Можно ли использовать один и тот же внутренний трансформатор тока (ТТ) как для учета электроэнергии, так и для релейной защиты? | Аналитические материалы от EcoNewlink

1) Можно ли законно и безопасно подключить один внутренний трансформатор тока (ТТ) одновременно к коммерческому счетчику и защитному реле, и какие меры по подключению/защите необходимы?

Краткий ответ: не следует просто подключать одну вторичную обмотку трансформатора тока параллельно для питания измерительного прибора и реле. Параллельное подключение вторичных обмоток трансформаторов тока или использование одной вторичной обмотки для измерения и защиты без специальной разработки трансформатора тока для этой цели чревато ошибками измерений, некорректной работой защитного реле и опасными высокими напряжениями на обрывах обмоток. Стандарты (IEC 61869-2 и IEEE C57.13) и передовая практика требуют либо независимо изолированных вторичных обмоток (трансформатор тока с двумя вторичными обмотками), либо отдельных трансформаторов тока, либо разработанного производителем комбинированного трансформатора тока, рассчитанного на обе функции.

Основные меры безопасности/безопасности электропроводки:

• Никогда не размыкайте вторичную обмотку трансформатора тока при первичном возбуждении. Если предохранитель вторичной обмотки перегорит, на первичной обмотке трансформатора тока возникнет опасно высокое вторичное напряжение.
• Если вам необходимо питать измерительный прибор и реле от одного трансформатора тока, используйте трансформатор тока с двумя изолированными вторичными обмотками, специально предназначенный для этой цели. Каждая обмотка должна быть отдельной, с соответствующим предохранителем и ограничением нагрузки для соответствующего устройства.
• Не следует соединять вторичные обмотки параллельно, если это прямо не разрешено трансформатором тока и производителем; параллельное соединение приводит к рассогласованию, нагреву и ошибкам в передаточно-счётном соотношении.
• Соблюдайте правила электромонтажа: закорачивайте вторичные выводы, используйте эквипотенциальное выравнивание и устанавливайте перемычки для закорачивания вторичных выводов трансформаторов тока, когда прибор отключается для технического обслуживания.

Практическое значение для покупателей: укажите, нужны ли вам две вторичные обмотки, перечислите нагрузки (мощность счетчика, мощность реле) и предохранители защиты, а также потребуйте заводскую документацию, подтверждающую, что трансформатор тока рассчитан на безопасное питание обеих цепей.

2) Какие классы точности и характеристики нагрузки трансформатора тока необходимы, если я хочу, чтобы один внутренний трансформатор тока использовался одновременно для учета электроэнергии и релейной защиты?

Измерительные и защитные трансформаторы тока предъявляют разные требования к точности и нагрузке. Для коммерческого учета обычно требуется высокая точность при нормальных токах (например, классы 0,1, 0,2, 0,5 или IEC 0,2S, 0,5S) при низких номинальных нагрузках (1–5 ВА, что характерно для аналоговых счетчиков или электронных счетчиков, предназначенных для трансформаторов тока). Защитные трансформаторы тока требуют заданной точности при высоких вторичных токах (выраженной как класс защиты 5P10, 5P20, 10P10 и т. д., или коэффициент предельной точности (ALF) в терминах IEC) и должны сохранять точность коэффициента при токах короткого замыкания без насыщения.

Если вы планируете использовать один трансформатор тока для обслуживания обоих устройств, то этот трансформатор тока должен соответствовать одному из следующих условий:

• Изготавливать с отдельными вторичными обмотками: одна обмотка с классом точности измерения и низким номинальным нагрузочным сопротивлением, а другая обмотка в качестве защитной обмотки с требуемыми характеристиками ALF и точкой перегиба; или
• Это должен быть трансформатор тока комбинированного класса, сертифицированный производителем для обеих целей (например, трансформатор тока с номинальной мощностью 0,2/5P10 или аналогичный), и сертификаты испытаний которого подтверждают точность измерения при номинальной нагрузке и точность защиты до указанного значения ALF.

При указании параметров необходимо предоставить поставщику точные данные: номинальный ток первичной обмотки (например, 400 А), ток вторичной обмотки (1 А или 5 А), класс точности измерения и нагрузку (например, 0,5 при 5 ВА), класс защиты и ALF (например, 5P10 или ALF 10), а также ожидаемую нагрузку на вторичную проводку (мощность реле + мощность кабеля). Если нагрузка от реле увеличит общую мощность сверх расчетной нагрузки, точность измерения снизится.

