Automatyka zabezpieczeniowa 
transformatorów 
elektroenergetycznych

3

2

3

2

3

II

I

307

308

305

208

207

205

113

108

107

105

Ro

żki

Ko

zi

en

ic

e

 1

Ko

zi

e

n

ic

e 2

5

3

8

2

4

6

9

1

I

II

3

3

3

3

3

3

3

3

Ab

ra

mo

w

ice

R220

3

3

3

3

3

3

3

3

1

1

1

3

T

2

T

1

T

kV

5

,

31

/

225

%

18

u

11

Yd

A

1466

I

A

5

,

205

I

A

MV

80

Tr

3

u

kT

nTLV

nTHV

=

ϑ

=

=

=

⋅

×

2

2

2

3

3

3

2

2

3

3

3

3

2

mm

185

1

XSY

2

NA

12

m

2200

×

×

3

3

3

3

10

4

13

18

19

21 30

24

37

38

39

41 45

40

56

57

58

60 65

59

2

mm

185

1

XSY

2

NA

12

m

3200

×

×

2

mm

185

1

XSY

2

NA

12

m

2250

×

×

2

mm

185

1

XSY

2

NA

12

m

3140

×

×

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

1

G

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

2

G

3

G

4

G

R30

T1

T3

T4

T2

RG 1

kV

3

,

6

/

5

,

31

%

64

,

8

u

11

Yd

A

2890

I

A

577

I

A

MV

5

,

31

Tr

4

u

kT

nTLV

nTHV

=

ϑ

=

=

=

⋅

×

A

MV

S

kQ

⋅

= 6000

A

MV

S

kQ

⋅

= 840

A

MV

S

kQ

⋅

= 590

I

II

A

MV

3

,

33

S

A

MV

25

P

n

n

⋅

=

⋅

=

A

MV

40

S

A

MV

5

,

32

P

n

n

⋅

=

⋅

=

A

MV

40

S

A

MV

30

P

n

n

⋅

=

⋅

=

%

6

u

A

2000

I

kD

n

=

=

%

6

u

A

2000

I

kD

n

=

=

A

MV

40

S

A

MV

30

P

n

n

⋅

=

⋅

=

%

6

u

A

2000

I

kD

n

=

=

Zakłócenia w pracy transformatorów
- awaryjność transformatorów

Zakłócenia w pracy transformatorów
- procentowy rozkład rodzajów uszkodzeń

13%

„

inne uszkodzenia (kadź, obieg oleju itp.)

2%

„

uszkodzenia rdzeni

6%

„

uszkodzenia przewodów wyjściowych

9%

„

uszkodzenia izolatorów przepustowych

19%

„

uszkodzenia przełączników zaczepów

51%

„

uszkodzenia uzwojeń

Zakłócenia w pracy transformatorów -
przyczyny

ok. 23%

cieplne

ok. 35%

elektryczne

ok. 42%

mechaniczne

Zakłócenia w pracy transformatorów - skutki

„

zwarcia wewnętrzne powodują uszkodzenia, 
których usunięcie niejednokrotnie wymaga 
demontażu transformatora i 
przetransportowania go do zakładów 
naprawczych, co jest operacją bardzo 
kosztowną;

Zakłócenia w pracy transformatorów - skutki

„

jeśli zwarcie wewnątrz kadzi nie zostanie 
wyłączone po 0,6

÷ 1 s, można się

spodziewać wybuchu, rozsadzenia kadzi i 
wypływu oleju:

‰

wiąże się to zarówno z całkowitym 
zniszczeniem transformatora, jak i z 
zagrożeniem dla ludzi i pomieszczeń;

Zakłócenia w pracy transformatorów
- skutki

„

zwarcie w transformatorze sprzęgłowym lub 
blokowym, prowadzące do jego wyłączenia, 
jest szczególnie groźne dla systemu 
elektroenergetycznego

‰

dlatego ten rodzaj zakłócenia jest często 
traktowany jako tzw. awaria krytyczna.

Rodzaje zakłóceń w pracy transformatorów
Zwarcia

Rodzaje zakłóceń w pracy transformatorów 
Przegrzanie uzwojeń

„

Energia wydzielana na rezystancji uzwojeń jest 
przyczyną wzrostu temperatury wewnątrz kadzi. 
Powstające ciepło jest oddawane izolacji stałej i 
olejowi, który przez system naturalnego, a nawet 
częściej – wymuszonego obiegu oleju powoduje 
efekt chłodzenia. 

„

Najgorętsza jest wierzchnia warstwa oleju, ale ze 
względu na cieplne zagrożenie stanu izolacji 
istotniejsze jest to miejsce na powierzchni przewodu 
uzwojenia, w którym lokalnie temperatura osiąga 
największą wartość. 

Rodzaje zakłóceń w pracy transformatorów 
Przegrzanie uzwojeń

„

W stanie normalnym temperatura górnej warstwy 

oleju może wynosić 90°C, co odpowiada temperaturze 

ok. 105°C w najgorętszym miejscu przewodu.

„

Natomiast jeśli temperatura górnej warstwy 

przekroczy 105°C, oznacza to, że najgorętszy punkt 

ma zapewne temperaturę ok. 140°C i można ją uznać

za granicznie dopuszczalną.

