Klasyczny transformator napięcia (VT) to urządzenie, które przekształca jedną wartość na drugą. Procesowi towarzyszy częściowa utrata mocy, ale jest uzasadniona w sytuacjach, w których konieczna jest zmiana parametrów sygnału wejściowego. Konstrukcja takiego transformatora przewiduje elementy uzwojenia, przy prawidłowym obliczeniu którego można uzyskać wymagane napięcie wyjściowe.
Cel i zasada działania
Głównym celem przekładników napięciowych jest konwersja sygnału wejściowego na poziom określony przez zadania stojące przed użytkownikiem - gdy potencjał pracy musi zostać obniżony lub zwiększony. Można to osiągnąć dzięki zasadzie indukcji elektromagnetycznej, sformułowanej jako prawo przez naukowców Faradaya i Maxwella. Według niego, w dowolnej pętli znajdującej się w pobliżu innej cewki tego samego drutu, pole elektromagnetyczne jest indukowane prądem, proporcjonalnym do strumienia indukcji magnetycznej, który je przenika. Wielkość tej indukcji w uzwojeniu wtórnym transformatora (składającego się z wielu takich zwojów) zależy od siły prądu w obwodzie pierwotnym i liczby zwojów w jednej i drugiej cewce.
Prąd w uzwojeniu wtórnym transformatora i napięcie przy podłączonym do niego obciążeniu są determinowane tylko przez stosunek liczby zwojów w obu cewkach. Prawo indukcji elektromagnetycznej pozwala poprawnie obliczyć parametry urządzenia, które przenosi moc z wejścia na wyjście z pożądanym stosunkiem prądu i napięcia.
Jaka jest różnica między przekładnikiem prądowym a przekładnikiem napięciowym
Główną różnicą między przekładnikami prądowymi (CT) a przekładnikami napięciowymi jest ich odmienny cel funkcjonalny. Te pierwsze są stosowane tylko w obwodach pomiarowych, co pozwala obniżyć poziom kontrolowanego parametru do akceptowalnej wartości. Drugi z nich jest instalowany w liniach prądu przemiennego i podaje napięcie wyjściowe wykorzystywane do działania podłączonego sprzętu gospodarstwa domowego.
Różnice w projekcie są następujące:
- jako uzwojenie pierwotne w przekładnikach prądowych stosowana jest szyna zasilająca, na której jest zamontowana;
- parametry uzwojenia wtórnego są przeznaczone do podłączenia do urządzenia pomiarowego (na przykład licznika elektrycznego w domu);
- W porównaniu do VT, przekładnik prądowy jest bardziej kompaktowy i ma uproszczony obwód przełączający.
Przekładniki prądowe i napięciowe spełniają różne wymagania dotyczące dokładności przeliczanych wartości. Jeśli ten wskaźnik jest bardzo ważny dla urządzenia pomiarowego, to dla przekładnika napięciowego ma znaczenie wtórne.
Klasyfikacja transformatora napięcia
Zgodnie z ogólnie przyjętą klasyfikacją urządzenia te według ich przeznaczenia dzielą się na następujące główne typy:
- transformatory mocy z uziemieniem i bez niego;
- narzędzia miernicze;
- autotransformatory;
- specjalne pasujące urządzenia;
- transformatory separacyjne i szczytowe.
Pierwsza z tych odmian służy do dostarczania konsumentowi nieprzerwanej mocy w akceptowalnej dla niego formie (o pożądanej amplitudzie). Istotą ich działania jest konwersja jednego poziomu potencjału na inny w celu późniejszego przeniesienia na ładunek.Na przykład urządzenia trójfazowe zainstalowane w podstacji transformatorowej mogą obniżyć wysokie napięcie z 6,3 i 10 kV do wartości domowej 0,4 kV.
Autotransformatory są najprostszymi strukturami indukcyjnymi mającymi jedno uzwojenie z rozgałęzieniami do regulacji wielkości napięcia wyjściowego. Pasujące produkty są instalowane w obwodach niskoprądowych, zapewniając przenoszenie mocy z jednego etapu na drugi przy minimalnych stratach (przy maksymalnej wydajności). Za pomocą tak zwanych transformatorów „izolacyjnych” można organizować izolację elektryczną obwodów o wysokim i niskim napięciu. Gwarantuje to ochronę właściciela domu lub domku przed porażeniem prądem o wysokim potencjale. Ponadto tego rodzaju konwertery umożliwiają:
- przekazać energię elektryczną ze źródła do konsumenta w odpowiedniej i bezpiecznej formie;
- chronić obwody obciążeniowe zawarte w nich wrażliwe urządzenia przed zakłóceniami elektromagnetycznymi;
- zablokować wejście prądu stałego do obwodów roboczych.
