Система учёта электроэнергии с трансформаторами тока (CT): как выбрать, установить и правильно настроить

Что такое трансформатор тока и для чего он нужен?

Счётчик энергии не может пропустить через себя сотни ампер. Трансформатор тока уменьшает ток в кабеле до маленького безопасного тока в том же соотношении, а счётчик умножает его обратно по заданному в нём коэффициенту.

Разъёмный трансформатор (Split Core) открывается и защёлкивается вокруг существующего кабеля, поэтому его можно поставить, не отсоединяя кабель от автомата. Это самый распространённый способ добавить учёт в существующий щит.

• Потребление по линиям и зданиям: Сколько потребляет каждый щит, здание, отрасль хозяйства или арендатор — основа для распределения затрат и внутренних счетов.
• Солнечная станция: Сколько производится, сколько потребляется и сколько продаётся в сеть, в реальном времени.
• Баланс фаз: Видно, какая фаза загружена больше, и можно перераспределить нагрузку, пока не выбило автомат.
• Контроль оборудования: Насосы, компрессоры, кондиционеры и станки: необычный ток указывает на развивающуюся неисправность.

Принцип работы

Трансформатор тока работает по тому же принципу, что и любой трансформатор: переменный ток в кабеле создаёт вокруг него магнитное поле. Кольцо сделано из магнитного сердечника, который собирает это поле, а внутри кольца заранее намотана выходная обмотка с большим числом витков.

Кабель, проходящий через кольцо, — это «первичная сторона», а обмотка внутри кольца — «вторичная». Ток во вторичной обмотке меньше тока в кабеле во столько раз, во сколько витков в ней больше. У трансформатора 600:5 при токе в кабеле 600A на выходе 5A; при 300A в кабеле — 2,5A на выходе. Соотношение постоянное, поэтому счётчик может пересчитать обратно реальный ток.

Трансформатор не касается кабеля электрически и не разрывает его — он «чувствует» ток через магнитное поле. Поэтому маленький счётчик может измерять сотни ампер, а сам счётчик не стоит на пути большого тока.

Как устроена система учёта

Все данные системы начинаются с трансформатора и его настройки в счётчике. Если коэффициент в счётчике не совпадает с кольцом, каждый следующий этап показывает данные с той же ошибкой, даже когда экраны выглядят исправно.

• Трансформатор тока: Кольцо на каждом фазном кабеле. Уменьшает ток до маленького безопасного в том же соотношении.
• Счётчик энергии: Получает ток от колец и напряжение каждой фазы и считает ток, мощность, cosφ и кВт·ч по заданному в нём коэффициенту.
• Связь: Счётчик передаёт данные — по кабелю Modbus, Wi-Fi, сотовой связи или LoRaWAN — на сервер или контроллер.
• Система мониторинга: Экран или приложение с потреблением по линиям и зданиям, отчётами и тревогами.

Увеличить фотографию

Как читать наклейку

• Коэффициент, например 600:5: Когда по кабелю идёт 600A, на выходе трансформатора 5A. Каждый 1A на выходе — это 120A в кабеле. Первое число — первичный ток, второе — выход: 5A или 1A.
• Burden, например 0.5VA: Какую нагрузку трансформатор может питать во вторичной цепи без потери точности: вход счётчика вместе с проводами. При 5A и 0.5VA общее сопротивление должно быть не больше примерно 0,02 Ом.
• Класс точности, например 0.5: Полная точность гарантирована в верхней части рабочего диапазона. При токе 5% от номинала стандарт допускает для класса 0.5 погрешность до 1,5%, а ниже точность уже не нормируется.
• 600V CAT III: Класс изоляции. Подходит для установки на кабели в главном или распределительном щите.
• S1 / S2: Два выходных провода к счётчику. У большинства моделей S1 белый, S2 чёрный, но всегда проверяйте по наклейке.

Увеличить фотографию

Трансформатор подбирают по рабочему току

Лучшая точность получается, когда ток линии в обычной работе близок к номинальному току трансформатора. Правило: ожидаемый максимальный ток — примерно 50–100% от номинала. Например, для линии с током до 80A подходит трансформатор 100:5, для линии около 400A — 500:5 или 600:5.

Слишком большой трансформатор на линии с малым током работает в самом низу диапазона, и измерение менее точное. Поэтому трансформатор подбирают ещё при проектировании, по рабочему току каждой линии. Если точность нужна и на очень малых токах, например для расчётов, выбирают класс 0.5S.

