Условия работы трансформаторов тока, требования к ним и их выбор в схемах РЗА

1.1.1 Устройство и принцип действия ТТ

Простейший и самый распространенный ТТ - двухобмоточный. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков w1 и одну вторичную обмотку с числом витков w2. Обмотки находятся на общем магнитопроводе, благодаря которому между ними существует хорошая электромагнитная (индуктивная) связь.

Первичная обмотка, изолированная от вторичной обмотки на полное рабочее напряжение аппарата, включается последовательно в рассечку цепи контролируемого первичного тока, а вторичная обмотка замыкается на нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней протекание вторичного тока, практически пропорционального переменному первичному току. Чем меньше полное сопротивление нагрузки zн и полное сопротивление вторичной обмотки zТ2, тем точнее соблюдается пропорциональность между первичным и вторичным токами, т.е. тем меньше погрешности ТТ. Идеальный режим работы ТТ - это режим КЗ вторичной обмотки, тогда как для ТН идеальным является режим XX.

Один вывод вторичной обмотки обычно заземляется, поэтому он имеет потенциал, близкий к потенциалу контура заземления электроустановки.

Трансформаторы тока для защиты предназначены для передачи измерительной информации о первичных токах в устройства защиты и автоматики. При этом они обеспечивают:

1) масштабное преобразование переменного тока различной силы в переменный вторичный ток приемлемой силы для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование вторичных цепей и реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепей высокого напряжения. Аналогичные функции выполняют и ТТ для измерений, предназначенные для передачи информации измерительным приборам.

Между ТТ для защиты и для измерений нет принципиальной разницы. Существующие различия заключаются в неодинаковых требованиях к точности и к диапазонам первичного тока, в которых погрешности ТТ не должны превышать допустимых значений. К ТТ для измерений предъявляется требование ограничения сверху действующего значения вторичного тока при протекании тока КЗ по первичной обмотке, для них устанавливается номинальный коэффициент безопасности приборов. Это требование не предъявляется к ТТ для защиты, которые должны обеспечивать необходимую точность трансформации тока и при КЗ. Номинальный коэффициент безопасности фактически является верхним пределом для номинальной предельной кратности ТТ для измерений. Поэтому в стандартах некоторых стран (например, в германских правилах VDE 0414 «Regeln für Mebwandler») для всех ТТ нормируется номинальная предельная кратность (Nenn Überstromziffer «n»), причем ее ограничение для измерительных ТТ задается в форме п < ..., а для трансформаторов тока для защиты в форме п > ....

При анализе явлений в ТТ необходимо учитывать положительные направления первичного и вторичного токов в соответствующих обмотках, а также ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке, от которых зависят знаки (плюс или минус) и формулах и углы векторов на векторных диаграммах.

В технике релейной защиты приняты положительные направления для токов и ЭДС, показанные на рисунке 1. Звездочками отмечены однополярные зажимы обмоток, например их начала, которые по ГОСТ обозначаются символами Л1 у первичной обмотки и И1 у вторичной обмотки.

Приняты положительными: направление для первичного тока от начала к концу первичной обмотки и направление для вторичного тока от начала вторичной обмотки (по внешней цепи нагрузки) к концу вторичной обмотки, соответственно этому внутри вторичной обмотки - направление вторичного тока и вторичной ЭДС (от конца к началу обмотки).

При указанных положительных направлениях векторы первичного и вторичного токов совпадают по фазе при отсутствии угловой погрешности, а мгновенная вторичная ЭДС равна взятой со знаком «плюс» первой производной по времени от потокосцепления вторичной обмотки.

По причине существенной нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитного магнитопровода к анализу явлений в ТТ неприменим принцип наложения (суперпозиции). Даже при номинальном первичном токе и номинальной нагрузке индукция в магнитопроводе не равна разности индукций, которые были бы созданы отдельно взятыми первичным и вторичным токами. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе ТТ определяется только совместным одновременным действием первичного и вторичного токов и даже гипотетически не может корректно рассматриваться как разность потоков, раздельно созданных первичным и вторичным токами.

