Трансформатор напряжения (ТН) — источник информации для всех защит, работающих по напряжению: дистанционных, направленных, защит минимального/максимального напряжения, защит от замыканий на землю, а также для измерений и учёта. Если ТН врёт или его вторичные цепи неисправны, «слепнет» сразу целый набор функций — причём часто незаметно, потому что защита просто не срабатывает, когда должна.
Разберу типы ТН, схемы соединения, классы точности, отдельно — феррорезонанс (причина, по которой ТН выходят из строя), и порядок проверки.
Типы ТН
| Тип | Особенность | Где применяют |
|---|---|---|
| Электромагнитный (НАМИ, ЗНОМ, НКФ, НАЛИ и др.) | классический трансформатор, понижает напряжение | большинство подстанций, все классы напряжения |
| Ёмкостный (CVT, делитель напряжения) | делитель на конденсаторах + промежуточный трансформатор | ОРУ 110–500 кВ, экономичнее для высоких классов |
| Антирезонансный | конструкция, устойчивая к феррорезонансу | сети с изолированной нейтралью, где риск феррорезонанса высок |
| Каскадный | несколько магнитопроводов, на высокие напряжения | ОРУ 220–750 кВ |
Отдельно стоят ТН для защиты от замыканий на землю — с обмоткой, включённой в разомкнутый треугольник, дающей 3U0.
Схемы соединения вторичных обмоток
Схема определяет, какие величины получает защита:
| Схема | Что даёт | Применение |
|---|---|---|
| Звезда с нулём (Y0) | фазные напряжения и 3U0 (при соединении нулей) | основные защиты, измерения, учёт |
| Звезда без нуля | фазные/межфазные напряжения | измерения, где 3U0 не нужно |
| Открытый треугольник (два ТН) | межфазные напряжения | экономия на простых присоединениях |
| Разомкнутый (открытый) треугольник | напряжение нулевой последовательности 3U0 | защиты от замыканий на землю, сигнализация |
Практический момент: 3U0 получается из разомкнутого треугольника (три обмотки последовательно), и правильность этой сборки — отдельный предмет проверки. При ошибке в фазировке 3U0 будет не тем, что ожидается, и защита от замыканий на землю либо не сработает, либо сработает ложно.
Классы точности и вторичная нагрузка
Классы точности ТН:
- 0,2 / 0,5 — для учёта и коммерческих измерений;
- 3Р / 6Р — для защиты: гарантируют погрешность при определённых условиях, включая режимы КЗ.
Как и у ТТ, класс точности обеспечивается только при определённой вторичной нагрузке. Нагрузка ТН складывается из:
- обмоток напряжения приборов, терминалов, счётчиков;
- сопротивления соединительных проводов (зависит от длины и сечения);
- потерь в предохранителях и контактных соединениях.
Превышение номинальной нагрузки ведёт к росту погрешности: замеры «уезжают», направленные и дистанционные защиты начинают работать некорректно. Поэтому при добавлении нового прибора в цепь напряжения нужно пересчитывать нагрузку ТН, а не просто «подключить ещё один терминал».
Феррорезонанс: почему ТН выходят из строя
Одна из главных причин повреждений ТН в сетях с изолированной нейтралью. Механизм:
- В сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю или при коммутации возникает несимметрия;
- Насыщающийся магнитопровод ТН вместе с ёмкостью сети образует колебательный контур;
- Возникает феррорезонанс — ток и напряжение в обмотках ТН многократно возрастают, обмотка перегревается и разрушается.
Проявляется это классически: «гудит» ТН, растёт ток, срабатывает сигнализация, затем аппарат выходит из строя. И самое неприятное: феррорезонанс может «перекидываться» на соседние ТН.
Меры защиты:
- антирезонансные ТН (специальная конструкция), применение в новых проектах;
- демпфирование — включение активного сопротивления в разомкнутый треугольник или специальных устройств;
- правильная схема коммутации (порядок включения/отключения) и защита от неполнофазных режимов;
- контроль состояния (нагрев, шум) при обходах.
[практика] Если на объекте «сгорел ТН» и его заменили таким же без разбора причин, он сгорит снова. Первое, что проверяю — не феррорезонанс ли это: смотрю схему сети, наличие антирезонансных мер, журналы событий (были ли замыкания на землю перед отказом).
