Трансформатор напряжения

Когда говорят 'трансформатор напряжения', многие сразу представляют себе просто понижающую обмотку, этакий черный ящик, который делает высокое напряжение низким для учета или защиты. На деле же — это целый мир точности, температурных дрейфов и, что самое важное, правильного выбора в конкретной схеме. Ошибка в подборе класса точности или вторичной нагрузки может привести не к мелким погрешностям, а к полному отказу релейной защиты, особенно на устаревших подстанциях, где еще стоят электромеханические реле. Сам видел, как из-за неучтенного cos φ вторичной цепи трансформатора напряжения на 6 кВ защита просто 'не видела' замыкания.

Классы точности и реальная жизнь на подстанции

В паспорте пишут 0.5 или 3Р — и кажется, что этого достаточно. Но попробуй поставь трансформатор напряжения класса 0.5 на длинную линию с большими колебаниями нагрузки. Температурная погрешность, особенно зимой, может вывести его за пределы заявленного класса. Мы как-то разбирали инцидент на одной из подстанций Северо-Запада: учет 'уходил', коммерческие потери росли. Оказалось, трансформаторы напряжения НОЛ-06 стояли в неотапливаемом КРУН, и при -30°C магнитные характеристики сердечника менялись так, что погрешность по напряжению достигала 1.5% вместо заявленных 0.5%. Пришлось менять всю схему учета, выносить из ячейки.

А еще есть момент с нагрузкой. Казалось бы, подключил вольтметр и счетчик — и все. Но если на те же вторичные обмотки навешано еще и пару десятков метров кабеля до щита учета, плюс старые алюминиевые жилы сечением 1.5 мм2 — вот тебе и дополнительное падение напряжения. Трансформатор напряжения при этом может быть идеальным, но сигнал до реле или прибора учета дойдет уже искаженным. Особенно критично для цепей напряжения дистанционных защит.

Поэтому сейчас, при модернизации, мы всегда считаем не только полную вторичную нагрузку в ВА, но и активное-реактивное сопротивление проводок. И часто вместо одного мощного трансформатора напряжения на всю секцию шин ставим два — один строго для учета (класс 0.2S), другой — для защиты и автоматики. Да, дороже, но зато нет взаимного влияния при КЗ, когда просадка напряжения в одной цепи может 'завалить' и вторую.

Защита трансформатора напряжения: предохранитель — не мелочь

Вот тут как раз часто кроется самая грубая ошибка. На первичной стороне высоковольтный предохранитель для защиты трансформатора напряжения — это не просто 'пробка'. Его ток отключения, время-токовая характеристика должны быть согласованы не только с номинальным током трансформатора, но и с токами насыщения при включении. Иначе при подаче напряжения на холодный сердечник возникает бросок намагничивающего тока, который может быть в 50-80 раз выше номинального. Дешевый универсальный предохранитель его 'не поймет' и либо перегорит (ложное срабатывание), либо, что хуже, не отключит при реальном внутреннем КЗ.

Мы в свое время плотно работали с продукцией ООО Сиань Суюань Электроприборы (их сайт — https://www.xasuyuan.ru). Они как раз специализируются на таких 'непопулярных', но критичных вещах. В их ассортименте, если посмотреть, есть целая линейка высоковольтных токоограничивающих предохранителей именно для защиты трансформаторов напряжения, конденсаторов, двигателей. Это не просто переименованные общие модели. У них, к примеру, в характеристиках заложена стойкость к броскам намагничивающего тока, что для трансформаторов напряжения 6-10 кВ — ключевой параметр.

Помню случай на предприятии по производству алюминия: там стояли старые ТН в компенсационных установках. Предохранители срабатывали раз в два месяца 'на ровном месте'. Поставили специализированные предохранители из серии для защиты трансформаторов напряжения от 'Сиань Суюань' — проблема ушла. Оказалось, предыдущие были рассчитаны только на ток перегрузки, но не на кратковременный бросок. Компания, к слову, как указано в их описании, поставляет продукцию для госсетей и предприятий КРУ, так что их изделия часто проходят проверку в жестких условиях реальных сетей, а не только в лаборатории.

