Účel a princip činnosti napěťových transformátorů

Klasický transformátor napětí (VT) je zařízení, které převádí jednu hodnotu na druhou. Proces je doprovázen částečnou ztrátou energie, ale je oprávněný v situacích, kdy je nutné změnit parametry vstupního signálu. Při konstrukci takového transformátoru jsou k dispozici vinutí, jejichž správný výpočet umožňuje získat požadované výstupní napětí.

Účel a princip činnosti

Hlavním účelem napěťových transformátorů je převod vstupního signálu na úroveň specifikovanou úkoly uživatele - kdy je třeba snížit nebo zvýšit provozní potenciál. Toho lze dosáhnout díky principu elektromagnetické indukce, který vědci Faraday a Maxwell formulovali jako zákon. Podle něj je v jakékoli smyčce umístěné v blízkosti jiného podobného otáčení drátu indukován EMF proudem, úměrným toku magnetické indukce, který je proniká. Velikost této indukce v sekundárním vinutí transformátoru (skládající se z mnoha takových závitů) závisí na proudu v primárním obvodu a na počtu závitů v obou cívkách.

Proud v sekundárním vinutí transformátoru a napětí na zátěži, která je k němu připojena, jsou určeny pouze poměrem počtu závitů v obou cívkách. Zákon elektromagnetické indukce umožňuje správně vypočítat parametry zařízení, které přenáší energii ze vstupu na výstup s požadovaným poměrem proudu a napětí.

Jaký je rozdíl mezi transformátorem proudu a transformátorem napětí

Hlavním rozdílem mezi proudovými transformátory (CT) a měniči napětí je jejich odlišný funkční účel. První se používají pouze v měřicích obvodech, což umožňuje snížit úroveň regulovaného parametru na přijatelnou hodnotu. Ty jsou instalovány ve střídavých elektrických vedeních a výstupních napětích používaných k provozu připojeného vybavení domácnosti.

Jejich rozdíly v designu jsou následující:

• jako primární vinutí v proudových transformátorech se používá napájecí sběrnice, na které je namontována;
• parametry sekundárního vinutí jsou navrženy pro připojení k měřicímu zařízení (například elektroměr v domě);
• ve srovnání s VT je transformátor proudu kompaktnější a má zjednodušené schéma zapojení.

Proudové a napěťové transformátory splňují různé požadavky na přesnost převedených hodnot. Pokud je tento indikátor pro měřící zařízení velmi důležitý, pak pro transformátor napětí má druhořadý význam.

Klasifikace napěťových transformátorů

Podle obecně přijímané klasifikace jsou tato zařízení podle svého účelu rozdělena do následujících hlavních typů:

• výkonové transformátory s uzemněním a bez uzemnění;
• měřicí zařízení;
• autotransformátory;
• speciální přizpůsobovací zařízení;
• izolační a špičkové transformátory.

První z těchto odrůd se používá k dodání nepřerušitelného napájení spotřebiteli ve formě pro něj přijatelné (s požadovanou amplitudou). Podstatou jejich činnosti je transformace jedné úrovně potenciálu na druhou za účelem následného přenosu na zátěž.Například třífázová zařízení instalovaná na trafostanici umožňují snížit vysoké napětí z 6,3 a 10 kV na hodnotu domácnosti 0,4 kV.

Autotransformátory jsou nejjednodušší indukční konstrukce, které mají jedno vinutí s odbočkami pro nastavení výstupního napětí. Odpovídající produkty jsou instalovány v slaboproudých obvodech, což zajišťuje přenos energie z jednoho stupně do druhého s minimálními ztrátami (s maximální účinností). Pomocí takzvaných „izolačních“ transformátorů je možné uspořádat elektrickou izolaci obvodů s vysokým a nízkým napětím. Je tak zaručena ochrana majitele domu nebo letní chaty před úrazem elektrickým proudem s vysokým potenciálem. Tento typ převaděčů navíc umožňuje:

• přenášet elektřinu ze zdroje na spotřebitele v požadované a bezpečné formě;
• chránit zátěžové obvody s citlivými zařízeními v nich obsaženými před elektromagnetickým rušením;
• blokovat vstup komponenty s konstantním proudem do pracovních obvodů.

