Un trasformatore di tensione classico (VT) è un dispositivo che converte un valore in un altro. Il processo è accompagnato da una parziale perdita di potenza, ma è giustificato in situazioni in cui è necessario modificare i parametri del segnale di ingresso. La progettazione di un tale trasformatore prevede elementi di avvolgimento, con il corretto calcolo del quale è possibile ottenere la tensione di uscita richiesta.
Scopo e principio di azione
Lo scopo principale dei trasformatori di tensione è convertire il segnale di ingresso al livello fornito dai compiti che si presentano all'utente - quando il potenziale di lavoro deve essere ridotto o aumentato. Ciò può essere ottenuto attraverso il principio dell'induzione elettromagnetica, formulato come legge dagli scienziati Faraday e Maxwell. Secondo lui, in qualsiasi anello situato vicino a un'altra bobina dello stesso filo, EMF è indotto con corrente, proporzionale al flusso di induzione magnetica che le penetra. L'entità di questa induzione nell'avvolgimento secondario del trasformatore (costituito da molti di questi giri) dipende dalla forza corrente nel circuito primario e dal numero di giri in una e nell'altra bobina.
La corrente nell'avvolgimento secondario del trasformatore e la tensione al carico ad esso collegato sono determinate solo dal rapporto del numero di giri in entrambe le bobine. La legge dell'induzione elettromagnetica consente di calcolare correttamente i parametri del dispositivo che trasmette la potenza dall'ingresso all'uscita con il rapporto desiderato di corrente e tensione.
Qual è la differenza tra un trasformatore di corrente e un trasformatore di tensione
La principale differenza tra trasformatori di corrente (CT) e convertitori di tensione è il loro diverso scopo funzionale. I primi vengono utilizzati solo nei circuiti di misurazione, consentendo di ridurre il livello del parametro controllato a un valore accettabile. I secondi sono installati nelle linee elettriche CA e forniscono la tensione di uscita utilizzata per il funzionamento delle apparecchiature domestiche collegate.
Le loro differenze di design sono le seguenti:
- come avvolgimento primario nei trasformatori di corrente, viene utilizzato un bus di alimentazione sul quale è montato;
- i parametri di avvolgimento secondario sono progettati per il collegamento a un dispositivo di misurazione (contatore elettrico in casa, ad esempio);
- Rispetto a VT, il trasformatore di corrente è più compatto e ha un circuito di commutazione semplificato.
I trasformatori di corrente e tensione soddisfano vari requisiti in termini di accuratezza dei valori convertiti. Se questo indicatore è molto importante per un dispositivo di misurazione, allora per un trasformatore di tensione è di secondaria importanza.
Classificazione del trasformatore di tensione
Secondo la classificazione generalmente accettata, questi dispositivi in base al loro scopo sono suddivisi nei seguenti tipi principali:
- trasformatori di potenza con messa a terra e senza di essa;
- dispositivi di misurazione;
- autotrasformatori;
- dispositivi di abbinamento speciali;
- trasformatori di isolamento e di picco.
La prima di queste varietà viene utilizzata per fornire al consumatore energia ininterrotta in una forma accettabile per lui (con l'ampiezza desiderata). L'essenza della loro azione è quella di convertire un livello di potenziale in un altro con l'obiettivo di un successivo trasferimento al carico.I dispositivi trifase installati in una sottostazione del trasformatore, ad esempio, possono ridurre le alte tensioni da 6,3 e 10 kV a un valore domestico di 0,4 kV.
Gli autotrasformatori sono le strutture induttive più semplici con un avvolgimento con rami per regolare l'entità della tensione di uscita. I prodotti corrispondenti sono installati in circuiti a bassa corrente, fornendo il trasferimento di potenza da uno stadio all'altro con perdite minime (con la massima efficienza). Utilizzando i cosiddetti trasformatori di "isolamento", è possibile organizzare l'isolamento elettrico di circuiti ad alta e bassa tensione. Ciò garantisce la protezione del proprietario della casa o del cottage da scosse elettriche ad alto potenziale. Inoltre, questo tipo di convertitori consente di:
- trasferire l'elettricità dalla fonte al consumatore nella forma giusta e sicura;
- proteggere i circuiti di carico con dispositivi sensibili al loro interno da interferenze elettromagnetiche;
- impedire al componente a corrente continua di entrare nei circuiti di lavoro.
