Классы точности вторичных обмоток для работы в переходных режимах

Трансформаторы тока, используемые в схемах релейной защиты и противоаварийной автоматики, вследствие насыщения магнитопровода могут искажать передаваемую информацию в установившихся и особенно переходных режимах коротких замыканий. Искажение формы кривой вторичного тока оказывают существенное влияние на работу устройств релейной защиты. Появление тока небаланса между насыщенным и ненасыщенным магнитопроводами может привести как к ложному срабатыванию дифференциальной защиты, так и к полному отказу релейной защиты.

Известны масштабные аварии, произошедшие по причине излишней работы дифференциальной токовой защиты при коротком замыкании вследствие появления тока небаланса в цепях, обусловленного насыщением защитных обмоток трансформаторов тока из-за появления значительной по величине апериодической составляющей в токе короткого замыкания.

Одной из причин возникновения описанных выше аварий являлось отсутствие в нормативно-технической документации Российской Федерации требований о необходимости обеспечения техническими характеристиками трансформаторов тока и подключенных к ним устройств релейной защиты. В ГОСТ 7746-2015 «Трансформаторы тока. Общие технические условия», требования к вторичным обмоткам для защиты предъявлялись только к классам точности 10Р и 5Р. Ни в одном из этих классов не нормируется работа трансформатор9ов тока в переходных режимах — указанные в ГОСТ 7746-2015 погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).С появлением таких стандартов, как ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 и ПНСТ 283-2018 расширились требования, предъявляемые к вторичным обмоткам для защиты, которые отразились в новых классах точности:

Классы точности по ГОСТ Р МЭК 61869-2-2015 – 5P, 10Р, 5PR, 10PR, PX, PXR, TPX, TPY, TPZ.

Классы точности по ПНСТ 283-2018 – 5P, 10Р, 5PR, 10PR, TPY, TPZ.

Отличительные особенности классов точности для защиты приведены ниже.

Классы точности 5Р, 10Р

К данным классам точности не предъявляются требования по точности в переходных режимах и ограничений по остаточной намагниченности. Остаточная намагниченность может достигать более 80% от индукции насыщения.

Классы точности 5PR, 10PR

Дополнительно к требованиям, предъявляемым к классам точности 5Р и 10Р, характеризуются требованием к остаточной намагниченности Kr, которая не должна быть более 10% от потока насыщения. При протекании симметричных токов КЗ такая вторичная обмотка не уйдет в насыщение, а форма тока во вторичной цепи не будет искажена. После отключения трансформатора при токах короткого замыкания, вторичная обмотка не потребует размагничивания, т.к. после прекращения протекания тока в обмотках магнитопровод возвращается в состояние, предшествующее аварийному событию.

Классы точности PX, PXR

К классам точности PX и PXR не предъявляются требования по точности, как в номинальном, так и переходных режимах. Нормируется погрешность коэффициента трансформации. К классу точности PXR дополнительно предъявляются требования по ограничению остаточной намагниченности.

Для классов точности PX, PXR в эксплуатационной документации дополнительно должна быть указана следующая информация:

  • номинальное отношение витков (коэффициент трансформации);
  • номинальная точка перегиба э.д.с. Ek;
  • верхний предел тока насыщения Ie в номинальной точке перегиба э.д.с;
  • коэффициент расширения тока Kx;
  • номинальная резистивная нагрузка Rb.

Кроме этого, к данным классам точности предъявляются дополнительные требования при проведении приемо-сдаточных испытаний:

  • Изоляция вторичной обмотки (при Ek≥2) кВ должна выдерживать одноминутное испытательное напряжение 5 кВ.
  • Номинальное выдерживаемое напряжение межвитковой изоляции должно составлять десятикратное значение от максимального значения нормированной э.д.с в точке перегиба, но не более 10 кВ (пикового значения).

Класс точности TPX

К данному классу точности не предъявляются требования по точности в переходных режимах и ограничений по остаточной намагниченности. Остаточная намагниченность может достигать более 80% от индукции насыщения. Имеет более жесткие требования по пределам допускаемой погрешности по отношению к классу точности 5Р.

Класс точности TPY

Данный класс точности характеризуется не только требованиями к ограничению остаточной намагниченности, аналогично классу точности 5PR, но и требованиями к точности передачи мгновенного значения тока в переходном режиме короткого замыкания с нормированной погрешностью не более 10%. Данный класс вторичной обмотки позволяет измерять значение тока КЗ с учетом апериодической составляющей. Следует отметить, что такая точность работы вторичных обмоток для защиты трансформатора требуется далеко не всегда. Для соответствия данному классу точности, при изготовлении трансформатора необходимо значительно увеличивать сечение магнитопровода, что ведет к увеличению габаритных размеров трансформатора и, как следствие, к увеличению стоимости.

Класс точности TPZ

Данный класс точности характеризуется нормируемой погрешностью трансформации периодической составляющей тока короткого замыкания.

Выводы

Основные требования, предъявляемые к защитным обмоткам в зависимости от класса точности приведены в таблице ниже:

Класс Требования, предъявляемые к защитным обмоткам в зависимости от класса точности
Предел допускаемой погрешности** Погрешность коэффициента трансформации Ɛt, % Номинальный коэффициент остаточной намагниченности Kr ном, %
токовой, % угловой Полной при токе номинальной предельной кратности Ɛ, % При переходном режиме
мин срад
±1 ±60 ±1,8 5
10Р ±3 10
5PR ±1 ±60 ±1,8 5 Не более 10
10PR ±3 10 Не более 10
PX ±0,25
PXR ±1 Не более 10*
TPX ±0,5 ±30 ±0,9 10
TPY ±1 ±60 ±1,8 10 Ɛmax≤10 Не более 10
TPZ ±1 180±18 5,3±0,6 10 Ɛac max≤10 Не более 10

* – допускается согласование Kr более 10 для обмоток с низкими ампервитками;
** – в ГОСТ Р МЭК 61869-2 все пределы погрешности нормированы для температуры вторичной обмотки

Для обеспечения бесперебойной работы современных систем РЗиА в сетях, на смену устаревшим классам точности 10Р и 5Р пришли новые классы точности 10PR, 5PR, TPY, TPZ, исключающие проблемы с насыщением трансформаторов тока из-за высокой остаточной намагниченности. Для обеспечения надежной работы релейной защиты и противоаварийной автоматики в большинстве случаев будет достаточно применение трансформаторов с классами точности защитных обмоток 10PR и 5PR. В случае необходимости измерения токов КЗ с учетом апериодической составляющей следует применять трансформаторы с классом точности TPY. В случае, если требуется нормируемая погрешность трансформации периодической составляющей тока короткого замыкания с нормированием вторичной постоянной времени, тогда следует выбирать трансформаторы с классом точности защитной обмотки TPZ.