„

Taki wzrost temperatury uzwojeń może być wywołany 

przeciążeniem prądowym lub zmniejszeniem 

intensywności chłodzenia, np. na skutek całkowitego 

lub częściowego wyłączenia pomp wymuszających 

obieg oleju.

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów

„

Dobrze dobrany zestaw zabezpieczeń musi 
chronić transformator od zakłóceń
występujących zarówno na zewnątrz, jak i 
wewnątrz samego transformatora w czasie 
jego pracy.

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów

„

Zakłócenia zewnętrzne spowodowane są przez przeciążenia 

ruchowe oraz zwarcia zewnętrzne, które często powodują

niedopuszczalny długotrwale dla transformatora przepływ dużych 

prądów. 

„

Do zakłóceń wewnętrznych zaliczamy uszkodzenia powodujące 

obniżenie poziomu oleju w kadzi transformatora i komorze 

przełącznika zaczepów oraz przerwy i zwarcia międzyfazowe 

międzyuzwojeniowe, międzyzwojowe, doziemne zarówno 

wewnątrz kadzi transformatora, jak i na wyprowadzeniach.

„

Pożądane jest, aby zabezpieczenia od uszkodzeń wewnętrznych 

działały prawie bezzwłocznie, a od zwarć zewnętrznych z 

niewielkim opóźnieniem, koniecznym ze względu na potrzebę

uzyskania selektywności działania. 

„

Ochronę transformatorów od przeciążeń ruchowych można 

ograniczyć do sygnalizacji powstałego zakłócenia.

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów - wymagania

„

wyłączenie z minimalnym opóźnieniem przy 
zwarciach międzyfazowych i doziemnych 
wewnątrz kadzi, co zapewnia utrzymanie 
stabilności systemu oraz ogranicza stopień
uszkodzeń, przede wszystkim nie 
dopuszczając do wybuchu kadzi;

„

wyłączenie z minimalnym opóźnieniem przy 
zwarciach zwojowych, co ogranicza stopień
uszkodzeń i nie dopuszcza do wybuchu kadzi

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów - wymagania

„

wyłączenie z minimalnym opóźnieniem przy 
zwarciach wielkoprądowych w polach 
transformatora (pomiędzy wyłącznikami a kadzią);

„

niedopuszczenie do długotrwałego nadmiernego 
wzrostu temperatury uzwojeń, co mogłoby grozić
zmniejszeniem trwałości użytkowej izolacji; 

‰

można to uzyskać przez pomiar temperatury 
górnych warstw oleju oraz oszacowanie 
temperatury najgorętszego miejsca w 
uzwojeniach;

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów - wymagania

„

niedopuszczenie do długotrwałego nadmiernego 

wzrostu strumienia w rdzeniu, co może grozić

lokalnym przegrzaniem rdzenia i jego elementów 

konstrukcyjnych;

„

niedopuszczenie do występowania prądów zwarć

zewnętrznych, które mogłyby spowodować

przekroczenie granic wytrzymałości cieplnej i 

dynamicznej, dopuszczalnych ze względu na 

warunki cieplne i ograniczenia mechaniczne;

„

zapewnienie rezerwowania w przypadku zawodnego 

działania zabezpieczeń lub wyłączników;

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów - wymagania

„

zapewnienie możliwości sprawdzania 
zabezpieczeń bez konieczności wyłączania 
transformatora;

„

sygnalizowanie stanów zagrożenia, 
wynikających z osłabienia izolacji lub 
lokalnego przegrzania uzwojeń;

„

niedopuszczenie do przedwczesnego 
wyłączania transformatora przy znacznych 
obciążeniach oraz zwarciach zewnętrznych.

Wymagania stawiane zabezpieczeniom 
transformatorów - wymagania

W związku z powyższym, podstawowym 
zabezpieczeniom zwarciowym stawia się
ostre wymagania dotyczące czułości 
(reagowania już przy zwarciu pojedynczego 
zwoju) oraz minimalnego opóźnienia w 
działaniu, nie przekraczającego czasu rzędu 
dziesiątych części sekundy.

Zabezpieczenia od przeciążeń ruchowych 

„

Prądy odpowiadające przeciążeniom ruchowym 

najczęściej nieznacznie tylko przekraczają wartość

prądu znamionowego transformatora. 

‰

Niemniej powodują one nadmierne nagrzewanie jego 

uzwojeń roboczych, co przyspiesza proces starzenia się

izolacji tych uzwojeń w wyniku czego staje się ona coraz 

bardziej krucha, a tym samym bardzo podatna na 

uszkodzenia wskutek działań dynamicznych prądu oraz 

przepięć.

„

Zabezpieczenie od przeciążeń ruchowych powinno 

chronić transformator od szkodliwych dla jego 

izolacji przegrzania, a jednocześnie powinno 

pozwolić na wykorzystanie w możliwie dużym 

stopniu przeciążalności transformatora.