1.1.2 Классификация ТТ

По ГОСТ 7746-89 ТТ подразделяются по следующим основным признакам:

- по роду установки:

для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69 [22]);

для работы в закрытых помещениях (категории размещения 3 и 4 по ГОСТ 15150-69);

для работы в подземных установках (категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69);

для работы внутри оболочек электрооборудования (категории размещения в соответствии с таблицей ГОСТ);

по принципу конструкции: опорные (О), проходные (П), шинные (Ш), встроенные (В), разъемные (Р). Допускается по ГОСТ 7746-89 [14] сочетание нескольких перечисленных принципов, а также конструктивное исполнение, не подпадающее под перечисленные признаки;

- по виду изоляции: с литой изоляцией (Л), с фарфоровой покрышкой (Ф), с твердой изоляцией (кроме фарфоровой и литой) (Т), маслонаполненные (М), газонаполненные (Г);

- по числу ступеней трансформации: одноступенчатые и каскадные;

- по числу магнитопроводов со вторичными обмотками, называемых кернами, объединенных общей первичной обмоткой: с одним керном, с несколькими кернами;

- по назначению кернов: для измерения, для защиты, для измерения и защиты, для работы с нормированной точностью в переходных режимах;

- по числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми путем изменения числа витков первичной или (и) вторичной обмоток, а также путем применения вторичных обмоток с отпайками.

1.1.3 Структура условного обозначения ТТ по ГОСТ 7746-89

В стандартах на трансформаторы отдельных видов ГОСТ 7746-89 [14] допускает ввод в буквенную часть обозначения дополнительных букв. Допускается исключение или замена отдельных букв, кроме Т, для обозначения особенностей конкретного ТТ.

1.1.4 Основные (номинальные) параметры ТТ

По ГОСТ 7746-89 к номинальным параметрам ТТ относятся:

- номинальное напряжение ТТ UHOM - номинальное напряжение цепей, для которых предназначен данный аппарат. Встроенные ТТ не имеют паспортного параметра номинального напряжения;

- номинальный первичный ток ТТ I1ном;

- номинальный вторичный ток ТТ I2ном;

- номинальный коэффициент трансформации ТТ;

- номинальная вторичная нагрузка с номинальным коэффициентом мощности cosφ (1 или 0,8 индуктивный). Обозначается zн ном (сопротивление нагрузки) или Sн ном (номинальная мощность нагрузки);

- номинальный класс точности ТТ (керна для ТТ с несколькими кернами);

- номинальная предельная кратность ТТ, обслуживающего релейную защиту - К10ном, К5ном;

- номинальный коэффициент безопасности для приборов - Kδном;

- номинальная частота ТТ - fном.

1.2 Соотношения основных величин. Схема замещения и векторная диаграмма ТТ

Соотношения основных величин, характеризующих работу ТТ, как и используемая для анализа упрощенная математическая модель ТТ и его нагрузки - схема замещения ТТ, базируются на фундаментальных законах электротехники - законе полного тока, законе электромагнитной индукции и законах Кирхгофа.

Закон полного тока связывает напряженность магнитного поля в магнитопроводе ТТ с токами в обмотках ТТ и числами витков обмоток:

Htl = i1w1 - i2w2,                                                              (1)

где Ht - мгновенное значение напряженности магнитного поля, средней по длине пути магнитной силовой линии;

l - средняя длина магнитной силовой линии;

i1 и i2 - мгновенные значения первичного и вторичного токов;

w1 и w2 - действительные числа витков первичной и вторичной обмоток.

Закон электромагнитной индукции устанавливает соотношение между мгновенными значениями результирующего магнитного потока Ф в магнитопроводе ТТ и индуктируемой им ЭДС в витках обмотки:

    (2)

где е2 - мгновенное значение ЭДС во вторичной обмотке (вторичной ЭДС);

Ψ - потокосцепление вторичной обмотки;

Q - сечение стали магнитопровода;

В - мгновенное значение магнитной индукции в магнитопроводе, среднее по сечению.

Второй закон Кирхгофа связывает вторичную ЭДС с вторичным током и параметрами вторичной ветви в схеме замещения ТТ:

     (3)

где r2 - активное сопротивление вторичной ветви:

r2 = rт2 + rн

(здесь rт2 - активное сопротивление вторичной обмотки;

rн - активное сопротивление нагрузки, присоединенной к выводам вторичной обмотки);

L2 - индуктивность вторичной ветви:

L2 = Lт2 + Lн

(в данной формуле Lт2 - индуктивность вторичной обмотки;

LН - индуктивность нагрузки, присоединенной к выводам вторичной обмотки).

