A villamosenergia-rendszer kulcsfontosságú berendezéseként a transzformátor működési megbízhatósága közvetlenül összefügg az elektromos hálózat biztonságával és stabilitásával. A transzformátor azonban különféle hibakockázatokkal szembesülhet, mint például a belső rövidzárlat, a túlterhelés, a villámcsapás és a szigetelés elöregedése a hosszú távú-működés során. A hibák időben történő feltárása és elhárítása, valamint a berendezések és a személyi biztonság garantálása érdekében a transzformátort teljes védelmi rendszerrel kell felszerelni. A rendszer több védelmi berendezésből áll, amelyek különböző szögekből figyelik a transzformátor működési állapotát. Ha rendellenességet észlel, az riasztást indít el, vagy automatikusan megszakítja az áramellátást. A transzformátor védőberendezések általában két kategóriába sorolhatók: az egyik a közvetlenül a transzformátortestre szerelt, nem{6}}elektromos mennyiségvédelmi berendezés, a másik pedig a kapcsolószekrénybe vagy vezérlőpultba szerelt elektromos mennyiségvédelmi berendezés.
A nem-elektromos mennyiségvédelem a transzformátorok legközvetlenebb és legmegbízhatóbb védelmi vonala. Meg tudja ítélni a hibát a transzformátoron belüli fizikai mennyiség változásának figyelésével. Az ilyen típusú védelem kritériuma nem áram vagy feszültség, hanem nem-elektromos mennyiség, például olajsebesség, hőmérséklet és nyomás, ezért ezt nem-elektromos mennyiségvédelemnek nevezik. Közülük a gázvédelem a legfontosabb nem-villamos védelem, amely a transzformátor belső hibáinak fő védelmeként ismert. A gázvédelem központi eleme a gázrelé, amelyet általában a transzformátortartály és az olajtartály közötti összekötő csőbe szerelnek be. Ha a transzformátorban enyhe hiba lép fel, a transzformátorolaj felmelegedés miatti bomlásából származó gáz felhalmozódik a relében, és a könnyű gázkontaktus vészjelzést ad; Súlyos hiba esetén nagy mennyiségű gáz és olaj áramlik nagy sebességgel az olajtartályba, és a nehéz gázkontaktus közvetlenül kioldja a megszakítót, és eltávolítja a transzformátort az elektromos hálózatról. A gázvédelem egyedülálló értéke abban rejlik, hogy képes korán felismerni az elektromos mennyiségvédelem által nehezen észlelhető hibákat, mint pl. a kisebb rövidzárlat vagy a vasmag helyi túlmelegedése, és ezek a hibák a primer oldali áram nagyon gyenge változását tükrözik, mielőtt komoly rövidzárlattá fejlődnének, így előfordulhat, hogy az elektromos mennyiségvédelmi eszközök, például a differenciálvédelem nem reagál időben. A kínai műszaki szabványok szerint 800 kVA vagy nagyobb névleges teljesítményű olajbemerülő transzformátorokhoz általában gázrelé szükséges.
A gázvédelem mellett a nyomásvédelem, a hőmérsékletvédelem és az olajszint elleni védelem is fontos eleme a nem-villamos védelmi rendszernek. A nyomásvédelem a nyomáscsökkentő szelepet vagy a nyomásrelét veszi működtető szerkezetnek. Súlyos hiba esetén a transzformátor belsejében az elektromos ív gyorsan elpárologtatja a transzformátorolajat, és az olajtartály belsejében a nyomás meredeken emelkedik. A nyomáscsökkentő szelep automatikusan kinyílik, ha a nyomás meghaladja a beállított értéket, hogy kiengedje a nagy-nyomású olaj-gázkeveréket, és megakadályozza az olajtartály szétrepedését; A nyomásrelé közvetlenül kioldja a kioldó jelet, ha nyomásütést érez. A hőmérsékletvédelmet a transzformátorra szerelt olajhőmérő és tekercshőmérő valósítja meg. Az olajszint-hőmérséklet közvetlenül mérhető, míg a tekercs hőmérsékletét általában közvetetten a perselyes áramváltó szekunder áramellátási hőmérőjének fűtési ellenállása adja. Ha az olaj hőmérséklete vagy a tekercs hőmérséklete meghaladja a megadott határértéket, a hőmérő csatlakoztatja az érintkezőt és riasztási jelet küld. Megjegyzendő, hogy a rendellenes hőmérsékletmérés miatti téves kioldás elkerülése érdekében általában előírják, hogy a hőmérsékletszabályozó érintkezője ne legyen közvetlenül a kioldóáramkörhöz kötve, hanem csak riasztásra szolgál. Az olajszint védelem feladata az olajtartályban a szigetelő olajszint változásának figyelése. Ha a transzformátor olajszintje túl alacsony olajszivárgás vagy olajszivárgás miatt, a rendszer riasztási jelzést küld, amely felszólítja az üzemeltető és karbantartó személyzetet, hogy időben pótolja vagy kezelje a szivárgási pontot. A nagy transzformátoroknál a hűtő teljes leállás elleni védelme is fontos nem-elektromos védelmi funkció -, amikor a hűtőrendszer teljesen leáll, a transzformátor hőmérséklete tovább emelkedik, a védőberendezés riasztást küld, és a transzformátor késleltetés után lekapcsol, hogy megelőzze a túlmelegedés miatti szigeteléskárosodást.