Zabezpieczenia od przeciążeń ruchowych

W czasie zmian obciążenia temperatura 

uzwojeń transformatora, a w konse-kwencji 
również temperatura oleju ulega zmianom, 
przy czym szybkości tych zmian są różne. 
Decydują o tym głównie różne stałe czasowe:

‰

stała czasowa nagrzewania samego uzwojenia 
transformatora (6-10 minut);

‰

stalą czasowa nagrzewania oleju (1-2 godzin).

Zabezpieczenia od przeciążeń ruchowych

W jednostkach transformatorowych o mocy 

znamionowej większej od 16 MVA, które 
wyposażone są w urządzenia chłodzenia, 
przeciążenia termiczne uzwojeń mogą
również występować przy przepływie prądów 
mniejszych od wartości znamionowej, w 
przypadku zakłóceń w obiegu czynników 
chłodzących (olej, woda, powietrze).

Zabezpieczenia od przeciążeń ruchowych

Dla ochrony transformatorów energetycznych od 

przeciążeń ruchowych stosuje się następujące 
rodzaje zabezpieczeń:

„

zabezpieczenie nadprądowe niezależne zwłoczne,

„

zabezpieczenie nadprądowe zależne zwłoczne,

„

zabezpieczenie termometryczne,

„

wskaźnik max temperatury typu "Bewag",

„

model cieplny.

Zabezpieczenie nadprądowe niezależne 
zwłoczne 

„

Zabezpieczenie nadprądowe niezależne zwłoczne 

jest najprostszym zabezpieczeniem 

przeciążeniowym transformatora. 

„

Niestety reaguje ono jedynie na zmiany wartości 

prądu obciążenia transformatora, natomiast nie 

uwzględnia rzeczywistych zmian temperatury 

uzwojeń i oleju. 

„

Ze względu na symetryczny charakter przeciążeń

wystarcza zainstalowanie zabezpieczenia tylko w 

jednej fazie. 

„

Zazwyczaj jest ono zasilane z obwodów prądowych 

wspólnych z zabezpieczeniem przeciążeniowym (od 

zwarć zewnętrznych). 

Zabezpieczenie nadprądowe niezależne 
zwłoczne 

„

prąd rozruchowy

„

k

b

możliwie mały, rzędu 1,05 

„

stosuje się przekaźniki o możliwie dużym k

p

ok. 0,9.

„

zwłoka czasowa od 6 s do 12 s, a czasem do 20 s,

i

p

NTr

b

r

n

k

I

k

i

=

Zabezpieczenie termometryczne

1 MVA

÷ 10 

MVA

termometr wskazujący kontaktowy jednostykowy 
ze zdalną sygnalizacją maksymalnej temperatury 
uzwojenia lub oleju transformatora

0,315MVA 

÷

1 MVA

termometr wskazujący ze wskaźnikiem 
maksymalnej temperatury

0,315 MVA

termometr wskazujący

Zabezpieczenie termometryczne

> 16 MVA

zestaw dwóch termometrów wskazujących 
kontaktowych dwustykowych współpracujących 
z układem chłodzenia transformatora i zdalną
sygnalizacją przekroczenia dopuszczalnych 
temperatur 

10 MVA

÷ 16 

MVA

termometr wskazujący kontaktowy dwustykowy 
ze zdalną sygnalizacją przekroczenia 
dopuszczalnych temperatur 

Model cieplny

„

Najdoskonalszym pod względem technicznym zabezpieczeniem 

transformatora od przeciążeń ruchowych jest model cieplny tego 

transformatora. 

„

Model cieplny jest przeważnie wykonany w postaci niewielkiego 

naczynia, które jest przymocowane do pokrywy kadzi 

transformatora i jest zanurzone w oleju wypełniającym kadź. 

„

Wewnątrz tego naczynia znajduje się termometr oporowy 

otoczony uzwojeniem grzejnym, zasilanym prądem 

proporcjonalnym do prądu płynącego przez uzwojenie 

transformatora z obwodu wtórnego jednego z przekładników 

prądowych nakładkowych zainstalowanych na izolatorach 

przepustowych transformatora.

Model cieplny

„

Rezystancja uzwojenia grzejnego jest 
dobrana w taki sposób, aby przy 
znamionowym obciążeniu transformatora 
podgrzało ono termometr oporowy do 
temperatury uzwojenia transformatora, która 
jest o 10 - 20°C wyższa od temperatury 
otaczającego oleju. Natomiast stała czasowa 
modelu cieplnego równa się stałej czasowej 
uzwojenia transformatora (6 – 10 min).

Model cieplny

„

W tych warunkach temperatura mierzona przez 

termometr oporowy jest prawie wierną kopią

temperatury uzwojenia transformatora przy 

dowolnych zmianach obciążenia.

„

Termometr oporowy steruje przekaźnikiem 

pomocniczym umieszczonym na zewnątrz 

transformatora, podając impuls na sygnalizację lub 

na sygnalizację i wyłączenie transformatora.

„

Zamiast oporowego termometru można zastosować

w modelu cieplnym element bimetaliczny 

nastawiany na odpowiednią temperaturę i sterujący 

obwodami wyjściowymi.

Model cieplny

„

W urządzeniach najnowszej generacji dla potrzeb realizacji 

modelu cieplnego wykorzystano technikę cyfrową. 

