Трансформатор напруги (ТН) - це вимірювальний трансформатор, в якому при нормальних умовах застосування вторинна напруга практично пропорційно первинному напрузі і при правильному включенні зрушено щодо нього по фазі на кут, близький до нуля (СТ МЕК 50 (321) -86).
ТН є трансформатором, що живиться від джерела напруги, і служить для перетворення високої напруги в низьке стандартних значень: 100; 100 / # 8730; 3; 100/3 з метою харчування вимірювальних приладів і різних реле управління, захисту та автоматики.
ТН (так само як і ТТ) відокремлюють (ізолюють) вимірювальні прилади і реле від високої напруги, забезпечуючи їх працездатність і безпеку обслуговування.
Застосування ТН дозволяє ізолювати логічні схеми захисту і ланцюга вимірювання від ланцюга високої напруги.
За принципом пристрою і схемою включення ТН практично не відрізняються від силових трансформаторів. Відмінність полягає в малих потужностях, що не перевищують десятків або сотень ВА. При малої потужності режим роботи ТН близький до режиму ХХ трансформаторів. Розмикання їх вторинних обмоток не призводить до небезпечних наслідків.
На напругу до 35 кВ ТН включаються через запобіжники, щоб при пошкодженні ТН був відключений - щоб уникнути розвитку аварії в мережі. На напрузі 110 кВ і вище з-за вкрай рідкісних ушкоджень ТН запобіжники можна не встановлювати.
Комутація (включення і відключення) ТН виробляються роз'єднувачами.
Для захисту ТН від струмів КЗ в його вторинних ланцюгах встановлюють знімні трубчасті запобіжники або автоматичні вимикачі максимального струму: триполюсні (типу АП50-3М) і двополюсні (типу АП50-2М) з електромагнітним расцепителем на номінальні струми від 2,5 до 50 А. Запобіжники встановлюють в тому випадку, якщо ТН не має швидкодіючі захисту, оскільки ці захисту можуть помилково діяти при недостатньо швидкому перегорання плавкої вставки. Установка ж автоматичних вимикачів забезпечує ефективне спрацьовування спеціальних блокувань, які виводять з дії окремі види захистів при обриві ланцюгів напруги.
Для безпечного обслуговування вторинних ланцюгів при пробої ізоляції і попаданні високої напруги на вторинну обмотку один з її затискачів або нульова точка приєднується до заземлення. При з'єднанні вторинних обмоток в зірку заземляется не нульовий точка, а початок обмотки фази В, що викликано прагненням скоротити на 1/3 число переключающих контактів у вторинних колах, оскільки заземлена фаза може подаватися на реле крім рубильників і допоміжних контактів роз'єднувачів.
При використанні ТН для харчування оперативних ланцюгів змінного струму допускається заземлення нульової точки вторинних обмоток через пробивний запобіжник, що необхідно для підвищення рівня ізоляції оперативних ланцюгів.
При виконанні робіт безпосередньо на ТН і його ошиновке діючими правилами безпеки пропонується створення видимого розриву як з боку ВН, так і з боку вторинних ланцюгів, щоб уникнути появи напруги на первинній обмотці за рахунок зворотної трансформації напруги від вторинних ланцюгів, які живляться від іншого ТН. З цією метою у вторинних колах ТН встановлюються рубильники або застосовуються запобіжники. Відключення автоматичних вимикачів, а також розрив вторинних ланцюгів допоміжними контактами роз'єднувачів не створюють видимого розриву ланцюга і тому вважаються недостатніми.
На ПС застосовуються як однофазні, так і трифазні дво- та трьохобмотувальні ТН. В основному це ТН з паперово-масляною ізоляцією, магнітопроводи і обмотки яких занурені в масло. Масляне заповнення бака або фарфорового корпусу охороняє від зволоження та ізолює обмотки від заземлених конструкцій. Крім того, таке заповнення є охолоджуючим середовищем.
В ЗРУ до 35 кВ використовуються ТН з литою епоксидною ізоляцією, які мають ряд переваг в порівнянні з маслонаповненими при установці в КРУ.
На ПС 110-500 кВ застосовуються каскадні ТН серії НКФ. У каскадному ТН обмотка ВН ділиться на частини, що розміщуються на різних стрижнях одного або декількох магнитопроводов, що полегшує її ізоляцію.
У ТН (типу НКФ-110) обмотка ВН розділена на дві частини (ступені), кожна з яких розміщується на протилежних стрижнях двухстержневого муздрамтеатру. Магнитопровод з'єднаний з серединою обмотки ВН і знаходиться по відношенню до землі під потенціалом Uф / 2, завдяки чому обмотка ВН ізолюється від муздрамтеатру тільки на Uф / 2, що істотно зменшує розміри і масу трансформатора.
З іншого боку, ступеневу виконання ускладнює конструкцію трансформатора, так як з'являється необхідність в додаткових обмотках.
Каскадні ТН на 220 кВ і вище мають два і більше муздрамтеатру. Число магнитопроводов зазвичай в 2 рази менше числа ступенів каскаду. Для передачі потужності з обмоток одного муздрамтеатру на обмотки іншого служать сполучні обмотки.