3) Как напряжение в точке перегиба трансформатора тока и кривая возбуждения влияют на работу реле при высоких токах короткого замыкания, если один и тот же трансформатор тока используется для измерения и защиты?

Напряжение в точке перегиба (Uk) и кривая возбуждения (намагничивания) описывают момент насыщения сердечника трансформатора тока. Для защитных трансформаторов тока, подающих высокие токи короткого замыкания на реле, высокое напряжение в точке перегиба означает, что трансформатор тока не будет насыщаться под действием переходных напряжений, вызванных высокими первичными токами, поэтому реле получает точную информацию о вторичном токе во время короткого замыкания.

Почему это важно при совместном использовании трансформатора тока: измерительный сердечник, оптимизированный для работы с низкой нагрузкой и высокой точностью при нормальных токах, часто имеет гораздо более низкую точку перегиба и ограниченную мощность возбуждения. Если ожидается, что та же обмотка будет питать защитное реле при высоких токах короткого замыкания, трансформатор тока может преждевременно насытиться, что приведет к занижению показаний реле относительно токов короткого замыкания или искажению вторичных сигналов — потенциально, реле может не сработать быстро или вообще не сработать.

Совет по закупкам: для защитных применений укажите значение Uk и запросите у производителя фактическую кривую возбуждения (кривую намагничивания) и результаты испытаний ALF в соответствии со стандартом IEC 61869-2. Убедитесь, что значения Uk и ALF трансформаторов тока соответствуют входным требованиям производителя реле и максимальному ожидаемому току короткого замыкания системы. Если реле требуют трансформаторов тока с высокой точкой перегиба (например, при использовании дистанционной или дифференциальной защиты), не используйте трансформатор тока только для измерения.

4) Если я использую трансформатор тока с двумя вторичными обмотками для измерения и защиты, какие сертификаты испытаний и заводские испытания мне необходимо запросить у производителя?

При покупке трансформаторов тока, предназначенных для питания измерительного и защитного устройств через две вторичные обмотки, необходимо потребовать подробную документацию о заводских испытаниях, подтверждающую соответствие обеих обмоток заявленным характеристикам. Минимальный запрос:

• Протоколы типовых и плановых испытаний, соответствующие заказу, с указанием погрешности коэффициента трансформации и фазового сдвига при заданных токах и нагрузках (включая суммарную нагрузку от проводки счетчика и реле).
• Кривая возбуждения (намагничивания) защитной обмотки и рассчитанное напряжение в точке перегиба (Uk) согласно IEC 61869-2 или испытаниям IEEE.
• Коэффициент предельной точности (ALF) или тест класса защиты, показывающий погрешность отношения при больших кратных значениях In (например, до 10× или 20× In в зависимости от спецификации).
• Значения кратковременной тепловой нагрузки (Ith и длительность, например, кА в течение 1 с) и динамической/пиковой выдерживаемой нагрузки (Icw) соответствуют уровню короткого замыкания в вашем распределительном устройстве.
• Испытания изоляции – испытания на устойчивость к воздействию промышленной частоты и импульсные испытания, если это необходимо для обеспечения соответствия уровня изоляции вашего распределительного устройства внутренним требованиям.
• Проверка сопротивления обмотки и полярности, а также калибровка/сертификат, подтверждающий соответствие национальным стандартам.

Если трансформаторы тока имеют решающее значение для получения дохода и защиты, запросите заводские испытания в присутствии наблюдателей или отчеты сторонних экспертов. Потребуйте от поставщика подтверждения соответствия стандарту IEC 61869-2 (трансформаторы тока) и, где это применимо, стандарту IEEE C57.13.

5) Какие практические виды отказов и угрозы безопасности наблюдаются при попытке операторов использовать один внутренний трансформатор тока как для измерения, так и для защиты?

К числу распространенных практических неисправностей и опасностей относятся:

• Насыщение трансформатора тока под действием токов короткого замыкания приводит к неработоспособности реле или задержке срабатывания (опасность для защиты).
• Снижение точности учета из-за чрезмерной нагрузки от релейных цепей или параллельной нагрузки приводит к потере дохода или выставлению счетов, не соответствующих требованиям.
• При перегорании предохранителя со стороны счетчика или снятии счетчика во время нахождения под напряжением на первичной обмотке трансформатора тока возникает высокое напряжение, что представляет опасность поражения электрическим током и повреждения изоляции оборудования.
• Перегрев вторичной обмотки трансформатора тока, возникающий при наличии несбалансированных или неожиданных нагрузок от нескольких устройств, может сократить срок службы трансформатора тока или привести к механическим повреждениям.
• Помехи и погрешности измерений, возникающие из-за длинных вторичных проводов и плохого заземления, влияют как на работу измерительного прибора, так и на работу реле.