„

Model cieplny typu MZT-4C oblicza temperaturę uzwojenia 

transformatora na podstawie aktualnej temperatury oleju, 

wartości prądu przepływającego przez transformator, oraz 

charakterystycznych parametrów cieplnych danego 

transformatora wpisanych do pamięci procesora. 

„

Model cieplny typu MZT-4C wyposażony jest w dwustopniowe 

sygnalizacje temperatury oleju i uzwojenia oraz w miernik stopnia 

zużycia transformatora (wykonany w postaci 

elektromechanicznego licznika). 

„

Określenie stopnia zużycia transformatora może być podstawą

do wyznaczania częstości prac konserwacyjnych przy 

transformatorze, a także wskazują na prawidłowość jego 

eksploatacji.

Zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych 

„

Najczęstszym nienormalnym stanem w pracy 

transformatorów energetycznych jest przepływ przez 

ich uzwojenia prądów przetężeniowych

spowodowanych zwarciami zewnętrznymi.

„

W przypadku bliskich zwarć zewnętrznych prądy te 

mogą osiągnąć znaczne wartości (od 10 do 20 

krotności prądu znamionowego transformatora). 

„

Konstrukcyjnie transformatory energetyczne są tak 

wykonane, że działanie dynamiczne i termiczne tej 

wielkości prądów wytrzymują tylko przez bardzo 

krótki czas około 3 - 4 sekund. 

„

Przy dłuższym czasie przepływu przez ich 

uzwojenia tak dużych wartości prądów, ulegają

uszkodzeniu, a nawet zniszczeniu.

Zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych 

Aby nie dopuścić do takiego uszkodzenia, wyposaża się

transformatory energetyczne w zabezpieczenia od zwarć

zewnętrznych, które mają za zadanie przerwać przepływ prądów 

zwarcia przed upływem dopuszczalnego czasu ich trwania. 

Poza ochroną samego transformatora od przetężeń, 

zabezpieczenie to stanowi:

„

rezerwę zabezpieczeń zainstalowanych w polach odpływowych 

rozdzielni ŚN zasilanej przez transformator,

„

element blokady automatyki SZR sprzęgła,

„

rezerwę zabezpieczeń od zwarć wewnętrznych transformatora.

Zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych 

W zależności od mocy znamionowej 

transformatora stosuje się następujące 
rodzaje zabezpieczeń od przetężeń
wywołanych zwarciami zewnętrznymi:

„

zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne,

„

zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z 
blokadą napięciową, 

„

zabezpieczenie odległościowe.

Zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych 

„

Dla transformatorów pracujących w sieci 
średniego napięcia z punktem neutralnym 
nieuziemionym, kompensowanej lub 
uziemionej przez rezystancję od 
zewnętrznych zwarć doziemnych stosuje się
dodatkowo zabezpieczenia 
ziemnozwarciowe.

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 

„

Transformatory redukcyjne, które zasilają rozdzielnie połączone 

w ruchu normalnym z innymi źródłami energii elektrycznej 

wymagają wyposażenia w zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 

po stronie napięcia zasilającego, lecz często ze względu na 

możliwości dokładniejszej lokalizacji miejsca uszkodzenia stosuje 

się zabezpieczenia po wszystkich stronach. 

„

Prąd rozruchowy zabezpieczenia dobiera się tak, aby 

zabezpieczenie nie działało pod wpływem prądów 

obciążeniowych i udarów prądowych związanych z 

samorozruchem silników, po chwilowym zaniku napięcia 

spowodowanym zwarciem zewnętrznym lub działaniem 

automatyki SPZ oraz SZR.

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 

„

prąd rozruchowy

„

I

r

– nastawa zabezpieczenia,

„

k

b

– wsp. bezpieczeństwa (1,2),

„

k

r

– wsp. rozruchu silników (2 - 6),

„

k

s

– wsp. schematu uzależniony od sposobu połączenia przekładników 

prądowych ( 1 lub 3),

„

k

p

– wsp powrotu, odpadu przekaźnika (0,85),

„

I

max

– maksymalna dopuszczalna wartość obciążenia,

„

n

i

– przekładnia przekładników prądowych

.

i

p

s

r

b

r

n

k

I

k

k

k

I

max

≥

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 

„

Zwłokę czasową zabezpieczenia przyjmuje się

możliwie najkrótszą, tak jednak, aby zapewnić

wybiórczą pracę tego zabezpieczenia w stosunku do 

zabezpieczeń zainstalowanych w polach 

odpływowych rozdzielni, zasilanej przez 

transformator.

„

Jednocześnie nie należy przekroczyć określonego 

dla transformatora przez producenta 

dopuszczalnego czasu przepływu prądów zwarcia. 

„

Czułość zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego 

transformatora sprawdza się porównując wartość

współczynnika czułości z wartością wymaganą

przez przepisy.