Защита цепей напряжения и БНН
Вторичные цепи ТН защищаются предохранителями или автоматическими выключателями. Важно:
- защита должна быть селективной — отключение одного участка не должно «гасить» всю схему напряжения;
- номиналы — по расчётной нагрузке и по условиям селективности;
- после срабатывания защиты цепи — нужна сигнализация, иначе схема «слепнет» незаметно.
Отдельный элемент — БНН (блокировка при неисправности цепей напряжения). Она фиксирует неисправность цепей (по отсутствию/несимметрии напряжений) и блокирует функции, которые могли бы ложно сработать: дистанционные, направленные, защиты минимального напряжения, пуск АВР по ЗМН. Без БНН перегоревший предохранитель ТН приводит к ложным отключениям или, наоборот, к отказу защиты.
Проверка ТН при наладке
- Измерение сопротивления изоляции первичных и вторичных обмоток.
- Проверка коэффициента трансформации по всем обмоткам.
- Проверка группы соединения и полярности (одноимённых выводов) — критично для направленных защит и для правильного 3U0.
- Проверка тока намагничивания / характеристики ХХ — выявляет витковые замыкания.
- Проверка сборки разомкнутого треугольника — что 3U0 формируется правильно и «ноль» соответствует отсутствию несимметрии.
- Проверка под напряжением — сравнение вторичных напряжений с ожидаемыми, проверка углов между каналами, проверка 3U0 при имитации несимметрии.
- Проверка БНН — имитация неисправности цепей напряжения, контроль блокировок и сигнализации.
- Проверка нагрузки ТН — фактическое сопротивление цепей не должно превышать номинальную нагрузку класса точности.
Типовые ошибки
- Неверная группа/полярность — направленные защиты работают «не туда», 3U0 неверное.
- Нагрузка ТН превышена — погрешность растёт, защиты теряют точность.
- Отсутствие антирезонансных мер в сети с изолированной нейтралью — регулярные отказы ТН.
- Не проверен разомкнутый треугольник — защита от замыканий на землю молчит.
- Отсутствие сигнализации срабатывания защиты цепей напряжения — «слепота» незамеченной.
- БНН не проверена — ложные срабатывания при неисправности цепей или отказ защит.
Частые вопросы
Чем ТН отличается от ТТ? ТТ работает в режиме, близком к короткому замыканию (ток фиксированный, напряжение мало), ТН — в режиме, близком к холостому ходу (напряжение фиксировано, ток мал). Поэтому требования к их проверке и нагрузке разные.
Зачем нужен разомкнутый треугольник? Для получения напряжения нулевой последовательности 3U0, по которому работают защиты от замыканий на землю и сигнализация.
Почему горят ТН? Самая частая причина в сетях с изолированной нейтралью — феррорезонанс. Реже — перегрузка вторичных цепей (не по току, а по нагрузке), дефекты изоляции, коммутационные перенапряжения.
Что будет, если перегорит предохранитель в цепи ТН? Цепи напряжения «потеряют» одну фазу: защиты по напряжению могут ложно сработать или заблокироваться (по БНН), а измерения и учёт исказятся. Поэтому обязательна сигнализация и БНН.
Можно ли ставить ТН другого класса точности? Можно, если его характеристики достаточны для задачи. Для учёта нужен класс 0,2/0,5, для защит — 3Р/6Р; при этом обязательно проверяется нагрузка.
Итог
ТН — это источник напряжений для защит, и его состояние определяет работу сразу группы функций. Ключевое: правильная схема (звезда, разомкнутый треугольник для 3U0), класс точности при фактической нагрузке, защита от феррорезонанса и обязательная БНН. Проверка — Ктн, группа и полярность, намагничивание, сборка 3U0 и работа под напряжением.
Нужна проверка ТН, расчёт нагрузки вторичных цепей или наладка — напишите, разберём по схеме.
Источники: фонд библиотеки РЗА по трансформаторам напряжения, схемам вторичных соединений и феррорезонансным явлениям; «Методика выбора уставок РС830-В2» (РЗА СИСТЕМЗ) — блокировки БНН1/БНН2 и защиты по напряжению; практика наладки.