Klasični napetostni transformator (VT) je naprava, ki pretvarja eno vrednost v drugo. Postopek spremlja delna izguba moči, vendar je upravičen v situacijah, ko je treba spremeniti parametre vhodnega signala. Zasnova takšnega transformatorja vključuje navijalne elemente, katerih pravilen izračun omogoča pridobitev zahtevane izhodne napetosti.
Namen in princip delovanja
Glavni namen napetostnih transformatorjev je pretvorba vhodnega signala na raven, ki jo zahtevajo naloge, s katerimi se sooča uporabnik – ko je treba obratovalni potencial znižati ali povečati. To je mogoče doseči z načelom elektromagnetne indukcije, ki sta ga kot zakon oblikovala znanstvenika Faraday in Maxwell. V skladu z njim se v kateri koli zanki, ki se nahaja blizu drugega podobnega zavoja žice, inducira EMF s tokom, ki je sorazmeren s tokom magnetne indukcije, ki prodira vanje.Velikost te indukcije v sekundarnem navitju transformatorja (sestavljenem iz številnih takšnih ovojev) je odvisna od jakosti toka v primarnem krogu in od števila ovojev v obeh tuljavah.
Tok v sekundarnem navitju transformatorja in napetost na obremenitvi, priključeni nanj, sta določena le z razmerjem števila ovojev v obeh tuljavah. Zakon elektromagnetne indukcije vam omogoča pravilen izračun parametrov naprave, ki prenaša moč od vhoda do izhoda z želenim razmerjem efektivnih tokov in napetosti.
Kakšna je razlika med tokovnim in napetostnim transformatorjem?
Njihove konstrukcijske razlike so naslednje:
- napajalno vodilo, na katerem je nameščen, se uporablja kot primarno navitje v tokovnih transformatorjih;
- parametri sekundarnega navitja so zasnovani za priključitev na merilno napravo (na primer električni števec v hiši);
- V primerjavi z VT je tokovni transformator bolj kompakten in ima poenostavljeno povezovalno vezje.
Tokovni in napetostni transformatorji izpolnjujejo različne zahteve glede točnosti pretvorjenih veličin. Če je ta indikator zelo pomemben za merilno napravo, potem je za napetostni transformator drugotnega pomena.
Razvrstitev napetostnih transformatorjev
- močnostni transformatorji z in brez ozemljitve;
- merilne naprave;
- avtotransformatorji;
- posebne naprave za ujemanje;
- izolacijski in temenski transformatorji.
Prva od teh sort se uporablja za zagotavljanje neprekinjenega napajanja potrošniku v obliki, ki je zanj sprejemljiva (z zahtevano amplitudo). Bistvo njihovega delovanja je pretvorba enega potencialnega nivoja v drugega z namenom kasnejšega prenosa na obremenitev. Trifazne naprave, nameščene na transformatorski postaji, na primer omogočajo znižanje visokih napetosti s 6,3 in 10 kV na gospodinjsko vrednost 0,4 kV.
Avtotransformatorji so najpreprostejše induktivne strukture, ki imajo eno navitje z odcepi za regulacijo izhodne napetosti. Ustrezni izdelki so nameščeni v nizkotokovnih tokokrogih, kar zagotavlja prenos moči iz ene stopnje v drugo z minimalnimi izgubami (z največjo učinkovitostjo). S pomočjo tako imenovanih "izolacijskih" transformatorjev je mogoče organizirati električno izolacijo tokokrogov z visoko in nizko napetostjo. To zagotavlja zaščito lastnika hiše ali koče pred električnim udarom z visokim potencialom. Poleg tega vam ta vrsta pretvornika omogoča:
- prenos električne energije od vira do potrošnika v zahtevani in varni obliki;
- zaščitite tokokroge obremenitve z občutljivimi napravami, vključenimi v njih, pred elektromagnetnimi motnjami;
- blokirajo vstop komponente enosmernega toka v delovna vezja.