I trasformatori di picco sono un'altra forma di dispositivo di conversione dell'energia elettrica. Servono per determinare la polarità dei segnali di impulso e abbinarli ai parametri di uscita. Questo tipo di convertitori è installato nei circuiti di segnale dei sistemi informatici e dei canali radio.
Trasformatori di tensione e corrente di misura
Trasformatori di misura speciali sono un tipo speciale di trasduttori che consentono l'inclusione di dispositivi di controllo nei circuiti di potenza. Il loro scopo principale è la conversione di corrente o tensione in un valore conveniente per misurare i parametri di rete. La necessità di ciò sorge nelle seguenti situazioni:
- quando si prendono letture con contatori elettrici;
- in caso di installazione di relè di protezione di tensione e corrente nei circuiti di alimentazione;
- se ci sono altri dispositivi di automazione al suo interno.
Gli strumenti di misura sono classificati in base al design, al tipo di installazione, al rapporto di trasformazione e al numero di passaggi. Secondo il primo segno, sono integrati, calpestabili e di supporto e nel luogo di posizionamento - esterni o destinati all'installazione in quadri chiusi. In base al numero di passaggi di conversione, sono suddivisi in fase singola e cascata, e per il coefficiente di trasformazione, in prodotti con uno o più valori.
Caratteristiche del funzionamento VT in reti con punto zero isolato e messo a terra
Le reti elettriche ad alta tensione hanno due versioni: con un bus zero isolato o con un neutro compensato e messo a terra. La prima modalità di connessione del punto zero consente di non disconnettere la rete con guasti monofase (OZ) o arco (DZ). I PUE consentono il funzionamento di linee con neutro isolato per un massimo di otto ore con un circuito monofase, ma a condizione che in questo momento si stia lavorando per eliminare il malfunzionamento.
I danni alle apparecchiature elettriche sono possibili a causa di un aumento della tensione di fase a lineare e della conseguente comparsa di un arco di natura variabile. Indipendentemente dalla causa e dalla modalità di funzionamento, questo è il tipo di guasto più pericoloso con un alto coefficiente di sovratensione. È in questo caso che esiste un'alta probabilità di comparsa di ferroresonanza nella rete.
Il circuito ferroresonante nelle reti di potenza con neutro isolato è una catena a sequenza zero con magnetizzazione non lineare. Essenzialmente i VT trifase senza messa a terra sono tre trasformatori monofase collegati secondo lo schema stella-stella. Con sovratensioni nelle zone in cui è installato, l'induzione nel suo nucleo aumenta di circa 1,73 volte, causando la ferroresonanza.
Per proteggersi da questo fenomeno, sono stati sviluppati metodi speciali:
- fabbricazione di VT e CT a bassa induzione intrinseca;
- inclusione nel loro circuito di ulteriori elementi di smorzamento;
- produzione di trasformatori trifase con un unico sistema magnetico in versione a 5 aste;
- messa a terra neutra attraverso un reattore limitatore di corrente;
- l'uso di avvolgimenti di compensazione, ecc .;
- applicazione di circuiti a relè che proteggono gli avvolgimenti VT da sovracorrenti.
Queste misure proteggono la misurazione dei VT, ma non risolvono completamente il problema di sicurezza. I dispositivi di messa a terra installati in reti con un bus neutro isolato possono essere di aiuto.
La natura del funzionamento dei trasformatori di bassa tensione in modalità neutra collegata a terra è caratterizzata da una maggiore sicurezza e da una significativa riduzione dei fenomeni di ferroresonanza. Inoltre, il loro uso aumenta la sensibilità e la selettività della protezione in un circuito monofase. Un tale aumento diventa possibile a causa del fatto che l'avvolgimento induttivo del trasformatore è incluso nel circuito di terra e aumenta brevemente la corrente attraverso il dispositivo di protezione installato in esso.
Il PUE fornisce una logica per l'ammissibilità della messa a terra neutra a breve termine con una piccola induttanza dell'avvolgimento VT. Per fare ciò, la rete utilizza l'automazione che, al verificarsi di una OZ dopo 0,5 secondi, collega brevemente il trasformatore alle sbarre. A causa dell'effetto di un neutro messo a terra durante un guasto a terra monofase, una corrente limitata dall'induttanza del VT inizia a fluire nel circuito di protezione. Allo stesso tempo, il suo valore è sufficiente affinché l'attrezzatura di protezione funzioni dall'area pericolosa e crei le condizioni per estinguere una scarica ad arco pericoloso.