Поряд зі звичайними електромагнітними ТН для живлення вимірювальних приладів і релейного захисту застосовують ємнісні подільники напруги, які набули поширення на ЛЕП напругою 500 кВ і вище.
На рис. 5.1 показана принципова схема включення ємнісного дільника напруги типу НДЕ-500.
На схемі видно, що напруга між конденсаторами розподіляється обернено пропорційно ємностей:
Підбором ємностей забезпечується отримання на нижньому конденсаторі С2 необхідної частки загальної напруги Uф. Якщо до конденсатору С2 підключити понижуючий трансформатор Т (розрахований на напругу до 15 кВ), то він буде виконувати ті ж функції, що і звичайний ТН.
Ємнісний дільник напруги на рис. 5.1 складається з трьох конденсаторів зв'язку типу СМР-166 / # 8730; 3-0,014 і одного конденсатора відбору потужності типу 0МР-15-0,017.
Первинна обмотка трансформатора Т має вісім відгалужень для регулювання напруги. Загороджувач L перешкоджає відгалуження струмів високої частоти в трансформатор Т під час роботи високочастотного зв'язку, апаратура якої підключена до конденсаторів через фільтр ФП. Реактор LR покращує електричні властивості схеми при зростанні навантаження. Баластний фільтр у вигляді резистора R служить для гасіння ферорезонансним коливань у вторинному ланцюзі при раптовому відключенні навантаження.
Контроль справності вторинних ланцюгів основний обмотки ТН зазвичай проводиться за допомогою трьох реле мінімальної напруги. При відключенні автоматичного вимикача або згорянні запобіжника ці реле подають сигнал про розрив ланцюга.
Більш досконалим є контроль за допомогою комплектного реле, підключеного за схемою рис. 5.2 до шин вторинної напруги.
У цій схемі реле KV1 включено на три фази фільтра напруги зворотної послідовності ZV, яке спрацьовує при порушенні симетрії лінійних напруг, що має місце, наприклад, при обриві однієї або двох фаз. При розмиканні його контактів спрацьовує реле KV2, подає сигнал про розрив ланцюга напруги. Це реле спрацьовує також і при трифазному симетричному КЗ, коли реле KV1 не працює. Таким чином забезпечується подача сигналу при всіх порушеннях ланцюгів напруги з боку як ПН, так і ВН. Для того щоб виключити подачу помилкового сигналу, пристрій діє з витримкою часу, що перевищує час відключення КЗ в мережі ВН.
Блокування захистів при пошкодженнях в ланцюгах напруги подає сигнал про виниклу несправність і блокує ті захисту, які можуть при цьому спрацювати, втративши напруги. Напруга зникає або спотворюється по фазі при перегорання запобіжників, спрацьовуванні автоматичних вимикачів або обриві фаз.
На лініях далеких електропередач 500 кВ і вище ТН встановлюються на вводі лінії. Харчування ланцюгів напруги реле і приладів кожної лінії виробляється від підключеного до неї ТН.
Обслуговування ТН і їх вторинних ланцюгів оперативним персоналом полягає в контролі за роботою самих ТН і за справністю електричного кола вторинної напруги. У процесі нагляду (огляду) звертають увагу на загальний стан ТН, а саме:
наявність в них масла;
відсутність течі і стан гумових прокладок;
відсутність розрядів і тріску всередині ТН;
відсутність слідів перекриттів на поверхні ізоляторів і порцелянових покришок;
ступінь забрудненості ізоляторів;
відсутність тріщин і відколів ізоляції;
стан армировочная швів.
ТН напругою 6-35 кВ з малим об'ємом масла не мають мастиловказівника і розширювачів. Масло в них не доливають до кришки на 20-30 см. Простір виконує роль розширювача. При виявленні слідів витікання масла з таких расширителей необхідні терміновий висновок ТН з роботи, перевірка рівня масла і усунення течі.
При оглядах перевіряється відсутність щілин в ущільненнях дверей шаф вторинних з'єднань, через які можуть проникнути сніг, пил і волога; оглядаються рубильники, запобіжники і автоматичні вимикачі, а також ряди затискачів.
Відповідно до чинних ПУЕ, номінальний струм плавкої вставки запобіжників повинен бути в 3 рази менше струму КЗ в найбільш віддаленій від ТН точці вторинних ланцюгів.
На щитах управління і релейних захистів необхідно контролювати наявність напруги на ТН по вольтметрам і сигнальним пристроям.
Під час оперативних перемикань необхідно дотримуватися послідовність операцій не тільки з апаратами високої напруги, а й з вторинними ланцюгами напруги пристроїв захисту і автоматики.
При зникненні вторинного напруги через перегорання запобіжників ПН вони підлягають заміні, а відключити автоматичні вимикачі слід включити, причому першими повинні відновлюватися ланцюга первинної обмотки, а потім - додаткової.
До заміни перегорілих запобіжників ВН приступають після виконання операцій з пристроями тих захистів, які можуть спрацювати на відключення електричного кола. Не рекомендується установка нових запобіжників ВН без виявлення і усунення причин їх перегорання.