Соотношение (1) можно преобразовать, поделив на число витков первичной обмотки w1 или на число витков вторичной обмотки w2. Такое преобразование называется приведением токов к числу витков первичной или вторичной обмотки соответственно.

При приведении токов к числу витков первичной обмотки имеем:

                   (4)

где i21 - вторичный ток, приведенный к числу витков первичной обмотки (приведенный вторичный ток).

Разность i01 между первичным током i1 и приведенным вторичным током i21, называется первичным намагничивающим током или намагничивающим током, приведенным к числу витков w1.

При приведении токов к числу витков вторичной обмотки имеем:

  (5)

где i12 - первичный ток, приведенный к числу витков вторичной обмотки (приведенный первичный ток).

Разность i02 между приведенным первичным током i12 и вторичным током i2 называется вторичным намагничивающим током или намагничивающим током, приведенным к числу витков w2.

С использованием величин первичного и вторичного намагничивающего тока выражение закона полного тока примет вид:

H1l = i1w1 - i2w2 = i01w1 =i02w2.                                     (6)

Отсюда следуют очевидные соотношения между значениями намагничивающего тока, приведенными к разным числам витков:

(7)

(8)

Введенный в уравнения намагничивающий ток в общем случае работы ТТ под нагрузкой физически не существует, а является расчетной математической величиной, удобной для анализа режимов ТТ. Только в режимах XX ТТ, т.е. при возбуждении ТТ через одну из его обмоток при разомкнутых остальных обмотках, намагничивающий ток реально протекает по виткам возбуждаемой обмотки и равен току XX в этой обмотке.

Необходимо различать термины «намагничивающий ток» и введенный стандартом на термины и определения для измерительных трансформаторов ГОСТ 18685-73 [15] «ток намагничивания». Этот стандарт закрепил специальное название «ток намагничивания» за действующим значением тока, потребляемого вторичной обмоткой ТТ, когда на вторичных зажимах подведено синусоидальное напряжение номинальной частоты, причем первичная обмотка и все остальные обмотки разомкнуты. Поэтому термин «ток намагничивания» недопустимо использовать в ином смысле, чем это установлено стандартом, в частности, для мгновенных или амплитудных значений тока XX, или при несинусоидальном напряжении на вторичных зажимах ТТ, или при протекании тока по первичной обмотке, или при работе ТТ под нагрузкой, или в переходных режимах и так далее. Во всех случаях, кроме установленных ГОСТ 18685-73, вместо термина «ток намагничивания» рекомендуется использовать термин «намагничивающий ток», как это принято в литературе по основам электротехники [11], [12].

Как видно из приведенных выше основных соотношений, физические процессы трансформации тока в ТТ непосредственно зависят от действительных чисел витков его обмоток w2 и w1 и от их отношения (виткового коэффициента трансформации КB):

   (9)

Номинальный коэффициент трансформации nт ном является одним из основных параметров ТТ, но это паспортный параметр аппарата. Этот коэффициент есть отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току:

   (10)

У идеального ТТ, не имеющего тока намагничивания, вторичный ток однозначно связан с первичным током через номинальный коэффициент трансформации, который служит коэффициентом пропорциональности между одноименными значениями токов, например, мгновенными:

i1 = i1nтном и                                                         (11)

или действующими комплексными (векторными) значениями:  и          (12)

У реальных ТТ соотношения (11) и (12) между первичным и вторичным токами выполняются приближенно, с погрешностями, которые зависят от многих факторов, прежде всего от сопротивления нагрузки и силы первичного тока (см. рисунок 1).

На рисунке 1 приведены схемы условных обозначений (а и б) и схема замещения ТТ (в). На схеме замещения не показано сопротивление первичной обмотки, поскольку для работы ТТ наличие и значение этого сопротивления несущественны.