Меры по снижению рисков на месте эксплуатации: используйте отдельные или двойные изолированные обмотки, обеспечьте надежную защиту вторичных предохранителей с помощью блокировок (предотвращающих включение трансформаторов тока при разомкнутых вторичных обмотках), закоротите клеммные колодки для проведения технического обслуживания и убедитесь, что вторичные участки обмотки короткие и должным образом экранированы. Обучение и процедуры так же важны, как и оборудование.

6) Существуют ли одобренные отраслевые стандарты комбинированные трансформаторы тока, предназначенные для обеих функций, и как выбрать подходящий для приобретения распределительных устройств для внутреннего использования?

Да, производители предлагают трансформаторы тока комбинированного или двойного назначения, а также трансформаторы тока с двумя изолированными вторичными обмотками, специально разработанные для удовлетворения как требований к измерению, так и к защите. Они могут быть маркированы комбинированными классами (например, точность измерения плюс рейтинг защиты ALF) или поставляться как многообмоточные трансформаторы тока. Однако не каждый трансформатор тока, продаваемый как комбинированный, выполняет обе функции в каждой системе — необходимо указывать спецификацию.

Как указать:

1. Начните с параметров системы: укажите номинальный ток первичной обмотки (например, 800 А), требуемый ток вторичной обмотки (1 А или 5 А), ожидаемый ток короткого замыкания в месте расположения трансформатора тока и требования к входным сигналам реле.
2. Определите потребности в учете: класс точности учета (например, 0,2S) и максимально допустимую нагрузку (ВА) при номинальном токе.
3. Определите потребности в защите: класс защиты (например, 5P10 или ALF 10), требуемое напряжение точки перегиба (Uk) при использовании реле, требующих высокого напряжения точки перегиба, и кратковременный тепловой номинал (Ith), соответствующий уровню короткого замыкания.
4. Если необходимо изолировать счетчики и реле, запросите двойную вторичную обмотку. Укажите, должен ли выходной ток вторичной обмотки составлять 1 А или 5 А (1 А все чаще используется в электронных счетчиках электроэнергии, но обязательно уточните совместимость с реле).
5. Запросите полные протоколы испытаний по стандарту IEC 61869-2, таблицы коэффициентов и фазовых смещений, кривые возбуждения, данные о кратковременной устойчивости, результаты испытаний изоляции и сертификат калибровки, прослеживаемый до национальной метрологической лаборатории.
6. Укажите механические параметры для внутреннего монтажа (тип шины, размер окна, расположение клемм, степень защиты IP для внутренних установок) и условия окружающей среды (температура окружающей среды, высота над уровнем моря).

Полезное условие закупки: трансформатор тока должен быть испытан и сертифицирован в соответствии со стандартом IEC 61869-2. Трансформатор тока должен иметь две изолированные вторичные обмотки: обмотка A для коммерческого учета класса 0,5 при нагрузке X ВА; обмотка B для защиты, соответствующей стандарту 5P10 с ALF=10 и точкой перегиба Uk ≥ Y В. Кратковременный тепловой номинал Ith ≥ ожидаемый ток короткого замыкания в течение 1 с. При отгрузке требуются протоколы заводских испытаний и сертификат калибровки. Замените X и Y на номера, специфичные для системы.

В заключение — преимущества правильного применения и выбора КТ-аппарата:Правильный выбор отдельных трансформаторов тока или сертифицированного производителем двухвального/комбинированного трансформатора тока позволяет избежать ошибок измерения, обеспечивает надежную работу реле в аварийных ситуациях, снижает риски для безопасности (напряжения холостого хода) и помогает соответствовать нормативным требованиям и стандартам защиты. Для безопасных, точных и сертифицируемых установок необходимы правильная спецификация и документация по испытаниям (соответствие IEC 61869-2 / IEEE C57.13, кривые возбуждения, ALF, Ith, испытания изоляции).

Для получения индивидуального предложения и помощи в выборе внутренних трансформаторов тока, отвечающих как потребностям в учете, так и в защите, свяжитесь с нами по адресу www.econewlink.com или по электронной почте nali@newlink.ltd.