Класс точности трансформаторов тока: выбираем правильно для различных областей применения

Класс точности - важнейшая характеристика трансформаторов тока. Правильный выбор обеспечит точность измерений и учета электроэнергии. Давайте разберемся в требованиях к классам точности для различных областей применения.

Назначение и классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока (ТТ) предназначены для преобразования переменного тока одного значения в переменный ток другого значения с целью передачи сигнала измерительным приборам, защитной аппаратуре, системам управления и автоматики. Основное назначение ТТ - снижение тока до безопасного уровня для подключения измерительных приборов.

Трансформаторы тока классифицируются:

• По назначению: измерительные, защитные, учетные;
• По роду установки: встроенные, выносные, опорные;
• По конструкции первичной обмотки: собственно трансформаторы, трансформаторы с проходными изолированными шинами, без первичной обмотки;
• По способу установки: стационарные, выкатные, навесные, приставные;
• По выполнению изоляции: с литой изоляцией, с изоляцией из твердых материалов, маслонаполненные;
• По числу ступеней трансформации: одноступенчатые, многоступенчатые;
• По рабочему напряжению: низковольтные, средневольтные, высоковольтные.

Наиболее распространенными типами ТТ в России являются: ТПЛ, ТПС, ТФЗМ, ТОЛ, ТПОЛ, ТЛК, ТВТ и др. Каждый тип имеет свои конструктивные особенности и области применения.

Основные параметры и характеристики

Основными параметрами ТТ являются:

• Номинальный первичный ток (I1ном) - максимальное значение тока в первичной цепи, для измерения которого предназначен ТТ;
• Номинальный вторичный ток (I2ном) - значение тока во вторичной обмотке, соответствующее I1ном. Стандартное значение 5 А или 1 А;
• Коэффициент трансформации - отношение I1ном к I2ном.

Важнейшей характеристикой ТТ является класс точности - это показатель, характеризующий пределы допускаемых погрешностей трансформатора при нормальных условиях эксплуатации.

Различают токовую погрешность - отклонение коэффициента трансформации от номинального значения, и угловую погрешность - сдвиг по фазе между первичным и вторичным токами.

Класс точности ТТ обозначается дробью: в числителе указывается предел токовой погрешности в процентах, в знаменателе - угловой погрешности в угловых минутах. Например: 0,5/30.

Требования стандартов к классам точности

Основные требования к классам точности ТТ устанавливает ГОСТ 7746-2001. В нем приведены допустимые пределы погрешностей для различных классов точности.

Для наиболее распространенных классов диапазоны погрешностей следующие:

Где I1 - текущее значение первичного тока.

Как видно из таблицы, классы 0.5S и 0.2S имеют более жесткие требования к точности в зоне малых токов по сравнению с классами 0.5 и 0.2.

Аналогичные классы точности и требования к ним содержатся в зарубежных стандартах МЭК, IEEE, DIN и др.

Выбор класса точности для учета электроэнергии

Для организации учета электроэнергии применяются измерительные трансформаторы тока. Согласно ПУЭ, для расчетного учета должны применяться ТТ классом не ниже 0,5S.

Более конкретные рекомендации по выбору класса точности в зависимости от объекта:

• Для линий электропередачи напряжением 220 кВ и выше - не хуже 0,2S;
• Для генераторов мощностью 100 МВт и более - не хуже 0,2S;
• Для присоединений мощностью 100 МВт и более - не хуже 0,2S;
• Для остальных присоединений - не хуже 0,5S.

Например, на подстанции 220 кВ с трансформаторами по 80 МВт достаточно установить ТТ класса 0,5S, а на подстанции 500 кВ с генераторами по 250 МВт потребуются ТТ 0,2S.

Таким образом, для учета электроэнергии в зависимости от величины токов и мощностей присоединений выбирают ТТ классов 0,5S или 0,2S. Это обеспечит минимальную погрешность измерений.

Выбор класса точности для релейной защиты

Для релейной защиты оборудования к точности измерения тока предъявляются менее жесткие требования. Здесь нужно обеспечить срабатывание защиты при возникновении аварийных режимов.

Поэтому для защиты чаще применяют ТТ классов точности 10Р или 5Р. Их погрешность не превышает 10% во всем диапазоне токов КЗ. Этого вполне достаточно для надежного функционирования устройств РЗА.

Например, для защиты силового трансформатора 110 кВ мощностью 40 МВА можно установить трансформаторы тока ТФЗМ-110-III с классом точности 10Р.

Таким образом, для целей релейной защиты достаточно использовать ТТ классов 10Р и 5Р, не требуется повышенная точность 0,5S или 0,2S.

Особенности ТТ классов 0.5S и 0.2S

Классы точности 0.5S и 0.2S появились относительно недавно, в связи с повышением требований к точности измерения и учета электроэнергии. Их особенности:

• Высокая точность при малых токах (менее 20% от номинального) за счет применения аморфных сплавов в магнитопроводе;
• Позволяют существенно снизить погрешность измерения и потери в учете электроэнергии;
• Применяются в основном для коммерческого и расчетного учета;
• Обозначаются с добавлением буквы "S" - 0.5S, 0.2S.

По сравнению с ТТ классов 0.5 и 0.2, трансформатор тока класс точности 0.5S и 0.2S обеспечивают гораздо меньшую погрешность в области малых токов, что критично для точного учета электроэнергии.

Требования к ТТ для систем АИИС КУЭ

Для автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) предъявляются повышенные требования к метрологическим характеристикам ТТ:

• Класс точности не хуже 0.5S;
• Каждая цепь электросчетчика должна подключаться к отдельной вторичной обмотке ТТ;
• Нагрузка вторичных обмоток не должна превышать номинальную;
• ТТ должны иметь низкое полное сопротивление вторичных обмоток.

Это необходимо для исключения дополнительных погрешностей при измерении и передаче сигналов в систему АИИС КУЭ.

Рекомендации по выбору ТТ

При выборе трансформаторов тока для конкретных объектов рекомендуется:

• Запасаться по мощности, выбирая ТТ с номинальным током выше ожидаемого в 1.5-2 раза;
• Для учета выбирать ТТ класса 0.5S или 0.2S;
• Для защиты выбирать ТТ класса 10P или 5P;
• Учитывать способ установки, габаритные размеры, условия окружающей среды;
• При замене старых ТТ отдавать предпочтение современным 0.5S и 0.2S.

Такой подход позволит минимизировать погрешности измерений и потери электроэнергии.

Поверка ТТ в процессе эксплуатации

В процессе длительной эксплуатации метрологические характеристики ТТ могут ухудшаться. Для контроля необходимо периодически проводить поверку.

Согласно нормам, межповерочный интервал для ТТ составляет:

• 16 лет - на напряжение до 35 кВ;
• 8 лет - на напряжение свыше 35 кВ.

При проведении поверки определяются погрешности и сравниваются с нормированными для данного класса точности. При превышении норм ТТ бракуется.