Ein klassischer Spannungswandler (VT) ist ein Gerät, das einen Wert in einen anderen umwandelt. Der Vorgang geht mit einem teilweisen Leistungsverlust einher, ist jedoch in Situationen gerechtfertigt, in denen die Parameter des Eingangssignals geändert werden müssen. Die Konstruktion eines solchen Transformators sieht Wicklungselemente vor, mit deren korrekter Berechnung die erforderliche Ausgangsspannung erhalten werden kann.
Zweck und Wirkprinzip
Der Hauptzweck von Spannungswandlern besteht darin, das Eingangssignal auf den Pegel umzuwandeln, der durch die Aufgaben des Benutzers festgelegt wird - wenn das Arbeitspotential verringert oder erhöht werden muss. Dies kann durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion erreicht werden, das von den Wissenschaftlern Faraday und Maxwell als Gesetz formuliert wurde. Ihm zufolge wird in jeder Schleife, die sich in der Nähe einer anderen Spule desselben Drahtes befindet, EMF mit Strom induziert, der proportional zum Fluss der magnetischen Induktion ist, der sie durchdringt. Die Größe dieser Induktion in der Sekundärwicklung des Transformators (bestehend aus vielen solchen Windungen) hängt von der Stromstärke im Primärkreis und von der Anzahl der Windungen in der einen und der anderen Spule ab.
Der Strom in der Sekundärwicklung des Transformators und die Spannung an der daran angeschlossenen Last werden nur durch das Verhältnis der Windungszahl in beiden Spulen bestimmt. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion ermöglicht es Ihnen, die Parameter des Geräts, das Strom von Eingang zu Ausgang überträgt, mit dem gewünschten Verhältnis von Strom und Spannung korrekt zu berechnen.
Was ist der Unterschied zwischen einem Stromwandler und einem Spannungswandler?
Der Hauptunterschied zwischen Stromwandlern (CTs) und Spannungswandlern besteht in ihrem unterschiedlichen Funktionszweck. Ersteres wird nur in Messkreisen verwendet, um den Pegel des gesteuerten Parameters auf einen akzeptablen Wert zu reduzieren. Die zweiten werden in Wechselstromleitungen installiert und geben den Spannungsausgang an, der für den Betrieb der angeschlossenen Haushaltsgeräte verwendet wird.
Ihre Unterschiede im Design sind wie folgt:
- Als Primärwicklung in Stromwandlern wird ein Stromversorgungsbus verwendet, an dem er montiert ist.
- Sekundärwicklungsparameter sind für den Anschluss an ein Messgerät (z. B. Stromzähler im Haus) vorgesehen;
- Im Vergleich zu VT ist der Stromwandler kompakter und verfügt über einen vereinfachten Schaltkreis.
Strom- und Spannungswandler erfüllen verschiedene Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit der umgerechneten Werte. Wenn diese Anzeige für ein Messgerät sehr wichtig ist, ist sie für einen Spannungswandler von untergeordneter Bedeutung.
Klassifizierung des Spannungswandlers
Gemäß der allgemein anerkannten Klassifizierung werden diese Geräte entsprechend ihrem Zweck in die folgenden Haupttypen unterteilt:
- Leistungstransformatoren mit und ohne Erdung;
- Messgeräte;
- Spartransformatoren;
- spezielle passende Geräte;
- Isolations- und Spitzentransformatoren.
Die erste dieser Sorten wird verwendet, um dem Verbraucher eine unterbrechungsfreie Leistung in einer für ihn akzeptablen Form (mit der gewünschten Amplitude) zu liefern. Das Wesentliche ihrer Aktion besteht darin, eine Potentialebene in eine andere umzuwandeln, um sie anschließend auf die Last zu übertragen.Beispielsweise können dreiphasige Geräte, die in einem Umspannwerk installiert sind, hohe Spannungen von 6,3 und 10 kV auf einen Haushaltswert von 0,4 kV reduzieren.
Spartransformatoren sind die einfachsten induktiven Strukturen mit einer Wicklung mit Zweigen zum Einstellen der Größe der Ausgangsspannung. Passende Produkte werden in Niedrigstromkreisen installiert und ermöglichen eine Leistungsübertragung von einer Stufe zur anderen mit minimalen Verlusten (bei maximaler Effizienz). Mit den sogenannten "Isolationstransformatoren" ist es möglich, die elektrische Isolation von Schaltkreisen mit hoher und niedriger Spannung zu organisieren. Dies garantiert den Schutz des Eigentümers des Hauses oder der Hütte vor einem Stromschlag mit hohem Potenzial. Darüber hinaus können Sie mit dieser Art von Konvertern:
- Strom von der Quelle in der richtigen und sicheren Form an den Verbraucher übertragen;
- Schutz der Lastkreise mit darin enthaltenen empfindlichen Geräten vor elektromagnetischen Störungen;
- verhindern, dass die Gleichstromkomponente in die Arbeitskreise gelangt.
Spitzentransformatoren sind eine andere Form der elektrischen Energieumwandlungsvorrichtung. Sie dienen dazu, die Polarität der Impulssignale zu bestimmen und mit den Ausgangsparametern abzugleichen. Dieser Wandlertyp ist in den Signalstromkreisen von Computersystemen und Funkkanälen installiert.