В схеме замещения ТТ, приведенной к числу витков вторичной обмотки (см. рисунок 1, в), вторичный намагничивающий ток i02 протекает по воображаемой (расчетной) ветви, называемой ветвью намагничивания, имеющей полное сопротивление z02, которое приближенно может быть определено как отношение действующего значения вторичной ЭДС E2 к действующему значению вторичного тока XX I02, измеренным в опыте XX при синусоидальной ЭДС при номинальной частоте. Зависимость Е2 от I02 называется вольтамперной характеристикой (ВАХ) ТТ. Метод расчета параметров установившегося режима, основанный на использовании этой ВАХ и на допущении синусоидальности форм мгновенных токов, ЭДС, напряжений и магнитной индукции, называется методом эквивалентных синусоид (сокращенно - МЭС). Подробнее о методах расчетов ТТ см. в разделе 2.

Первичный ток I12, намагничивающий ток I02 и полное сопротивление ветви намагничивания  на рисунке 1, в приведены к числу витков вторичной обмотки ТТ. Такое приведение в соответствии с законом полного тока выполняется пересчетом по витковому коэффициенту трансформации Кв. Если неизвестны числа витков первичной и вторичной обмоток w1 и w2, то приведение может быть приближенно выполнено по номинальному коэффициенту трансформации nт ном, но это не всегда допустимо (см. раздел 1.3).

Если числа витков обмоток ТТ известны, то приведенные величины могут быть рассчитаны по формулам:

                 (13)

I21 = I2Кв.                                                            (14)

Номинальное число витков вторичной обмотки w2 при известном и>, определяется по формуле

w2 нoм = w1nт ном.                                                                                              (15)

Активное rт2 и индуктивное xт2 сопротивления вторичной обмотки ТТ показаны на рисунке 1, в в виде полного сопротивления zт2. На той же схеме замещения полное сопротивление нагрузки zн представляет собой объединенные сопротивления реле, измерительных приборов и соединительных проводов во вторичной цепи ТТ. Активная и реактивная составляющие этого сопротивления обозначаются соответственно rн и хн. Следует иметь в виду, что индуктивное (а иногда и активное) сопротивление нагрузки может быть нелинейным. В этом случае следует использовать приближенные значения сопротивлений в интересующей нас рабочей точке режима ТТ.

Положительные направления токов на схеме замещения (см. рисунок 1, в) соответствуют положительным направлениям токов, принятым на схемах условных обозначений (см. рисунок 1, а, б), где звездочками обозначены однополярные выводы первичной и вторичной обмоток.

При рассмотрении работы ТТ следует иметь в виду, что в подавляющем большинстве случаев сопротивления вторичных цепей, приведенные к числу витков первичной обмотки, ничтожно малы по сравнению с общим сопротивлением первичной цепи, в которую включен ТТ, поэтому они не влияют на значение первичного тока. Первичная цепь для ТТ считается идеальным источником тока, что и отражено на схеме замещения.

Необходимо также учитывать, что наличие в ТТ стального магнитопровода обусловливает нелинейность сопротивления ветви намагничивания z02, вследствие этого токи i02 и i2, как правило, несинусоидальны. Сумма этих токов, как видно из схемы замещения, равна первичному току, который в большинстве режимов ТТ синусоидален.

Любая периодическая несинусоидальная функция, как известно, может рассматриваться как сумма ряда синусоидальных функций, называемых ее гармоническими составляющими или гармониками. Частоты всех гармонических составляющих любой периодической несинусоидальной кривой не являются произвольными, а кратны частоте ее первой гармоники f1.

Несинусоидальные токи и напряжения не могут изображаться векторами, поскольку их гармонические составляющие имеют разные частоты. При рассмотрении работы ТТ с помощью векторных диаграмм несинусоидальные токи и напряжения приближенно заменяются эквивалентными синусоидальными, имеющими такие же действующие значения и основную частоту (рисунок 2).

Векторная диаграмма на рисунке 2 построена согласно схеме замещения рисунка 1, в. При построении за исходный принят вектор тока I2. Вектор напряжения вторичной обмотки U2 построен как сумма падений напряжения от тока I2 в активном и индуктивном сопротивлениях нагрузки zн. Электродвижущая сила вторичной обмотки  равна

                   (16)

где -  напряжение на зажимах вторичной обмотки ТТ;

zт2 - полное сопротивление вторичной обмотки.

Рисунок 2 - Векторная диаграмма ТТ

Согласно выражению (16) и построен вектор ЭДС  на диаграмме. Вектор рабочего магнитного потока  отстает на 90° от вектора вторичной ЭДС  , наведенной этим магнитным потоком. Вектор намагничивающего тока   опережает вектор рабочего магнитного потока  на угол γ, обусловленный активными потерями в стали магнитопровода. Угол γ может быть получен из экспериментальных кривых:

γ = f(Bm),

где Вт - амплитуда магнитной индукции.

