Klasický transformátor napětí (VT) je zařízení, které převádí jednu hodnotu na druhou. Proces je doprovázen částečnou ztrátou energie, ale je odůvodněný v situacích, kdy je nutné změnit parametry vstupního signálu. Konstrukce takového transformátoru umožňuje navíjecí prvky, se správným výpočtem je možné získat požadované výstupní napětí.
Účel a princip jednání
Hlavním účelem napěťových transformátorů je převést vstupní signál na úroveň specifikovanou úkoly, kterým čelí uživatel - když je třeba snížit nebo zvýšit pracovní potenciál. Toho lze dosáhnout pomocí principu elektromagnetické indukce, který vědci Faraday a Maxwell formulovali jako zákon. Podle něj je v jakékoli smyčce umístěné blízko jiné cívky stejného drátu indukován EMF proudem, úměrný toku magnetické indukce, který do nich proniká. Velikost této indukce v sekundárním vinutí transformátoru (sestávajícího z mnoha takových závitů) závisí na síle proudu v primárním obvodu a na počtu závitů v jedné a druhé cívce.
Proud v sekundárním vinutí transformátoru a napětí při zátěži připojené k němu jsou určeny pouze poměrem počtu závitů v obou cívkách. Zákon elektromagnetické indukce vám umožňuje správně vypočítat parametry zařízení, které přenáší energii ze vstupu na výstup s požadovaným poměrem proudu a napětí.
Jaký je rozdíl mezi proudovým transformátorem a napěťovým transformátorem?
Hlavní rozdíl mezi proudovými transformátory (CT) a převodníky napětí je jejich odlišný funkční účel. První se používají pouze v měřicích obvodech, což umožňuje snížit úroveň regulovaného parametru na přijatelnou hodnotu. Druhé jsou instalovány v elektrickém vedení střídavého proudu a vydávají výstup napětí použitý pro provoz připojeného domácího zařízení.
Rozdíly v designu jsou následující:
- jako primární vinutí v proudových transformátorech se používá sběrnice napájení, na které je namontována;
- parametry sekundárního vinutí jsou určeny pro připojení k měřicímu zařízení (například elektroměr v domě);
- Ve srovnání s VT je proudový transformátor kompaktnější a má zjednodušený spínací obvod.
Transformátory proudu a napětí splňují různé požadavky z hlediska přesnosti převedených hodnot. Pokud je tento indikátor velmi důležitý pro měřicí zařízení, pak pro transformátor napětí má sekundární význam.
Klasifikace transformátoru napětí
Podle obecně přijímané klasifikace jsou tato zařízení podle účelu rozdělena do následujících hlavních typů:
- výkonové transformátory s uzemněním a bez něj;
- měřicí zařízení;
- autotransformátory;
- speciální přizpůsobovací zařízení;
- izolační a špičkové transformátory.
První z těchto odrůd se používá k dodávání nepřerušené energie spotřebiteli v přijatelné formě pro něj (s požadovanou amplitudou). Podstatou jejich činnosti je převést jednu úroveň potenciálu na druhou s cílem následného převodu na zátěž.Například třífázová zařízení instalovaná v transformátorové stanici mohou snížit vysoké napětí z 6,3 a 10 kV na hodnotu pro domácnost 0,4 kV.
Autotransformátory jsou nejjednodušší indukční struktury, které mají jedno vinutí s větvemi pro úpravu velikosti výstupního napětí. Odpovídající produkty jsou instalovány v obvodech s nízkým proudem a zajišťují přenos energie z jedné fáze do druhé s minimálními ztrátami (s maximální účinností). Pomocí tzv. "Izolačních" transformátorů je možné uspořádat elektrickou izolaci obvodů s vysokým a nízkým napětím. To zaručuje ochranu majitele domu nebo chaty před úrazem elektrickým proudem s vysokým potenciálem. Kromě toho tento druh převodníků umožňuje:
- převádět elektřinu ze zdroje na spotřebitele ve správné a bezpečné formě;
- chránit obvody zátěže citlivými zařízeními, která jsou v nich obsažena, před elektromagnetickým rušením;
- zabraňte vstupu stejnosměrného proudu do pracovních obvodů.