Špičkové transformátory jsou dalším typem zařízení, které převádí elektrickou energii. Slouží k určení polarity pulzních signálů a k porovnání s výstupními parametry. Tento typ převodníků je instalován v signálních obvodech počítačových systémů a rádiových komunikačních kanálů.

Přístrojové transformátory napětí a proudu

Speciální přístrojové transformátory jsou speciální typ měničů, které umožňují zahrnutí monitorovacích zařízení do výkonových obvodů. Jejich hlavním účelem je převést proud nebo napětí na hodnotu, která je vhodná pro měření parametrů sítě. Potřeba toho vyvstává v následujících situacích:

• při odečtu hodnot pomocí elektroměrů;
• pokud jsou v napájecích obvodech instalována napěťová a proudová ochranná relé;
• pokud jsou v něm další automatizační zařízení.

Měřidla jsou klasifikována podle designu, typu instalace, transformačního poměru a počtu stupňů. Podle prvního prvku jsou zabudovány, průchodem a podpěrou, a na místě - vnějším nebo určeným k instalaci v buňkách rozváděče uzavřeného typu. Podle počtu konverzních kroků se dělí na jednostupňové a kaskádové a podle konverzního poměru - na produkty, které mají jednu nebo více hodnot.

Vlastnosti provozu VT v sítích s izolovaným a uzemněným nulovým bodem

Elektrické vysokonapěťové sítě mají dvě verze: s izolovanou nulovou sběrnicí nebo s kompenzovanou a uzemněnou nulou. První režim připojení nulového bodu vám umožňuje neodpojit síť v případě jednofázových (OZ) nebo poruch oblouku (DZ). PUE umožňuje provoz vedení s izolovaným neutrálem po dobu až osmi hodin s jednofázovým uzávěrem, avšak s podmínkou, že v současné době probíhají práce na odstranění poruchy.

Poškození elektrického zařízení je možné v důsledku zvýšení fázového napětí na lineární a následného výskytu střídavého oblouku. Bez ohledu na příčinu a způsob provozu se jedná o nejnebezpečnější typ zkratu s vysokým přepěťovým faktorem. V tomto případě je pravděpodobnost výskytu ferorezonance v síti vysoká.

Ferorezonanční obvod v energetických sítích s izolovaným neutrálem je řetězec s nulovou sekvencí s nelineární magnetizací. Třífázový neuzemněný VT jsou v podstatě tři jednofázové transformátory připojené hvězdicovým způsobem. V případě přepětí v zónách, kde je instalován, se indukce v jeho jádře zvyšuje asi 1,73krát, což způsobuje výskyt ferorezonance.

K ochraně proti tomuto jevu byly vyvinuty speciální metody:

• výroba VT a TT s nízkou vlastní indukcí;
• začlenění dalších prvků tlumiče do jejich obvodu;
• výroba 3fázových transformátorů s jediným magnetickým systémem v 5-prutovém provedení;
• uzemnění neutrálního drátu reaktorem omezujícím proud;
• použití kompenzačních vinutí atd .;
• použití reléových obvodů, které chrání vinutí VT před nadproudy.

Tato opatření chrání měřicí VT, ale zcela nevyřeší bezpečnostní problém. V tom mohou pomoci uzemněná zařízení instalovaná v sítích s izolovanou neutrální sběrnicí.

Povaha provozu nízkonapěťových transformátorů v režimech s uzemněným neutrálem se vyznačuje zvýšenou bezpečností a významným snížením ferorezonančních jevů. Kromě toho jejich použití zvyšuje citlivost a selektivitu ochrany v jednofázovém obvodu. Tento vzestup je možný díky skutečnosti, že indukční vinutí transformátoru je zahrnuto v uzemňovacím obvodu a krátce zvyšuje proud přes ochranné zařízení v něm nainstalované.

PUE poskytuje odůvodnění pro přípustnost krátkodobého uzemnění neutrálu s malou indukčností vinutí VT. K tomu se používá automatizace v síti, která s výkonovými kontakty, když dojde k OZ, po 0,5 sekundách krátce připojí transformátor k přípojnicím. V důsledku působení pevně uzemněného nulového bodu začne v ochranném obvodu v případě jednofázové zemní poruchy protékat proud omezený indukčností VT. Současně jeho hodnota postačuje ke spuštění ochrany proti OZ a vytvoření podmínek pro hašení nebezpečného elektrického výboje.