Вектор приведенного первичного тока  построен на диаграмме как сумма векторов вторичного  и намагничивающего тока :

(17)

Токам I1 и I2 соответствуют МДС первичной и вторичной обмоток; МДС первичной обмотки F1 = I1w1 лишь частично уравновешивается МДС вторичной обмотки F2 = I2w2, в результате чего в магнитопроводе создается рабочий магнитный поток с амплитудой Фт = BmQ, приближенно соответствующий току I02 по характеристике намагничивания сердечника:

Bm = f(H),

где Н - действующее значение напряженности магнитного поля:

Такая векторная диаграмма верна лишь при принятых на схемах рисунка 1, а и б положительных направлениях токов и ЭДС. Если на этих схемах для одного из токов принять за положительное противоположное направление, то при отсутствии погрешностей токи I2 и I12 должны быть показаны двумя одинаковыми по модулю векторами, сдвинутыми на 180°. Физический смысл явления, отражаемого этим формальным правилом, заключается в том, что вторичный ток размагничивает магнитопровод, намагничиваемый первичным током.

1.3 Метрологические характеристики ТТ для релейной защиты

В ГОСТ 7746-89 [14] регламентированы три вида погрешностей ТТ - токовая, угловая и полная. Все они служат количественными характеристиками отличий вторичного тока ТТ (конечно, умноженного на номинальный коэффициент трансформации nт ном), от первичного. Стандарт регламентирует погрешности только в установившемся режиме и только при синусоидальном первичном токе.

Определения понятий этих погрешностей даны в ГОСТ 18685-73 [15] (основаны на номинальном коэффициенте трансформации).

Токовая погрешность. Токовая погрешность характеризует относительное различие действующих значений токов, выражается в процентах и определяется по формуле

                     (18)

где I1 и I2 - действующие значения соответственно первичного и вторичного токов.

Угловая погрешность. Угловая погрешность определяется как угол δ между вектором первичного тока и вектором первой гармоники вторичного тока (см. рисунок 2). Она выражается в градусах (минутах) или радианах (сантирадианах) и считается положительной, когда вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока. Пользуясь методом эквивалентных синусоид и векторной диаграммой, угловая погрешность δ может быть вычислена через значения угла потерь в стали γ, угла φ2 между векторами вторичной ЭДС Е2 и вторичного тока I2, а также через отношение модулей векторов намагничивающего и первичного токов, приведенных к числу витков вторичной обмотки

           (19)

Полная погрешность. Полная погрешность ε, выраженная в процентах, определяется по формуле

        (20)

где I1 - действующее значение первичного тока;

i2 и i1 - мгновенные значения вторичного и первичного токов;

Т - длительность периода тока;

t - текущее время.

Величина

       (21)

называется первичным мгновенным током полной погрешности.

Аналогично определяется вторичный мгновенный ток полной погрешности.

(22)

Полная погрешность может быть выражена через ie2:

   (23)

где Ie2 - действующее значение тока ie2.

Для уменьшения токовой погрешности (в некотором диапазоне токов) заводы - изготовители ТТ часто применяют так называемую витковую коррекцию, состоящую в том, что действительное число витков вторичной обмотки w2 делается немного меньше номинального w2ном, рассчитанного по номинальному коэффициенту трансформации и числу витков первичной обмотки по формуле (15). Если ТТ имеет витковую коррекцию, то его коэффициент витковой коррекции

    (24)

Для выяснения связи между током полной погрешности и намагничивающим током сложим выражения вторичного намагничивающего тока из формулы (5) с выражением (22) вторичного мгновенного тока полной погрешности. При этом получим:

(25)

Выражение (25) показывает, что при отсутствии витковой коррекции (sв = 0) вторичный мгновенный ток полной погрешности равен мгновенному вторичному намагничивающему току, взятому с обратным знаком.

В общем случае

или

т.е. разность между вторичным мгновенным током полной погрешности и взятым с обратным знаком вторичным намагничивающим током прямо пропорциональна приведенному к w2 первичному току i12, причем коэффициентом пропорциональности является коэффициент витковой коррекции.