Transformatory szczytowe są inną formą urządzenia do konwersji energii elektrycznej. Służą do określania biegunowości sygnałów impulsowych i dopasowania ich do parametrów wyjściowych. Ten typ konwerterów jest instalowany w obwodach sygnałowych systemów komputerowych i kanałach radiowych.
Pomiar przekładników napięciowych i prądowych
Specjalne transformatory pomiarowe są specjalnym rodzajem przetworników, które umożliwiają włączenie urządzeń sterujących do obwodów energetycznych. Ich głównym celem jest zamiana prądu lub napięcia na wartość dogodną do pomiaru parametrów sieci. Potrzeba taka powstaje w następujących sytuacjach:
- podczas dokonywania odczytów za pomocą liczników elektrycznych;
- w przypadku montażu przekaźników zabezpieczających napięcie i prąd w obwodach zasilających;
- jeśli są w nim inne urządzenia automatyki.
Przyrządy pomiarowe są klasyfikowane według projektu, rodzaju instalacji, współczynnika transformacji i liczby kroków. Zgodnie z pierwszym znakiem są one wbudowane, przechodzą i wspierają, aw miejscu ustawienia - zewnętrzne lub przeznaczone do montażu w zamkniętych rozdzielnicach. Zgodnie z liczbą etapów konwersji są one podzielone na jednoetapowe i kaskadowe, a według współczynnika przekształcenia na produkty posiadające jedną lub więcej wartości.
Cechy działania VT w sieciach z izolowanym i uziemionym punktem zerowym
Sieci elektryczne wysokiego napięcia mają dwie wersje: z izolowaną szyną zerową lub z kompensowanym i uziemionym punktem zerowym. Pierwszy tryb podłączenia punktu zerowego pozwala nie odłączać sieci z jednofazowym (OZ) lub zwarciowym (DZ). PUE pozwalają na pracę linii z izolowanym punktem zerowym przez okres do ośmiu godzin z obwodem jednofazowym, ale pod warunkiem, że w tej chwili trwają prace nad wyeliminowaniem awarii.
Uszkodzenie sprzętu elektrycznego jest możliwe z powodu wzrostu napięcia fazowego do liniowego, a następnie pojawienia się łuku o zmiennym charakterze. Bez względu na przyczynę i sposób działania jest to najniebezpieczniejszy rodzaj usterki o wysokim współczynniku przepięcia. W tym przypadku istnieje wysokie prawdopodobieństwo pojawienia się ferrorezonansu w sieci.
Obwód ferrorezonansowy w sieciach elektroenergetycznych z izolowanym punktem zerowym jest łańcuchem o zerowej sekwencji z nieliniowym namagnesowaniem. Trójfazowy nieuziemiony VT w istocie to trzy jednofazowe transformatory połączone zgodnie ze schematem gwiazda-gwiazda. Przy przepięciach w strefach, w których jest zainstalowany, indukcja w jego rdzeniu wzrasta około 1,73 razy, powodując ferrorezonans.
W celu ochrony przed tym zjawiskiem opracowano specjalne metody:
- produkcja VT i CT o niskiej indukcji wewnętrznej;
- włączenie do ich obwodu dodatkowych elementów tłumiących;
- produkcja transformatorów 3-fazowych z pojedynczym układem magnetycznym w wersji 5-prętowej;
- neutralne uziemienie przez reaktor ograniczający prąd;
- zastosowanie uzwojeń kompensacyjnych itp.;
- zastosowanie obwodów przekaźnikowych chroniących uzwojenia VT przed przetężeniami.
Środki te chronią pomiary VT, ale nie rozwiązują całkowicie problemu bezpieczeństwa. Pomogą w tym urządzenia uziemiające zainstalowane w sieciach z izolowaną neutralną magistralą.
Charakter działania transformatorów niskiego napięcia w uziemionych trybach neutralnych charakteryzuje się zwiększonym bezpieczeństwem i znaczącym zmniejszeniem zjawisk ferrorezonansu. Ponadto ich zastosowanie zwiększa czułość i selektywność zabezpieczenia w obwodzie jednofazowym. Taki wzrost staje się możliwy dzięki temu, że uzwojenie indukcyjne transformatora jest zawarte w obwodzie uziemienia i na krótko zwiększa prąd przez zainstalowane w nim urządzenie ochronne.
PUE uzasadnia dopuszczalność krótkotrwałego uziemienia neutralnego przy małej indukcyjności uzwojenia VT. Aby to zrobić, sieć wykorzystuje automatyzację, która przez styki zasilania, gdy nastąpi OZ po 0,5 sekundy, krótko łączy transformator z szynami zbiorczymi. Z powodu działania uziemienia zerowego podczas jednofazowego zwarcia doziemnego prąd ograniczony przez indukcyjność VT zaczyna płynąć w obwodzie ochronnym. Jednocześnie jego wartość jest wystarczająca do działania sprzętu ochronnego z OZ i stworzenia warunków do gaszenia niebezpiecznego wyładowania łukowego.
