Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

Кафедра «Теоретические основы электротехники и 

электроснабжение»

Ю.И. Ханин
Р.П. Короткий

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ 

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Лабораторный практикум

для студентов, обучающихся по специальности

13.05.01 – «Тепло- и электрообеспечение специальных 

технических систем и объектов»

Волгоград

Волгоградский ГАУ

2018

УДК 621.316.9
ББК 31.27
Х-19

Рецензенты:

начальник производственно-технической службы ПАО «Волгоградоблэлектро» Л. В. Сутулов; кандидат технических наук, доцент кафедры 
«Электрооборудование и электрохозяйство предприятий АПК» 
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет»
В.А. Петрухин

Ханин, Юрий Иванович

Х-19
Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения: 

лабораторный практикум для студентов, обучающихся по специальности 13.05.01 – «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов» / Ю.И. Ханин, Р.П. Короткий. – Волгоград: 
ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018. – 124 с.

Изложены основные указания и рекомендации по выполнению 

лабораторных работ по дисциплине «Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения».

Лабораторный практикум предназначен для студентов, обуча
ющихся по специальности 13.05.01 – «Тепло- и электрообеспечение 
специальных технических систем и объектов».

УДК 621.316.9

ББК 31.27

© ФГБОУ ВО Волгоградский
ГАУ, 2018
© Ханин Ю.И., Короткий Р.П., 
2018

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Цель работы: получить практические навыки, по испытанию 

трансформаторов тока (ТТ) используя методы, применяемые в эксплуатации. На основании экспериментальных данных оценить техническое состояние ТТ. Освоить методику определения погрешностей 
ТТ по паспортным и экспериментальным данным.

Программа работы

1.
Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи
мым для выполнения работы. Записать паспортные данные испытуемого трансформатора тока и приборов, используемых в работе.

2.
Осмотреть трансформатор тока и измерить сопротивление 

изоляции.

3.
Проверить правильность разметки зажимов ТТ двумя 

методами.

4.
Определить коэффициент трансформации трансформа
тора тока.

5.
Снять вольтамперную характеристику ТТ

6.
Провести расчетную проверку ТТ на 10% погрешность по 

паспортным данным и кривой налаживания.

Выполнение работы

1. Для выполнения работы по испытанию трансформаторов тока 

используются следующие приборы и оборудование:

– трансформатор тока типа ТВК 10 УХЛЗ, который подвергает
ся испытаниям;

– регулятор напряжения типа ЛАТР;
– понижающий трансформатор ОСО-0,25-73 220/ШВ;
– мегомметр типа ЭСО 202/2;
– миллиамперметр типа Н 42300;
– комбинированный прибор типа Ц4313;
– два амперметра типа Э 59;
– лабораторный трансформатор тока типа УУТ-5.
При оформлении отчета следует привести паспортные дан
ные испытуемого трансформатора тока и приборов, используемых 
в работе.

2. Пункт 2 программы следует выполнять в следующей после
довательности: 

1) Осмотреть трансформатор тока и убедиться в том, что вто
ричная обмотка №1, служащая для подключения измерительных приборов, замкнута накоротко.

2) Измерить с помощью линейки магнитопровод ТТ, на котором 

расположена вторичная обмотка №2, служащая для подключения 
устройств защиты.

3) С помощью мегаомметра измерить сопротивление изоляции 

между первичной и вторичной обмотками, а также между обмотками 
и корпусом. Измерения проводить при выходном напряжении мегаомметра 1000В. 

Перед измерением мегаомметр следует подвергнуть контроль
ной проверке, которая заключается в том, что проверяют показания по 
шкале при разомкнутых и короткозамкнутых выходных зажимах мегаомметра. Отсчет по шкале мегаомметра следует производить при 
устойчивом положении стрелки прибора.

Выводы вторичных обмоток и корпус трансформатора тока 

должны быть объединены, заземлены и присоединены к выводу «–» rx
мегаомметра. Второй вывод rx мегаомметра присоединяется к одному 
из выводов первичной обмотки ТТ.

Измерение сопротивления изоляции вторичных обмоток про
изводится на каждой обмотке относительно корпуса и присоединенных к нему остальных обмоток. Вывод rx мегаомметра присоединяется к выводам проверяемой обмотки, а вывод «–» rx к выводам остальных обмоток, соединенных с корпусом трансформатора 
тока и заземленных.

В отчете привести эскиз магнитопровода с указанием размеров, 

а также данные измерений сопротивления изоляции.

3. Проверка правильности заводской маркировки выводов 

трансформатора тока производиться по схеме на рисунке 1. В качестве источника постоянного тока можно использовать внутреннюю 
батарею комбинированного прибора Ц4313. Следует проследить, 
чтобы к выводам Л1 и Л2 трансформатора тока батарея и миллиамперметр были присоединены однополярными зажимами (прибор 
включается на измерении сопротивлений с множителем Ω×1, а выводу «» прибора соответствует положительный вывод источника 
питания). При правильной заводской маркировке стрелка миллиамперметра при замыкании цепи будет отклоняться вправо, а при 
размыкании влево от нулевого положения.