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 

„

prąd rozruchowy

„

k

c

– współczynnik czułości, który nie powinien być mniejszy od 1,5 

dla zabezpieczenia podstawowego i 1,2 dla zabezpieczenia 

rezerwowego,

„

I

z min

– najmniejsza wartość prądu zwarciowego, dla zwarcia 

metalicznego w chronionej strefie

„

I

r 

– nastawa zabezpieczenia

„

n

i

– przekładnia przekładników prądowych.

i

r

z

c

n

I

I

k

min

≥

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne

Transformatory pracujące w stacjach, w których 

istnieje możliwość obustronnego zasilania powinny 
być wyposażone w zabezpieczenie nadprądowe 
zwłoczne osobne dla każdego uzwojenia 
transformatora lub w jedno zabezpieczenie od 
strony większej mocy zwarciowej działające:

‰

jednocześnie na obustronne wyłączenie wyłączników lub

‰

kaskadowo tzn. najpierw na wyłączenie wyłącznika od 
strony niniejszej mocy zwarciowej, a następnie - po 
dodatkowej zwłoce czasowej - na wyłączenie drugiego 
wyłącznika.

Zabezpieczenia odległościowe

„

Transformatory energetyczne o mocy większej niż
80MVA są chronione od przetężeń wywołanych 
zwarciami zewnętrznymi przez zabezpieczenia 
odległościowe. 

„

Dla transformatorów (autotransformatorów) o 
napięciu górnym 220kV i wyższym stosowane są
dwukierunkowe zabezpieczenia odległościowe. 

„

Zabezpieczenia te instaluje się po obu stronach 
transformatora.

Zabezpieczenia odległościowe

„

Transformatory energetyczne o mocy większej niż
80MVA są chronione od przetężeń wywołanych 
zwarciami zewnętrznymi przez zabezpieczenia 
odległościowe. 

„

Dla transformatorów (autotransformatorów) o 
napięciu górnym 220kV i wyższym stosowane są
dwukierunkowe zabezpieczenia odległościowe. 

„

Zabezpieczenia te instaluje się po obu stronach 
transformatora.

Zabezpieczenia odległościowe

„

Kierunek podstawowy zabezpieczenia określa 

przepływ prądu zwarcia od szyn zbiorczych do 

transformatora. 

„

W tym kierunku przekaźniki mają trójstopniową

charakterystykę robocza.

„

Pierwsza

strefa stanowi szybką rezerwę zabezpieczeń

transformatora od zwarć wewnętrznych. 

„

Druga

strefa chroni transformator, szyny zbiorcze oraz 

niewielki fragment długości linii przyłączonych do szyn 

zbiorczych zasilanych przez ten transformator. 

„

Trzecia

strefa stanowi rezerwę zwłoczną

zabezpieczeń zainstalowanych w polach 

odpływowych.

Zabezpieczenia odległościowe

t

3

= t

2Lmax

+ Δt

Z

3

= 1,5 Z

r

Trzecia

t

2

= t

1Lmax

+ Δt

Z

2

= 1,25 Z

Tr

Druga

t

1

= 0,1 s

Z

1

= 0,7 Z

Tr

Pierwsza

Czas działania

Zasięg działania

Strefa

Z

1

, Z

2

, Z

3

- impedancja określająca zasięg kolejnych stref, 

Z

Tr

- impedancja zabezpieczanego transformatora,

t

1

, t

2

, t

3

- czas opóźnienia działania na obustronne (trójstronne) wyłączenie 

transformatora przez zabezpieczenie odległościowe przy zwarciu w zasięgu 
danej strefy, 
t

1Lmax

, t

2Lmax

- największa zwłoka czasowa pierwszej i drugiej strefy działania 

zabezpieczeń odległościowych linii przyłączo-nych do szyn zbiorczych

Zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń
wewnętrznych

„

Uszkodzenie transformatora wiąże się nie tylko z 
poważnymi stratami materialnymi, ale również jest 
bardzo uciążliwe pod względem eksploatacyjnym. 

„

Wymaga zaangażowania wykwalifikowanych 
pracowników i specjalistycznego sprzętu, zarówno 
do demontażu, jak i transportu uszkodzonego oraz 
nowego transformatora. 

„

Często związane jest również z dotkliwymi 
przerwami w dostawie energii elektrycznej dla 
odbiorców.

Zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń
wewnętrznych

„

Zwarcia wewnątrz kadzi transformatora są

szczególnie 

niebezpieczne, gdyż charakteryzują się przepływem dużych 

prądów, którym często towarzyszy łuk elektryczny. 

„

Prądy te wytwarzają bardzo duże siły dynamiczne, a łuk 

elektryczny powoduje burzliwe odgazowanie oleju. 

„

Duża objętość oleju stwarza zagrożenie dla środowiska, a także 

niebezpieczeństwo pożaru podczas wyrzucenia oleju poprzez 

przerwaną membranę w rurze przeciwwybuchowej, a w 

szczególności przy pęknięciu metalowej kadzi transformatora. 

„

Takie uszkodzenia zagrażają bezpieczeństwu ludzi i urządzeń

znajdujących się

w pobliżu transformatora, dlatego 

zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń wewnętrznych muszą

działać z bardzo krótkim czasem (praktycznie bezzwłocznie).

Zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń
wewnętrznych

„

Zwarcia wewnątrz kadzi transformatora (zwojowe, doziemne, 

międzyuzwojeniowe, między fazowe) powstają w wyniku 

uszkodzenia izolacji uzwojeń pod wpływem przepięć, działania 

dynamicznego prądu, przeciążeń cieplnych lub niszczącego 

działania kwasów organicznych powstałych z rozkładu oleju w 

czasie procesu jego starzenia się. 