Следовательно, при синусоидальном первичном токе ток полной погрешности и намагничивающий ток, взятый с обратным знаком, имеют одинаковый состав высших гармоник и различаются только первыми гармониками. Между их первыми гармониками справедливо соотношение, аналогичное формуле (25):

 или                                                                                                             (26)

На векторной диаграмме токов ТТ, построенной для первых гармоник, векторы будут располагаться приблизительно так, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Векторная диаграмма т оков двухобмоточного ТТ

При наличии витковой коррекции (sв > 0) имеем следующие соотношения между величинами:

Витковая коррекция уменьшает токовую и полную погрешности в некотором диапазоне первичных токов, но практически не влияет на угловую погрешность ТТ. Следует также заметить, что витковая коррекция обычно рассчитывается для компенсации небольших погрешностей.

Как уже было отмечено, физические процессы трансформации тока в ТТ зависят от действительных чисел витков обмоток. Поэтому в расчетах для релейной защиты нередко соотношения между токами ТТ выражаются через витковый коэффициент трансформации и для характеристики установившегося режима ТТ вместо токовой погрешности используется погрешность МДС в процентах:

                        (27)

и вместо полной погрешности используется относительный намагничивающий ток I0*, выраженный в относительных единицах или процентах:

или I0% = 100I0*.

Погрешность МДС однозначно связана с токовой погрешностью через коэффициент витковой коррекции:  или                              (28)

Отсюда следует, что если значение fF отрицательное, а при индуктивно-активной нагрузке ТТ оно всегда отрицательное, то с помощью витковой коррекции токовая погрешность по абсолютному значению может быть уменьшена, а при 100 sв = -fF она будет равна нулю.

Введение малой витковой коррекции при токе, не превышающем номинальный ток ТТ, практически не влияет на погрешность МДС. При этом согласно выражению (28) кривая зависимости токовой погрешности от первичного тока I1 под влиянием витковой коррекции сдвигается вверх всеми точками на величину 100sв относительно кривой fF(I1), а при отсутствии витковой коррекции совпадает с последней (fт = fF).

Можно показать, что пренебрежение витковой коррекцией и использование номинального коэффициента трансформации nт ном вместо KB (т.е. принятие допущения КB = nт ном) при расчете токовой погрешности ТТ fт расч приводит к ошибке в определении токовой погрешности, приблизительно равной 100 sв ( %):

где fт - действительное значение токовой погрешности.

Например, если sв = 0,01 и fт = +1 %, то расчетное значение токовой погрешности будет fт расч = 0, а если fт = -0,5 %, то получим fт расч = -1,5 %.

Отсюда следует, что при расчетной проверке измерительных ТТ на соответствие требованиям класса точности обязателен учет витковой коррекции, т.е. действительных чисел витков обмоток и номинального коэффициента трансформации ТТ.

Номинальная вторичная нагрузка. Номинальная вторичная нагрузка ТТ представляет собой значение нагрузки на зажимах вторичной обмотки, указанное на паспортной табличке ТТ. Номинальная вторичная нагрузка выражается в омах (zн ном) или в вольт-амперах (Sн ном) при номинальном вторичном токе (Sн ном = I22 номzн ном). Значение номинальной вторичной нагрузки устанавливается заводом-изготовителем, и на нем основываются требования к точности ТТ, регламентируемые классами точности как для измерений, так и для защиты. При расчетах релейной защиты желательно учитывать сопротивление реле в режиме их срабатывания, причем по максимальному значению, т.е. независимо от того, вырастает ли сопротивление реле при срабатывании или падает, учитывать нужно большее значение.

Предельная кратность. Предельная кратность тока ТТ по точности, обычно именуемая просто предельной кратностью, - это наибольшее значение кратности первичного тока (отношение действующего значения первичного тока к номинальному его значению), при которой полная погрешность при заданном сопротивлении вторичной нагрузки и определенном ее коэффициенте мощности не превышает допустимое значение, установленное в зависимости от класса точности ТТ для защиты.

Трансформатор тока для защиты по ГОСТ 7746-89 [14] подразделяется на классы точности 5Р и 10Р, для которых допустимое значение полной погрешности соответственно равно 5 и 10 %. В составе требований классов точности 5Р и 10Р имеются также требования по ограничению токовой и угловой погрешностей ТТ при номинальном первичном токе.