Рисунок 1 – Схема испытаний ТТ при проверке полярности выводов 

(метод постоянного тока)

Проверка правильности 
заводской 
маркировки выводов 

трансформатора тока методом одного амперметра производится по 
схеме на рисунке 2. Метод одного амперметра применяется при 
проверке правильности маркировки зажимов трансформаторов тока 
со сравнительно небольшим коэффициентом трансформации.

В качестве добавочного сопротивления в этой схеме исполь
зуется ползунковый реостат с номинальным током 5А. Собрав схему рисунка 2, следует подать входное напряжение и с помощью 
ЛАТРа создать ток в схеме примерно равный 4А (перед включением 
схемы под напряжение выходное напряжение ЛАТРа должно быть 
равным нулю). Не изменяя регулировки ЛАТРа снять напряжение 
со схемы (отключить рубильник), отключить от амперметра вторичную обмотку и закоротить ее выводы u1 и u2. Подать напряжение 
на схему (включить рубильник). Если показания амперметра увеличатся по сравнению с предыдущими измерениями, то разметка 
зажимов правильная.

Рисунок 2 – Схема испытаний ТТ при проверке полярности выводов 

от источника тока (метод одного амперметра)

Результаты опытов по определению правильности маркировки 

обмоток трансформатора тока представить в отчете.

4. Проверка коэффициента трансформации трансформатора тока 

типа ТВК 10 УХЛЗ производится по схеме на рисунке 3. Для расширения пределов измерения амперметра РА2 он включается через измерительный трансформатор тока типа УТТ-5. При этом используется 
первичная обмотка УТТ-5 с током 50А. 

После сборки схемы рисунка 3 следует проверить положение 

ручки ЛАТРа, она должна соответствовать выходному напряжению 
ЛАТРа равному нулю (крайнее левое положение). Включив схему 
под напряжение, следует снять 3-4 показания амперметров до тока 
равного 5А во вторичной обмотке испытуемого трансформатора, 
включительно. 

Вычислить среднее значение коэффициента трансформации nТТ.

Данные измерений представить в отчете в виде таблицы (составляется 
самостоятельно).

Рисунок 3 – Схема испытаний ТТ при проверке коэффициента 

трансформации

5. Вольтамперную характеристику ТТ получают, используя схе
му на рисунке 4. Амперметр РА должен иметь предел измерений 5А. 
В качестве вольтметра используется комбинированный прибор типа 
Ц4313 с пределом измерения 150 В. Прежде чем снимать ВАХ следует размагнитить сердечник магнитопровода трансформатора тока. Для 
этого на схему подается напряжение, и производят два-три плавных 
подъема и снижения до нуля напряжения на обмотке ТТ (амперметр 
при этом не должен зашкаливать). 

После того как магнитопровод будет размагничен, изменяют 

напряжение на обмотке ТТ от 0 до такого его значения, при котором 
ток через вторичную обмотку ТТ не станет равным 5А. Измеренные 
значения напряжения и тока в обмотке записываются в таблицу (составляется самостоятельно).

Для получения характеристики следует произвести 6-8 измере
ний. На миллиметровой бумаге построить полученную вольтамперную характеристику U2 = f(Iнaм) и на том же графике привести типовую кривую намагничивания.

В отчете привести оценку технического состояния трансформа
тора тока на основе экспериментальных данных пунктов 2, 3, 4, 5 программы.

Рисунок 4 – Схема испытаний ТТ при снятии характеристики 

намагничивания от источника напряжения

6. При проверке трансформатора тока на 10% погрешность по 

паспортным данным, определяют допустимую кратность вторичного 
тока по известным значениям полного сопротивления Z2 вторичной 
обмотки ТТ и фактическому значению сопротивления нагрузки Zн. факт.

Величины Zн. факт. и I1расч. задаются преподавателем согласно ва
рианту из таблицы 1.

Таблица 1 – Варианты для самостоятельного задания

Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Zн.факт.расч, Ом
0,6
0,5
0,8
1
1,1
1,5
0,7
0,4
0,9
1,2

I1расч., А
500
700
800
400
750
200
300
900
600
1000

Паспортные данные трансформатора тока типа ТВК 10 УХЛЗ,

используемого в лабораторной работе:

Номинальное напряжение, кВ                                      10
Номинальная частота, Гц
50

Номинальный первичный ток, А                                   50
Номинальный вторичный ток, А                                    5
Номинальный класс точности вторичных обмоток 
- обмотка №1 для измерений  
0,5

- обмотка №2 для защиты                
10 Р

Номинальная вторичная нагрузка с
коэффициентом мощности cos φ2 = 0,8, В·А (Ом)
Обмотки №1 для измерений
10 (0,4)

Обмотки №2 для защиты                  
15 (0,6)

Номинальная предельная кратность 
вторичной обмотки для защиты       
15

Ток намагничивания, А не более      
6

Число витков вторичной обмотки    
119

Полное сопротивление вторичной обмотки Ом       
0,22

Контрольные вопросы

1.
Какие требования предъявляются к трансформаторам тока 

в устройствах релейной защиты?