„

Poza tymi zwarciami równie groźne są dla transformatora 

zwarcia występujące na wyprowadzeniach; z reguły na 

izolatorach przepustowych. 

„

Przyczyną tych zwarć może być istnienie niewykrytych pęknięć

jako wad wyrobu lub powstałych w czasie montażu lub naprawy, 

wnikanie wilgoci do wnętrza izolatorów, obniżenie poziomu oleju 

w transformatorze, zanieczyszczenie powierzchni izolatorów (np. 

pyłem węglowym, oparami siarki) oraz zmniejszenie wymaganej 

przerwy izolacyjnej między fazami lub fazą i ziemią przez ptaki i 

drobne ssaki (szczury, koty).

Zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń
wewnętrznych

„

Do wykrywania uszkodzeń zwarć
wewnętrznych oraz zwarć na 
wyprowadzeniach transformatora stosowane 
są następujące zabezpieczenia:

‰

zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne,

‰

zabezpieczenie różnicowo-prądowe,

‰

zabezpieczenie gazowo-przepływowe.

Zabezpieczenia od zwarć i uszkodzeń
wewnętrznych

„

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne, jako 

tańsze i prostsze, stosowane jest dla transformatorów 

mniejszej mocy, natomiast różnicowo-prądowe dla 

transformatorów o mocy 7,5 MVA i wyższej, 

pracujących pojedynczo oraz dla transformatorów o 

mocy 2 MVA i wyższej, pracujących równolegle przy 

łącznej ich mocy 10 MVA i wyższej.

„

Z uwagi na stwierdzone wypadki blokowania się

zabezpieczeń różnicowo-prądowych podczas 

niektórych rodzajów zwarć - także transformatory o 

mocy większej od 7,5 MVA są dodatkowo wyposażone 

w zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne.

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne 

„

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne zasilane 

jest z przekładników prądowych zainstalowanych w 

polu transformatora od strony zasilania. 

„

Bezzwłoczne wybiórcze działanie zabezpieczenia 

możliwe jest ze względu na dużą różnicę między 

prądami mierzonymi po stronie zasilania 

transformatora w przypadku zwarcia przed i za 

transformatorem. 

„

Występująca różnica prądów pozwala dobrać prąd 

rozruchowy zabezpieczenia tak, aby nie działało 

przy zwarciach za transformatorem.

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

„

Prąd rozruchowy:

„

I

r

- prąd rozruchowy nastawiany na zabezpieczeniu nadprądowym

bezzwłocznym,

„

k

s

- współczynnik schematu wynikający z układu połączeń przekładników 

prądowych (dla układu pełnej i niepełnej gwiazdy równy 1),

„

k

b

- współczynnik bezpieczeństwa ( 1,3 - 1,6 ),

„

I

zmax

- największa spodziewana wartość prądu zwarcia na szynach zbiorczych 

po dolnej stronie transformatora, przeliczona na stronę górnego napięcia,

„

n

i

- przekładnia przekładników prądowych zasilających zabezpieczenie 

nadprądowe bezzwłoczne.

i

z

s

b

r

n

I

k

k

I

max

≥

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

Przy wyborze prądu rozruchowego zabezpieczenia, oprócz odstrojenia się

od prądów zwarcia za transformatorem, trzeba uwzględnić wpływ 

udarowego prądu magnesującego, który występuje przy załączaniu 

transformatora na bieg jałowy.

„

I

r

- prąd rozruchowy nastawiany na zabezpieczeniu nadprądowym

bezzwłocznym,

„

k

b

- współczynnik bezpieczeństwa zależny od spodziewanej krotności udaru 

prądu magnesującego oraz od czasu własnego przekaźnika (2 

÷

4),

„

I

NTr

- prąd znamionowy zabezpieczanego transformatora,

„

n

i

- przekładnia przekładników prądowych.

i

NTr

b

r

n

I

k

I

≥

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

„

Wybiorczość działania zabezpieczenia nadprądowego

bezzwłocznego zostanie zapewniona, jeśli wartość

prądu rozruchowego przekaźnika będzie większa od 

wartości obliczonych przedstawionymi wcześniej 

wzorami.

„

Przepisy zalecają stosowanie zabezpieczenia 

nadprądowego bezzwłocznego dla transformatorów 

zasilanych jednostronnie i nie zaopatrzonych w 

zabezpieczenie różnicowe, jeśli zwloką czasowa 

opóźniająca działanie zabezpieczenia nadprądowego

zwłocznego jest dłuższa od 0,7 s.

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

„

Z zasady działania zabezpieczenia nadprądowego

bezzwłocznego wynika, że nie może ono objąć swym 

zasięgiem całości uzwojeń zabezpieczanego 

transformatora, jak również wyprowadzeń od strony 

odbiorczej transformatora. 