Пример в цифрах: трансформатор 600:5 класса точности 0.5. Стандарт допускает для этого класса погрешность до 0,5% при номинальном токе, до 0,75% при 20% от него и до 1,5% при 5%. Ниже 5% — то есть ниже 30A для трансформатора на 600A — погрешность уже вообще не нормируется, у обычных трансформаторов она может доходить до нескольких процентов и искажает также расчёт мощности и кВт·ч.

Хорошие трансформаторы недёшевы, особенно европейские с сертификатом. У качественного трансформатора указано соответствие стандарту IEC/EN 61869-2 — международному стандарту для трансформаторов тока, который задаёт классы точности, — и заявленный класс, например 0.5S или 0.2S. Если учёт используется для расчётов, в Европе и сам счётчик должен иметь одобрение MID (европейская директива об измерительных приборах). Дешёвый трансформатор без заявленного стандарта может не обеспечивать точность, написанную на наклейке.

Для сравнения: трансформатор 100:5 на той же линии 15A работает на 15% от номинала, на выходе 0,75A, и допустимая погрешность остаётся около 1%. Сколько это в деньгах: линия 10A при 230V, работающая круглосуточно, потребляет около 1650 кВт·ч в месяц. Погрешность 5% — это около 80 кВт·ч в месяц, записанных неверно, — на каждой линии.

Что вводить в счётчик — самая частая ошибка

В поле, которое в разных счётчиках называется CT Primary, CT1, CT Ratio, а иногда «максимальный ток», вводят первое число с наклейки установленного трансформатора. В поле CT2 или CT Secondary — выход: 5 или 1.

Не вводят ток, который реально идёт по линии, и не число, показанное как пример в видео или инструкции. Если в видео показано 400/5A — это пример. Если стоит кольцо 600:5 — вводите 600.

Если в счётчике есть отдельное поле тревоги или Max Demand, туда как раз вводят максимальный ток линии. Это другое поле, оно не влияет на измерение.

Что будет, если настройка не совпадает с трансформатором

Счётчик умножает по тому, что в нём задано, поэтому все показания — ток, мощность и кВт·ч — выходят с одной и той же постоянной ошибкой. Примеры: задано 400, стоит кольцо 500:5 — показания занижены на 20%. Задано 400 при кольце 600:5 — на 33%. Задано 500 при кольце 600:5 — примерно на 17%.

Ошибка постоянная, поэтому уже собранные данные легко исправить: умножьте их на реальный коэффициент, делённый на заданный. 500 / 400 = умножить на 1,25; 600 / 400 = на 1,5; 600 / 500 = на 1,2.

Когда меняют кольца на существующем объекте, обновление настройки в счётчике — часть замены. Полезно записать рядом со счётчиком, какой трансформатор стоит и что задано.

Как электрик проверяет, что трансформаторы измеряют правильно

Проверку делают после установки и настройки, когда на линии обычная нагрузка. Электрик сравнивает то, что показывает счётчик, с независимым измерением.

• Визуальная проверка: направление стрелок: На корпусе каждого кольца есть стрелка. При правильной установке все стрелки смотрят в одну сторону — от сети к нагрузке, то есть от главного автомата или ввода к потребителям. Перевёрнутая стрелка на одном кольце — самая частая причина отрицательной мощности на фазе.
• Сравнение с клещами: На каждой фазе измеряют ток поверенными клещами и сравнивают с током, который счётчик показывает на этой фазе. Разница в несколько процентов — нормально. Постоянная разница 17–33% на всех фазах почти всегда означает неверный коэффициент в счётчике.
• Положительная мощность: Когда линия потребляет электричество, мощность на каждой фазе должна быть положительной. Отрицательная мощность на одной фазе — признак перевёрнутого кольца или перепутанных S1 и S2.
• Соответствие кольца фазе: Включают или выключают известную нагрузку на одной фазе и смотрят, что изменение появилось в счётчике на той же фазе. Если оно появилось на другой — кольца подключены не к своим входам.
• Правдоподобные значения: Коэффициент мощности (cosφ) должен быть разумным для типа нагрузки, а показания стабильными. Скачущие показания или странный cosφ указывают на ошибку подключения.

Частые вопросы