Špičkové transformátory jsou další formou zařízení pro přeměnu elektrické energie. Slouží k určení polarity pulzních signálů a jejich přiřazení k výstupním parametrům. Tento typ převodníků je instalován v signálních obvodech počítačových systémů a rádiových kanálů.
Měřicí transformátory napětí a proudu
Speciální měřící transformátory jsou speciální typ převodníků, které umožňují začlenění regulačních zařízení do výkonových obvodů. Jejich hlavním účelem je převod proudu nebo napětí na hodnotu vhodnou pro měření síťových parametrů. Potřeba toho vyvstává v následujících situacích:
- při odečtu na elektroměrech;
- v případě instalace relé pro ochranu napětí a proudu v obvodech napájení;
- pokud v něm jsou jiná automatizační zařízení.
Měřicí přístroje jsou klasifikovány podle konstrukce, typu instalace, transformačního poměru a počtu kroků. Podle prvního označení jsou vestavěné, průchozí a podpůrné a v místě umístění - vnější nebo určené k instalaci v uzavřených rozváděčových skříních. Podle počtu konverzních kroků se dělí na jednostupňové a kaskádové a podle transformačního koeficientu na produkty mající jednu nebo více hodnot.
Vlastnosti provozu VT v sítích s izolovaným a uzemněným nulovým bodem
Vysokonapěťové elektrické sítě mají dvě verze: s izolovanou nulovou sběrnicí nebo s kompenzovaným a uzemněným neutrálem. První režim připojení nulového bodu umožňuje odpojit síť s jednofázovými (OZ) nebo obloukovými poruchami (DZ). PUE umožňují provozování vedení s izolovaným neutrálem po dobu až osmi hodin s jednofázovým obvodem, ale s podmínkou, že v této době se pracuje na odstranění poruchy.
Poškození elektrického zařízení je možné v důsledku zvýšení fázového napětí na lineární a následného výskytu oblouku proměnlivé povahy. Bez ohledu na příčinu a režim provozu je to nejnebezpečnější typ poruchy s vysokým přepěťovým koeficientem. V tomto případě existuje vysoká pravděpodobnost výskytu ferrorezonance v síti.
Ferroresonanční obvod v energetických sítích s izolovaným neutrálem je řetězec s nulovou sekvencí s nelineární magnetizací. Třífázové neuzemněné VT jsou v podstatě tři jednofázové transformátory připojené podle schématu hvězda-hvězda. Při přepětí v zónách, kde je instalován, se indukce v jeho jádru zvyšuje asi 1,73krát, což způsobuje ferorezonanci.
Pro ochranu proti tomuto jevu byly vyvinuty speciální metody:
- výroba VT a CT s nízkou vlastní indukcí;
- začlenění dalších tlumících prvků do jejich obvodu;
- výroba 3-fázových transformátorů s jedním magnetickým systémem v 5-tyčové verzi;
- neutrální uzemnění reaktorem omezujícím proud;
- použití kompenzačních vinutí atd .;
- aplikace reléových obvodů chránících VT vinutí před nadproudy.
Tato opatření chrání měřící VT, ale neřeší zcela bezpečnostní problém. Tomu může pomoci uzemňovací zařízení instalovaná v sítích s izolovanou neutrální sběrnicí.
Povaha činnosti nízkonapěťových transformátorů v uzemněných neutrálních režimech je charakterizována zvýšenou bezpečností a významným snížením ferorezonančních jevů. Jejich použití navíc zvyšuje citlivost a selektivitu ochrany v jednofázovém obvodu. Takové zvýšení je možné díky skutečnosti, že indukční vinutí transformátoru je připojeno k uzemňovacímu obvodu a krátce zvyšuje proud přes ochranné zařízení v něm nainstalované.
PUE poskytuje zdůvodnění přípustnosti krátkodobého neutrálního uzemnění s malou indukčností vinutí VT. K tomu používá síť automatizaci, která silovými kontakty, když dojde k OZ po 0,5 sekundách, krátce připojí transformátor k přípojnicím. V důsledku účinku uzemněného neutrálu během jednofázové zemní poruchy začíná proudem omezeným indukčností VT proudit v ochranném obvodu. Současně jeho hodnota je dostatečná pro to, aby ochranné zařízení pracovalo z OZ a vytvořilo podmínky pro hašení nebezpečného výboje.