„

Działa ono przy zwarciach na przewodach łączących 

transformator z przekładnikami prądowymi, do których 

podłączony jest przekaźnik i na wyprowadzeniach 

uzwojenia pierwotnego oraz przy zwarciach wewnątrz 

transformatora w strefie obejmującej około 70 % jego 

uzwojenia

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Zasadniczą częścią zabezpieczenia różnicowo-prądowego są

obwody wtórne łączące w tak zwany układ różnicowy, uzwojenia 

przekladników prądowych zainstalowanych po obu stronach 

transformatora. 

„

W układzie tym czuły przekaźnik nadprądowy pracujący w gałęzi 

różnicowej kontroluje różnicę prądów. 

„

Dzięki temu przez przekaźnik teoretycznie nie płynie żaden prąd 

przy jednostronnym przepływie energii przez transformator, to 

znaczy w warunkach pracy normalnej i przy zwarciach poza 

strefą chronioną . 

„

Strefa ta obejmuje urządzenia i łączące je przewody zawarte 

między przekładnikami prądowymi strony górnego, średniego i 

dolnego napięcia transformatora.

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

W „strefie chronionej” zabezpieczenia różnicowego 
transformatora znajdują się następujące urządzenia:

‰

transformator,

‰

odgromniki strony GN, ŚN, i DN transformatora,

‰

iskierniki, przekładniki napięciowe,

‰

most szynowy lub kablowy,

‰

izolatory przepustowe i wsporcze,

‰

odłączniki transformatorowe.

„

Uszkodzenie tych urządzeń powoduje działanie 
zabezpieczenia.

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Pomimo prostoty idei działania zabezpieczenia różnicowego, 

jego wykonanie z zachowaniem wymaganej dużej czułości i 

szybkości działania stanowi swego rodzaju problem 

techniczny. 

„

Trudności w realizacji tego zabezpieczenia są spowodowane:

‰

występowaniem udarów prądu magnesującego przy załączeniu 

transformatora na bieg jałowy, na które zabezpieczenie nie 

powinno reagować;

‰

niemożliwością ścisłego dopasowania przekładni przekładników 

prądowych transformatora do przekładni transformatora;

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Trudności w realizacji tego zabezpieczenia są spowodowane:

‰

uchybem (niedokładnością) przekładników prądowych, 

znacznie obciążonych po stronie wtórnej lub posiadających 

małą liczbę przetężeniową, które transformując duże 

wartości prądów zwarcia nie zachowują znamionowej 

przekładni;

‰

przesunięciem fazowym prądów strony wtórnej względem strony 

pierwot-nej transformatora, w przypadku zabezpieczenia 

transformatorów o gru-pach połączeń skręcających;

‰

występowaniem różnej przekładni transformatora podczas 

regulacji napięcia w stanie beznapięciowym lub pod 

obciążeniem.

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Prawidłową pracę zabezpieczenia 

różnicowego niewrażliwego na udary prądu 

magnesującego, można zapewnić jedną z 

następujących metod realizowanych przez:

‰

zastosowanie zwłoki czasowej rzędu 0,5 - 0,6 s,

‰

zastosowanie mało czułego nastawienia 

zabezpieczenia różnicowego (wartość prądu 

rozruchowego rzędu 2 - 3 I

n

),

‰

zastosowanie blokowania działania 

zabezpieczenia drugą harmoniczną występującą

w prądzie magnesującym

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Wartość udarowego prądu zwarciowego zależy od 

własności magnetycznych blach transformatorowych 

użytych do wyrobu rdzeni transformatorów, od mocy 

znamionowej transformatora i od odległości 

uzwojenia magnesującego od rdzenia.

„

W pierwszym momencie załączenia transformatora 

udar prądu magnesującego może się wahać od 2,5 

do 10 krotności prądu znamionowego 

transformatora, jednakże szybko zanika do wartości 

ustalonego prądu biegu jałowego, która wynosi 

zaledwie od 2 do 5% znamionowego prądu 

transformatora.

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Wartość udarowego prądu zwarciowego zależy od 

własności magnetycznych blach transformatorowych 

użytych do wyrobu rdzeni transformatorów, od mocy 

znamionowej transformatora i od odległości 

uzwojenia magnesującego od rdzenia.

„

W pierwszym momencie załączenia transformatora 

udar prądu magnesującego może się wahać od 2,5 

do 10 krotności prądu znamionowego 

transformatora, jednakże szybko zanika do wartości 

ustalonego prądu biegu jałowego, która wynosi 

zaledwie od 2 do 5% znamionowego prądu 

transformatora.

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

Najczęściej prąd rozruchowy zabezpieczenia różnicowo 

prądowego dobiera się spełniając ogólny warunek 

‰

I

r

- pierwotny prąd rozruchowy zabezpieczenia,

‰

I

NTr

- znamionowy prąd zabezpieczanego transformatora.

NTr

r

I

I

5

,

0

≤

Zabezpieczenie różnicowoprądowe

„

Zadziałanie zabezpieczenia różnicowoprądowego powoduje 

wyłączenie wszystkich wyłączników łączących transformator z 

siecią zasilającą i odbiorczą. 

„

Każdy przekaźnik różnicowy wyposażony jest w wewnętrzną

sygnalizację zadziałania. 

„

Niezależnie, prawie zawsze, instalowany jest dodatkowy 

zewnętrzny, klapkowy przekaźnik sygnałowy potwierdzający 

zadziałanie zabezpieczenia.