Vrvični transformatorji so druga vrsta naprav, ki pretvarjajo električno energijo.Služijo za določanje polarnosti impulznih signalov in njeno uskladitev z izhodnimi parametri. Ta vrsta pretvornika je nameščena v signalnih tokokrogih računalniških sistemov in radijskih komunikacijskih kanalih.
Napetostni in tokovni merilni transformatorji
Posebni merilni transformatorji so posebna vrsta pretvornikov, ki vam omogočajo vključitev krmilnih naprav v močnostna vezja. Njihov glavni namen je pretvorba toka ali napetosti v vrednost, primerno za merjenje parametrov omrežja. Potreba po tem se pojavi v naslednjih situacijah:
- pri odčitavanju električnih števcev;
- v primeru vgradnje napetostnih in tokovnih zaščitnih relejev v napajalna vezja;
- če so v njem druge naprave za avtomatizacijo.
Merilni instrumenti so razvrščeni po izvedbi, vrsti vgradnje, transformacijskem razmerju in številu stopenj. Po prvi lastnosti so lahko vgradni, prehodni in podporni, po lokaciji pa zunanji ali namenjeni za vgradnjo v stikalne celice zaprtega tipa. Glede na število stopenj pretvorbe so razdeljeni na enostopenjske in kaskadne, glede na koeficient transformacije pa na izdelke z eno ali več vrednostmi.
Značilnosti delovanja VT v omrežjih z izolirano in ozemljeno ničelno točko
Poškodbe električne opreme so možne zaradi povečanja fazne napetosti na linearno in kasnejšega pojava loka izmenične narave. Ne glede na vzrok nastanka in način delovanja je to najnevarnejša vrsta kratkega stika z velikim prenapetostnim koeficientom. V tem primeru obstaja velika verjetnost pojava feroresonance v omrežju.
Feroresonančno vezje v električnih omrežjih z izolirano nevtralnostjo je vezje ničelnega zaporedja z nelinearno magnetizacijo. Trifazni neozemljeni VT so v bistvu trije enofazni transformatorji, povezani v vezju zvezda-zvezda. Med prenapetostmi na območjih, kjer je nameščen, se indukcija v njegovem jedru poveča za približno 1,73-krat, kar povzroči feroresonanco.
Za zaščito pred tem pojavom so bile razvite posebne metode:
- proizvodnja VT in CT z nizko samoindukcijo;
- vključitev dodatnih dušilnih elementov v njihovo vezje;
- proizvodnja 3-faznih transformatorjev z enim magnetnim sistemom v 5-palični izvedbi;
- ozemljitev nevtralne žice skozi reaktor za omejevanje toka;
- uporaba kompenzacijskih navitij itd.;
- uporaba relejnih vezij, ki ščitijo navitja VT pred prevelikimi tokovi.
Ti ukrepi varujejo merilne napetostne transformatorje, ne rešujejo pa v celoti varnostnega problema. Pri tem lahko pomagajo ozemljene naprave, nameščene v omrežjih z izoliranim nevtralnim vodilom.
Za naravo delovanja nizkonapetostnih transformatorjev v načinih z ozemljeno nevtralnostjo je značilna povečana varnost in znatno zmanjšanje feroresonančnih pojavov. Poleg tega njihova uporaba poveča občutljivost in selektivnost zaščite med enofazno napako.Ta dvig je mogoč zaradi dejstva, da je induktivno navitje transformatorja priključeno na ozemljitveno vezje in za kratek čas poveča tok skozi zaščitno napravo, nameščeno v njem.
PUE utemeljuje dopustnost kratkotrajne ozemljitve nevtralnega z majhno induktivnostjo navitja VT. V ta namen se v omrežju uporablja avtomatika, ki ob pojavu napake po 0,5 sekunde za kratek čas poveže transformator z zbiralkami z močnostnimi kontakti. Zaradi učinka trdno ozemljene nevtralnice začne med enofazno ozemljitvijo v zaščitnem tokokrogu teči tok, omejen z induktivnostjo VT. Hkrati je njegova velikost zadostna za delovanje zaščitne opreme in ustvarjanje pogojev za gašenje nevarnega praznjenja obloka.