A testvédelemnek megfelelően a transzformátoron kívülre szerelt elektromos védőberendezések sorozata, amely védi a transzformátort az elektromos áramkörön. A nagyfeszültségű oldalon a levezető az első akadály, amely megakadályozza a villám túlfeszültséget és a kapcsolási túlfeszültséget. A villámhárítók párhuzamosan vannak csatlakoztatva a védett berendezés mindkét végén, és normál működés mellett nagy impedanciát biztosítanak. Villámhullám vagy üzemi túlfeszültség esetén gyorsan bekapcsolnak, hogy a túlfeszültség energiáját a földre engedjék, így a transzformátor szigetelésére adott feszültséget biztonságos tartományon belül korlátozzák. A villámhárítót a rendszer földelési módjának és feszültségosztályának megfelelően kell kiválasztani a névleges feszültség, kisülési áram és egyéb paraméterek meghatározásához. A biztosíték egy másik általános nagyfeszültségű oldalvédő elem. Ha a transzformátornak rövidzárlati hibája van, az olvadék gyorsan megolvad a hibaáram termikus hatása alatt, és megszakítja a hibaáramkört. A 10 kV-os áramelosztó rendszerben, amikor terheléskapcsolót alkalmaznak a nagyfeszültségű oldalkapcsolóhoz, általában a „biztosíték plusz terheléskapcsoló” kombinált védelmi módot alkalmazzák. Az olvadék névleges áramát általában úgy választják meg, hogy a transzformátor maximális üzemi áramát megszorozzák egy bizonyos tényezővel. Kisfeszültségű oldalon a légmegszakító és a szivárgásvédő vállalja az áramelosztási és túláramvédelmi feladatokat.
Közepes és nagy teljesítményű transzformátoroknál teljesebb relévédelmi rendszerre van szükség, amelyben a differenciálvédelem a leggyakrabban alkalmazott és legérzékenyebb fővédelem. A differenciálvédelem a Kirchhoff-féle áramtörvényen alapul, és a transzformátor primer és szekunder oldalán lévő áramváltó által mért áram nagyságának és fázisának összehasonlításával meg tudja ítélni, hogy van-e hiba a transzformátoron belül. Normál működés vagy külső hiba esetén a kétoldali áramok kiegyenlítik egymást, és a differenciáláramkörben szinte nincs áram; Amikor a transzformátorban fázisközi rövidzárlat vagy súlyos interturn-zárlat lép fel, az áram mindkét oldalon már nincs kiegyensúlyozva, és a differenciálrelé gyorsan eltávolítja a transzformátort. A gerjesztő bekapcsolási áram okozta differenciálvédelem hibás működésének megelőzése érdekében a modern mikroszámítógépes differenciálvédelmi eszköz általában a második harmonikus blokkolás elvét alkalmazza az azonosításhoz. A differenciálvédelem mellett az olyan tartalék védelmet, mint a túláramvédelem, a nulla sorrendű védelem, a túlterhelés elleni védelem és a túlfeszültség elleni védelem gyakran konfigurálják a transzformátor védelmi eszközében, hogy többszintű védelmi rendszert alkossanak. A modern transzformátorvédelmi eszközt mikroszámítógépbe integrált védelmi eszközzé fejlesztették, amely integrálja a védelmet, a felügyeletet, a vezérlést, a kommunikációt és egyéb funkciókat. Több tucat szabványos védelmi program van beépítve, amelyek a kommunikációs modulon keresztül az alállomás integrált automatizálási rendszerébe férhetnek hozzá a távfelügyelet és a felügyelet nélküli működés megvalósításához.
Az exportkereskedelemben a transzformátorvédő berendezéseknek is meg kell felelniük a célpiacon érvényes műszaki előírásoknak. A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság által kiadott IEC 60076-22-1 szabvány kifejezetten a teljesítménytranszformátorok és reaktorok védelmi eszközeire vonatkozó műszaki előírásokat határozza meg, amelyek lefedik a teljesítménykövetelményeket és a különböző nem elektromos védelmi elemek, például gázrelé, nyomáshatároló szelep, olajszintmérő és hőmérséklet-szabályozó teljesítménykövetelményeit és vizsgálati módszereit. Ezenkívül az IEC 60255 sorozat szabványai érvényesek a mérőrelékre és a védőberendezésekre. Az észak-amerikai piacra kerülő termékeknek meg kell felelniük az IEEE és az ANSI szabványrendszer vonatkozó előírásainak; Az EU piacra kerülő termékeknek meg kell felelniük a CE tanúsítás és az ökológiai tervezési irányelv követelményeinek. Ezen szabványok megértése és betartása az alapvető előfeltétele a transzformátorvédő berendezések zökkenőmentes exportjának, valamint a tengerentúli elektromos hálózatban a biztonságos és megbízható működésnek.