„

Po wyłączeniu transformatora przez zabezpieczenie różnicowe 

nie wolno

ponownie załączać go pod napięcie, bez wyjaśnienia i 

usunięcia przyczyny wyłączenia lub wykonania pomiarów 

stwierdzających sprawność transformatora i układu 

zabezpieczeń.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

Przekaźnik gazowo-przepływowy, zwany często 

przekaźnikiem Buchholza, działa na zasadzie 

ciśnieniowej.

„

Wewnątrz przekaźnika umieszczone są dwa pływaki 

wykonane w formie puszek z metalu lub plastyku. 

„

Zamocowane są na różnej wysokości w sposób 

wahliwy, tak iż możliwy jest niezależny ruch 

każdego z pływaków do góry i na dół.

„

Każdy z pływaków zaopatrzony jest w styk rtęciowy 

(przekaźniki krajowe) lub współpracujący z 

kontaktronem magnes (przekaźniki produkcji 

niemieckiej), który jest do niego na stałe 

przymocowany i razem z nim się porusza.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

W czasie normalnej pracy, kiedy wnętrze 

przekaźnika wypełnione jest olejem 

transformatorowym obydwa pływaki są unoszone i 

znajdują się w górnej pozycji. 

‰

Oba styki robocze przekaźnika są wtedy otwarte.

„

Jeżeli z pewnych określonych przyczyn ( np.: 

znaczne obniżenie temperatury otoczenia, wyciek 

oleju z kadzi transformatora lub zebranie się gazu 

pochodzącego z chemicznego rozkładu oleju czy 

izolacji ) poziom oleju znacznie się obniży, 

pływak 

górny zacznie opadać

powodując w pewnym 

momencie zamknięcie swego styku i tym samym 

uruchomienie 

sygnalizacji ostrzegawczej

.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

W razie dalszego obniżenia się poziomu oleju w 

transformatorze 

opada także dolny pływak

zamykając równocześnie swój styk, co wykorzystuje 

się do 

natychmiastowego wyłączenia 

transformatora spod napięcia

. 

„

Dolny pływak przekaźnika gazowo - przepływowego 

ponadto wyposażony jest w płytkę podmuchową. 

‰

Jest ona tak sprzężona z dolnym pływakiem, że 

niezależnie od jego położenia oddziaływuje na styk 

rtęciowy (kontaktowy ). 

‰

Wychylenie płytki podmuchowej, powodujące jednocześnie 

zamknięcie styku, występuje przy gwałtownym przepływie 

oleju z kadzi transformatora do konserwatora lub 

intensywnym wydzielaniu się gazów.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

Przekaźnik gazowo - przepływowy wmontowany jest w rurze 

łączącej kadź transformatora z konserwatorem (strzałką na 

obudowie w kierunku konserwatora). 

„

Sposób umieszczenia, jak również specjalne nachylenie kadzi 

transformatora (2° względem poziomu) umożliwia gromadzenie 

się w przekaźniku gazów, których wydzielanie towarzyszy 

zazwyczaj uszkodzeniom wewnętrznym transformatora. 

„

Ilość i rodzaj gazu nagromadzonego w przekaźniku jest dla 

obsługi bardzo ważna, gdyż

niejednokrotnie pozwala 

zorientować się co do rodzaju i rozmiaru uszkodzenia

. 

„

Przekaźnik w tym celu posiada umieszczone w bocznych 

ścianach specjalne szklane okienka, wyskalowane w cm

3

, które 

pozwalają na ustalenie ilości gazu i jego barwy.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

Gaz bezbarwny, bezwonny i niepalny świadczy o zawartości 

powietrza w oleju transformatorowym.

„

Gaz mleczno-biały o ostrej woni, niepalny powstaje przy 

uszkodzeniu części papierowych.

„

Gaz żółty, trudnozapalny pozostaje przy uszkodzeniu części 

konstrukcyjnych z drzewa.

„

Gaz łatwopalny połączony z czarnymi lub szarymi osadami 

pochodzi z rozkładu chemicznego oleju na skutek łuku 

elektrycznego.

„

Niekiedy również w wyniku uszkodzenia izolacji wydziela się gaz 

bezbarwny i niepalny. Przy ponownym gromadzeniu się gazu, 

należy przypuszczać, że spowodowane jest to właśnie 

uszkodzeniem izolacji.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

Stopień

palności gazów nagromadzonych w 

przekaźniku gazowo -

przepływowym wolno 

sprawdzać tylko na wyraźne polecenie dyspozytora. 

„

Czynność tę przeprowadzać należy z zachowaniem 
środków ostrożności. 

„

Niewolno przykładać zapalonej zapałki do otwartego 
kranika przekaźnika. 

„

Gaz należy pobrać do specjalnego analizatora i 
dopiero wtedy zapalić w pewnej odległości od 
transformatora.

Zabezpieczenie gazowo-przepływowe kadzi

„

Sposób postępowania w przypadku 
zadziałania pierwszego lub drugiego, 
względnie obydwóch stopni zabezpieczenia 
gazowo-przepływowego kadzi transformatora 
określa „instrukcja eksploatacji 
transformatorów”.