ТН в КРУ и КРУН: монтаж и обслуживание — где кроются риски

В комплектных распределительных устройствах трансформатор напряжения часто воспринимается как второстепенный элемент. Поставил ячейку — и забыл. Но его расположение, особенно в КРУН, напрямую влияет на надежность. Если ТН стоит в нижней части шкафа, рядом с кабельным вводом, то вся пыль, конденсат, возможные утечки масла с соседних аппаратов оседают на его изоляторах. Через пару лет в сыром климате можно получить поверхностные перекрытия.

Еще один нюанс — виброустойчивость. В одном проекте для ветропарка заказчик сэкономил и поставил обычные ТН НОМ-10 в шкафы, которые стояли прямо на башне под генератором. Постоянная вибрация привела к ослаблению контактов во вторичных клеммных коробках, стали появляться 'плавающие' обрывы в цепях напряжения. Пришлось менять на модели с виброустойчивым исполнением и пружинными шайбами под все болты. Это к вопросу о том, что для ветроустановок, как указано в ассортименте той же 'Сиань Суюань', нужны специальные серии — и предохранители, и, косвенно, сами трансформаторы должны быть к этому адаптированы.

При плановых ремонтах тоже часто грешат. Проверяют изоляцию мегомметром на 2500 В, а про проверку тангенса диэлектрических потерь (tg δ) забывают. А именно tg δ показывает старение изоляции, увлажнение. Особенно для маслонаполненных ТН. Один раз на ТЭЦ пропустили этот параметр — через полгода трансформатор напряжения 'выстрелил' при грозовом перенапряжении. Изоляция была уже не та.

Современные тенденции и 'цифра'

Сейчас все чаще идут разговоры о замене электромагнитных трансформаторов напряжения на емкостные делители или даже чисто электронные измерительные преобразователи. Да, они компактнее, дешевле, с широким частотным диапазоном. Но для традиционной релейной защиты, особенно на объектах с устаревшим парком аппаратуры, это может создать головную боль. Цифровой сигнал нужно преобразовывать, а это еще один элемент в цепи надежности.

Для новых проектов, особенно с полной цифровизацией (типа smart grid), это, возможно, путь. Но для существующих сетей, где 80% защиты — еще электромеханика или статические реле, работающие от 100 В, замена трансформатора напряжения на электронный преобразователь потребует замены всего вторичного оборудования. Это не модернизация, а фактически новое строительство.

Поэтому, на мой взгляд, ближайшие 10-15 лет классический электромагнитный трансформатор напряжения никуда не денется. Задача — правильно его выбирать, учитывая все факторы: от климата и места установки до характеристик предохранителей и вторичной нагрузки. И здесь как раз важна роль поставщиков, которые понимают эти нюансы, а не просто торгуют 'железом'. Как, судя по описанию продукции, делает ООО Сиань Суюань Электроприборы, выделяя отдельные серии для защиты трансформаторов напряжения, конденсаторов, ветроустановок — то есть под конкретную, а не абстрактную задачу.

Резюме: о чем стоит помнить всегда

Итак, если подводить неформальный итог. Трансформатор напряжения — не пассивный элемент. Его выбор определяет точность учета и, что важнее, правильность работы защит. Ключевые точки контроля: класс точности не в идеальных условиях, а при реальных температурах; расчет вторичной нагрузки с учетом всего тракта; правильный выбор высоковольтного предохранителя, стойкого к броскам намагничивающего тока; учет условий монтажа (вибрация, влажность).

Нельзя брать первый попавшийся ТН из каталога. Нужно смотреть на его реальные рабочие графики погрешностей, согласовывать с производителем защитных устройств (предохранителей, ограничителей перенапряжений) — как раз тех, что поставляет, например, компания с сайта xasuyuan.ru. Их подход к сегментации продукции по типам защищаемого оборудования — верный признак того, что они вникают в специфику.

В конечном счете, надежность сети складывается из таких 'малозаметных' правильных решений. А трансформатор напряжения, при всей его кажущейся простоте, — один из кирпичиков в этом фундаменте. Работая с ним, всегда полезно вспомнить не только ПУЭ, но и горький опыт прошлых ошибок — своих или коллег. Это тот случай, когда теория без практики действительно слепа.