТ не ставят. Потом удивляются, почему трансформатор ?гудит? или, того хуже, пробивает изоляцию из-за высокого напряжения на холостом ходу. У нас на объектах всегда держим набор надежных испытательных перемычек, и это must-have в чемодане любого наладчика.

Отдельная тема — экранирование и прокладка кабелей. Рядом с силовыми шинами тянешь слаботочку от ТТ к шкафу учета. Если кабель неэкранированный или экран не заземлен с двух сторон, наводки обеспечены. Особенно это видно на подстанциях, где есть мощные ВЧ-помехи от вакуумных выключателей. Показания начинают ?плясать?. Решение — всегда использовать экранированные контрольные кабели, а трассы слаботочных и силовых цепей разносить по разным лоткам.

Из практики: пример с подстанцией 10 кВ

Хочу привести в пример работу, которую мы вели совместно с партнерами, например, с компанией ООО Хунань Синьнэн Промышленность. На их сайте https://www.xinneng.ru можно увидеть, что они реализуют проекты в области распределительных сетей и солнечной энергетики. В таких проектах требования к точности измерений и надежности защит особенно высоки.

Был проект по модернизации РУ 10 кВ на одном из промышленных предприятий. Задача — интеграция новых ячеек с вакуумными выключателями и микропроцессорными защитами. Старые ТТ физически были в хорошем состоянии, но их класс точности и вторичная нагрузка не соответствовали паспортным данным новых терминалов. Простой расчет показал, что при близком КЗ вторичный ток мог бы достигать 150 А, а клеммные блоки и проводка были рассчитаны на 20-30 А максимум.

Пришлось делать комплексный анализ: не только проверять паспортные данные ТТ, но и моделировать режимы КЗ, чтобы понять реальную вторичную нагрузку на каждый канал. В итоге часть трансформаторов оставили, но перекоммутировали их вторичные цепи, а на наиболее ответственных фидерах, питающих ключевое оборудование, заменили на современные модели с расширенным динамическим диапазоном. Это тот случай, когда сэкономить на ТТ — значит заложить бомбу в систему релейной защиты.

Компания ООО Хунань Синьнэн Промышленность, судя по их опыту в строительстве линий электропередачи и солнечных электростанций, наверняка сталкивалась с подобными задачами, где точность ТТ критична для эффективного учета генерации и стабильной работы сетей.

Мысли вслух о будущем и ?цифре?

Сейчас много говорят про цифровые подстанции и оптические трансформаторы тока. Да, это будущее. Нет железного сердечника, нет проблемы насыщения, широчайший частотный диапазон. Но пока что их цена и, главное, требования к монтажу и эксплуатации (чистота соединений, температурный режим электроники) делают их уделом особо ответственных объектов вроде узловых подстанций 110 кВ и выше.

Для рядового РУ 6-10 кВ мы еще долго будем иметь дело с классическими индукционными трансформаторами тока. И здесь, на мой взгляд, ключевой тренд — это не столько новые материалы сердечников, сколько интеграция. Появление ТТ со встроенными датчиками температуры, с готовыми цифровыми интерфейсами для прямого подключения к шине процесса (по протоколу IEC 61850). Это упростит монтаж, уменьшит количество промежуточных соединений — основных источников проблем.

Но фундамент остается прежним: какой бы ?умной? ни была ячейка, ее работа начинается с грамотного выбора и качественного монтажа именно этих устройств — трансформаторов тока. Без этого все последующие цифровые ?навороты? просто не будут иметь достоверных данных для работы. И этот принцип, уверен, разделяют и наши коллеги, реализующие сложные сетевые проекты, где надежность каждого элемента — это общая ответственность.

Вместо заключения: простой чек-лист

Поэтому, когда в следующий раз будете проверять проект или принимать ячейку, обратите внимание на несколько неочевидных, но критичных пунктов по ТТ. Не ограничивайтесь сверкой коэффициента трансформации по схеме.

Во-первых, спросите или посчитайте реальную минимальную и максимальную нагрузку на фидере. Соответствует ли ей выбранный коэффициент? Во-вторых, проверьте, как скоммутированы вторичные обмотки. Все ли используются? Нет ли висящих в воздухе? Нагрузка на каждую цепь (сопротивление проводов, реле, приборов) — она в пределах допустимого для заявленного класса точности? В-третьих, физическое состояние. Часто в старых РУ клеммные коробки ТТ забиты пылью, а то и следами влаги. Это верный путь к пробою.

Работа с трансформаторами тока — это всегда баланс между экономикой, физикой и здравым смыслом. И этот баланс находится не в каталогах, а на объекте, с паспортом в одной руке и мультиметром — в другой. Именно такой подход позволяет избежать тех самых ?тихих? проблем, которые годами могут скрываться в распределительном устройстве, ожидая своего часа.