2.
Назовите величины, входящие в паспортные данные 

трансформатора тока.

3.
По каким признакам судят о пригодности трансформатора 

тока?

4.
Почему нельзя размыкать вторичные цепи трансформато
ра тока, находящегося в работе?

5.
Что такое коэффициент трансформации трансформатора 

тока?

6.
Какие виды погрешностей регламентируются для ТТ?

7.
Как производится маркировка выводов ТТ?

8.
Что такое кривая намагничивания ТТ?

9.
Что такое ВАХ ТТ и как ее получить?

10.
Что называется предельной кратностью К10 и номиналь
ной предельной кратностью К10ном трансформатора тока?

11.
Что такое ток намагничивания трансформатора тока?

12.
С какой целью снимаются ВАХ трансформатора тока?

13.
Что такое кривые предельной кратности и как ими пользо
ваться?

14.
Что такое расчетный ток короткого замыкания?

15.
В чем заключается проверка погрешности ТТ по паспорт
ным данным?

16.
В чем заключается проверка погрешности ТТ по фактиче
ской ВАХ?

17.
Что такое класс точности трансформаторов тока, что он 

показывает, какие бывают классы точности и где они применяются? 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1

Перечень основных условных обозначений

I1 – первичный ток трансформатора тока;
I2 – вторичный ток трансформатора тока;
I1Н – номинальный первичный ток;
I2Н – номинальный вторичный ток;
I1расч. – расчетное значение первичного тока, при котором долж
на быть обеспечена работа ТТ с соблюдением ПУЭ (для правильного 
функционирования релейной защиты);

I2 расч. – расчетное значение вторичного тока;
Iнам. – ток намагничивания ТТ;




.
1

.
1

10

ном

расч

I

I

К
предельная кратность, при которой гарантируется 

полная погрешность Е = 10%;

Кном – номинальная предельная кратность, при которой допуска
ется сопротивление нагрузки Zн;

Zном – номинальное сопротивление нагрузки;
Z2 – сопротивление вторичной обмотки ТТ;
W2 – число витков вторичной обмотки;
W1 – число витков первичной обмотки;
Е2 – э.д.с. вторичной обмотки;
U2 – напряжение на зажимах вторичной обмотки;
nТ – коэффициент трансформации;
δ – угловая погрешность ТТ;
f% - погрешность по току ТТ;
ε% - полная погрешность ТТ;

/
1
I
– первичный ток, приведенный ко вторичной обмотке, 

Т
n
I
I
1
/
1 
;

1
нам
I
– ток намагничивания, приведенный к вторичной обмотке, 

Т

нам

нам
n
I
I

1
.

Общие сведения о трансформаторах тока, используемых в схемах 

релейной защиты

Измерительные приборы, аппараты релейной защиты и автома
тики включают через измерительные трансформаторы тока. Они являются наиболее распространенной разновидностью первичных преобразователей тока и позволяют:

1) Отделить первичные цепи защищаемых элементов от вторич
ных цепей измерения и контроля, что обеспечивает безопасность измерений и удобство обслуживания приборов и реле;

2) Стандартизовать приборы и реле, рассчитывая их обмотки на 

определенный ток (номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно равен 5А);

3) Защитить от протекания токов к.з. непосредственно по после
довательно включенным обмоткам измерительных приборов и реле.

4) Существенно снизить сечение и стоимость контрольных ка
белей и проводок.

5) Устанавливать приборы и реле на значительном расстоянии 

от первичных цепей, в которых производятся измерения.

Принцип действия ТТ

Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода на 

котором расположенные первичная w1 и вторичная w2 обмотки. Первичная обмотка последовательно включается в контролируемую цепь 
и обтекается током I1. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы и реле. Токовые обмотки измерительных приборов и 
реле включаются между собой, последовательно по ним протекает 
вторичный ток I2.

Для трансформаторов тока характерным является то, что число 

витков вторичной обмотки w2 больше числа витков первичной обмотки 
w1, а значение первичного тока I1, не зависит от нагрузки во вторичной 
цепи и определяется только параметрами и нагрузкой первичной цепи. 
Соответственно и магнитный поток первичной цепи Ф1, создаваемый 
током I1, остается постоянным при изменениях во вторичной цепи. Сопротивление нагрузки вторичной цепи (токовые обмотки реле, приборов, соединительных проводов) невелико и поэтому трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию.

Следует отметить, что под нагрузкой ТТ обычно понимают или 

полное сопротивление Zн его внешней вторичной цепи (Ом), равное 
сумме сопротивлений всех последовательно соединенных обмоток 
приборов, и других элементов, а также соединительных проводов и 
контактов, или мощность (В·А), потребляемую нагрузкой 
.
2
2
н
н
Z
I
S