Пределы допустимых погрешностей ТТ классов Р (для релейной защиты) в рабочих условиях применения и в установившемся режиме при номинальной нагрузке с cosφ = 0,8 (см. ГОСТ 7746-89) даны ниже.

Предельная кратность тока ТТ является функцией сопротивления вторичной нагрузки. Согласно ГОСТ 7746-89 [14], заводы-изготовители в информационных материалах обязаны приводить кривые предельной кратности вторичных обмоток класса Р для вторичных нагрузок от 25 % номинальной и выше. Кривые предельной кратности изготовителями обычно даются для нагрузки с номинальным коэффициентом мощности, равным 0,8.

Номинальная предельная кратность ТТ - это гарантируемая изготовителем ТТ предельная кратность тока при номинальной вторичной нагрузке с номинальным коэффициентом мощности и заданной классом точности полной погрешности.

Для класса точности 5Р предельная кратность обычно обозначается К5, номинальная предельная кратность К5ном. Соответственно для класса точности 10Р предельная кратность и номинальная предельная кратность тока обозначаются К10 и К10ном.

Общее обозначение предельной кратности тока по точности - буква К, номинальной предельной кратности - Кном.

На паспортной табличке ТТ изготовитель указывает для вторичных обмоток для релейной защиты номинальный класс точности (5Р или 10Р) и значение номинальной предельной кратности Кном.

Ток намагничивания. Согласно ГОСТ 18685-73 [15] ток намагничивания ТТ есть действующее значение тока, потребляемого вторичной обмоткой ТТ, когда к вторичным зажимам подведено синусоидальное напряжение номинальной частоты, причем первичная обмотка и все остальные обмотки разомкнуты.

Процедура определения тока намагничивания, регламентированная ГОСТ 7746-89 [14], сужает приведенное выше определение тока намагничивания до его значения при одном расчетном значении напряжения (U) на зажимах вторичной обмотки, равном действующему значению вторичной ЭДС обмотки при номинальной нагрузке и номинальной предельной кратности первичного тока ТТ.

Расчетное значение напряжения (вольт) находят по формуле

     (29)

где rт2 - активное сопротивление вторичной обмотки, его значение должно быть приведено к температуре, при которой определяется ток намагничивания;

Кном - номинальная предельная кратность при некоторой (5 % или чаще 10 %) полной погрешности;

zн ном - номинальное сопротивление нагрузки данной вторичной обмотки ТТ, Ом.

Значения расчетного напряжения U для измерения тока намагничивания первой и промежуточных ступеней каскадных ТТ устанавливаются в стандартах на ТТ конкретных типов.

Напряжение U следует измерять вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения.

Измерение напряжения U проводится:

- непосредственно на выводах испытуемой вторичной обмотки, если ТТ не имеет собственной первичной обмотки;

- для ТТ, имеющих собственную первичную обмотку, - на выводах первичной обмотки; при этом показания вольтметра должны быть умножены на отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток;

- для шинных, втулочных, встроенных и разъемных ТТ, не имеющих собственной первичной обмотки, - на выводах специальной «контрольной» обмотки, намотанной на ТТ на время испытаний; при этом показания вольтметра должны быть умножены на отношение чисел витков вторичной и «контрольной» обмоток.

Ток намагничивания следует измерять амперметром (миллиамперметром), реагирующим на действующее значение несинусоидального переменного тока, например электромагнитной или электродинамической системы.

Измеренное действующее значение тока намагничивания не должно превышать допустимое значение, указанное изготовителем в паспорте ТТ. Таким образом проверяется отсутствие короткозамкнутых витков вторичной обмотки и соответствие ТТ указанной в его паспортной табличке номинальной предельной кратности.

Согласно ГОСТ 7746-89 [14] ток намагничивания обмоток для релейной защиты, выраженный в процентах от (I2номКном), не должен превышать допустимое значение полной погрешности для номинального класса точности обмотки eдоп. Обычно допустимое значение тока намагничивания изготовителем устанавливается много меньшим, чем допустимый вторичный ток полной погрешности

Так, например, для вторичных обмоток ТТ серии ТФРМ 330 - 750 кВ класса 10Р для релейной защиты допустимые значения тока намагничивания изготовителем установлены в пределах от 12 до 88 мА, тогда как  превышает 1 А.