Пусковой ток трансформатора (ток намагничивания) — почему предохранитель со стороны первичной обмотки нельзя выбирать только по номинальному току

Руководство о главном предохранителе сетевого оператора и первом установочном автомате рассматривает селективность между последовательными защитными устройствами в целом. Эта статья рассматривает конкретный случай, когда обычное, безаварийное действие — включение трансформатора — уже может потреблять ток, достаточный для срабатывания неправильно выбранного предохранителя или автомата со стороны первичной обмотки.

Явление: ток намагничивания при включении

Когда включается ненагруженный трансформатор, его магнитный сердечник должен намагнититься с нуля. В зависимости от точного момента включения на кривой напряжения, а также от остаточного магнитного потока, оставшегося в сердечнике после предыдущего отключения, сердечник может временно войти в насыщение. В этой насыщенной области зависимость между током и магнитным потоком сильно нелинейна, из-за чего первичная обмотка потребляет значительно больший ток, чем нормальный, непрерывный ток намагничивания — это бросок тока (inrush).

Величина и затухание пика

Бросок тока силового трансформатора при включении может достигать порядка 8-12-кратного значения номинального первичного тока, сконцентрированного в первом полупериоде (порядка 0,01 секунды при 50 Гц). После этого первого, наивысшего пика амплитуда постепенно снижается в последующих циклах, пока трансформатор примерно через 1 секунду не вернётся к своему нормальному, значительно меньшему непрерывному току намагничивания. Этот пик не является неисправностью — трансформатор и подключённая установка работают нормально — но это всё же кратковременный, значительный ток, который не должен вызывать ненужное срабатывание предохранителя или автомата со стороны первичной обмотки.

Последствия для выбора защитного устройства

Предохранитель или автомат со стороны первичной обмотки, выбранный исключительно на основе номинального тока трансформатора и требуемой защиты от КЗ, может ложно срабатывать при каждом включении трансформатора, если его время-токовая характеристика не даёт достаточного запаса относительно кривой броска тока. Чтобы этого избежать, время-токовая характеристика выбранного защитного устройства должна лежать выше кривой броска тока трансформатора: достаточно высоко при очень коротком времени первого пика и по-прежнему достаточно высоко при несколько медленнее затухающем токе в течение следующей секунды.

Примечание: точная кривая броска тока специфична для конкретного трансформатора (мощность, конструкция сердечника, момент включения, остаточный поток), а вытекающий из неё выбор защитного устройства — это задача время-токовой координации между данными производителя трансформатора и время-токовой характеристикой выбранного предохранителя или автомата — эта статья рассматривает принцип, а не готовую расчётную формулу для каждого конкретного типа.

Почему это не единственное, предсказуемое значение

Поскольку высота пика частично зависит от случайного момента включения на кривой напряжения и от остаточного потока, оставшегося в сердечнике после предыдущего отключения, пик броска тока не одинаков при каждом включении: иногда пик может быть близок к верхней границе указанного диапазона 8-12×, а иногда значительно ниже. Защитное устройство, выбранное лишь немного выше среднего значения броска тока, может поэтому всё же ложно сработать при неблагоприятно совпавшем моменте включения.

Практическая значимость

При выборе предохранителя или установочного автомата со стороны первичной обмотки для трансформатора его время-токовая характеристика должна быть явно сопоставлена с кривой броска тока, указанной производителем (или определённой иным способом) — а не только с номинальным рабочим током и требуемой защитой от КЗ. Предохранитель или автомат, который пропускает этот шаг, может вызывать ложное срабатывание в остальном исправного трансформатора почти при каждом включении, что особенно неудобно для трансформаторов, регулярно включаемых и отключаемых.

Частые ошибки

1. Выбор предохранителя или автомата со стороны первичной обмотки исключительно на основе номинального рабочего тока и требования защиты от КЗ без проверки его время-токовой характеристики относительно кривой броска тока трансформатора.
2. Рассмотрение единственного значения броска тока как абсолютного максимума без учёта разброса, вызванного моментом включения и остаточным потоком — устройство, выбранное лишь немного выше среднего значения, всё же может сработать при неблагоприятном моменте включения.
3. Путаница пика броска тока с реальной неисправностью при анализе необъяснимого срабатывания сразу после включения трансформатора, вместо того чтобы сначала проверить время-токовую координацию.
4. Игнорирование повторного включения и отключения (например, трансформатора, периодически выводимого из эксплуатации) — каждое отдельное включение приносит собственный пик броска тока со своим переменным начальным состоянием остаточного потока.

Связанные материалы

• Главный предохранитель сетевого оператора и первый установочный автомат — селективность
• Группы соединения обмоток трансформатора — параллельная работа
• Защита от короткого замыкания — §434
• Пусковой ток LED-драйверов и ложное срабатывание