Messung von Spannungs- und Stromwandlern
Spezielle Messwandler sind ein spezieller Wandlertyp, mit dem Steuergeräte in Stromkreise eingebaut werden können. Ihr Hauptzweck ist die Umwandlung von Strom oder Spannung in einen Wert, der zur Messung von Netzwerkparametern geeignet ist. Die Notwendigkeit hierfür ergibt sich in folgenden Situationen:
- beim Ablesen mit Stromzählern;
- im Falle der Installation von Spannungs- und Stromschutzrelais in den Stromversorgungskreisen;
- wenn sich andere Automatisierungsgeräte darin befinden.
Messinstrumente werden nach Design, Art der Installation, Transformationsverhältnis und Anzahl der Schritte klassifiziert. Nach dem ersten Zeichen sind sie eingebaut, begehbar und tragbar und befinden sich am Ort der Platzierung - extern oder für den Einbau in geschlossene Schaltanlagen. Entsprechend der Anzahl der Umwandlungsschritte werden sie in einstufig und kaskadiert und durch den Transformationskoeffizienten in Produkte mit einem oder mehreren Werten unterteilt.
Merkmale des VT-Betriebs in Netzwerken mit isoliertem und geerdetem Nullpunkt
Hochspannungsnetze haben zwei Versionen: mit einem isolierten Nullbus oder mit einem kompensierten und geerdeten Neutralleiter. Der erste Modus zum Verbinden des Nullpunkts ermöglicht es Ihnen, das Netzwerk nicht mit einphasigen (OZ) oder Lichtbogenfehlern (DZ) zu trennen. PUEs ermöglichen den Betrieb von Leitungen mit isoliertem Neutralleiter für bis zu acht Stunden mit einem einphasigen Stromkreis, jedoch mit der Maßgabe, dass derzeit daran gearbeitet wird, die Fehlfunktion zu beseitigen.
Eine Beschädigung elektrischer Geräte ist aufgrund eines Anstiegs der Phasenspannung auf linear und des anschließenden Auftretens eines Lichtbogens variabler Natur möglich. Unabhängig von Ursache und Betriebsart ist dies die gefährlichste Fehlerart mit einem hohen Überspannungskoeffizienten. In diesem Fall besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Ferroresonanz im Netzwerk.
Die Ferroresonanzschaltung in Stromnetzen mit isoliertem Neutralleiter ist eine Nullsequenzkette mit nichtlinearer Magnetisierung. Dreiphasige nicht geerdete Spannungswandler sind im Wesentlichen drei einphasige Transformatoren, die nach dem Stern-Stern-Schema verbunden sind. Bei Überspannungen in den Zonen, in denen es installiert ist, erhöht sich die Induktion in seinem Kern um das 1,73-fache, was zu Ferroresonanz führt.
Zum Schutz vor diesem Phänomen wurden spezielle Methoden entwickelt:
- Herstellung von VT und CT mit geringer intrinsischer Induktion;
- Einbeziehung zusätzlicher Dämpfungselemente in ihren Kreislauf;
- Herstellung von 3-Phasen-Transformatoren mit einem einzigen Magnetsystem in einer 5-Stab-Version;
- neutrale Erdung durch eine Strombegrenzungsdrossel;
- die Verwendung von Ausgleichswicklungen usw.;
- Anwendung von Relaisschaltungen zum Schutz der VT-Wicklungen vor Überströmen.
Diese Maßnahmen schützen Mess-Spannungswandler, lösen jedoch das Sicherheitsproblem nicht vollständig. Erdungsgeräte, die in Netzwerken mit einem isolierten neutralen Bus installiert sind, können dabei helfen.
Die Art des Betriebs von Niederspannungstransformatoren im geerdeten neutralen Modus ist durch eine erhöhte Sicherheit und eine signifikante Verringerung der Ferroresonanzphänomene gekennzeichnet. Darüber hinaus erhöht ihre Verwendung die Empfindlichkeit und Selektivität des Schutzes in einer Einphasenschaltung. Ein solcher Anstieg wird dadurch möglich, dass die induktive Wicklung des Transformators im Massekreis enthalten ist und kurzzeitig den Strom durch die darin installierte Schutzeinrichtung erhöht.
Der PUE liefert eine Begründung für die Zulässigkeit einer kurzfristigen neutralen Erdung mit einer kleinen Induktivität der VT-Wicklung. Zu diesem Zweck verwendet das Netzwerk eine Automatisierung, die durch das Auftreten einer OZ nach 0,5 Sekunden den Transformator kurz mit den Sammelschienen verbindet. Aufgrund der Wirkung eines nicht geerdeten Neutralleiters während eines einphasigen Erdschlusses beginnt im Schutzkreis ein durch die Induktivität des Spannungswandlers begrenzter Strom zu fließen. Gleichzeitig reicht sein Wert aus, damit die Schutzausrüstung von der OZ aus arbeitet und Bedingungen für das Löschen einer gefährlichen Lichtbogenentladung schafft.
