Предназначение и принцип на работа на трансформатори на напрежение

Класическият трансформатор на напрежение (VT) е устройство, което преобразува една стойност в друга. Процесът е придружен от частична загуба на мощност, но е оправдано в ситуации, когато е необходимо да се променят параметрите на входния сигнал. В конструкцията на такъв трансформатор са предвидени елементи за навиване, с правилното изчисляване на които е възможно да се получи необходимото изходно напрежение.

Цел и принцип на действие

Основната цел на трансформаторите на напрежение е да преобразуват входния сигнал до нивото, определено от задачите на потребителя - когато оперативният потенциал трябва да бъде намален или увеличен. Това може да бъде постигнато благодарение на принципа на електромагнитната индукция, формулиран като закон от учените Фарадей и Максуел. Според него във всеки контур, разположен в близост до друг подобен завой на проводника, се предизвиква ЕМП с ток, пропорционален на потока от магнитна индукция, проникващ през тях. Размерът на тази индукция във вторичната намотка на трансформатора (състоящ се от много такива завои) зависи от тока в първичната верига и от броя на завъртанията в двете намотки.

Токът във вторичната намотка на трансформатора и напрежението при свързания към него товар се определят само от съотношението на броя на завъртанията в двете намотки. Законът за електромагнитната индукция ви позволява правилно да изчислите параметрите на устройство, което предава мощност от вход към изход с желаното съотношение на ток и напрежение.

Каква е разликата между токов трансформатор и трансформатор на напрежение

Основната разлика между токовите трансформатори (CT) и преобразувателите на напрежение е тяхното различно функционално предназначение. Първите се използват само в измервателни вериги, позволявайки нивото на контролирания параметър да бъде намалено до приемлива стойност. Последните са инсталирани в електрически линии с променлив ток и изходни напрежения, използвани за работа на свързаното домакинско оборудване.

Техните разлики в дизайна са както следва:

• като първична намотка в токови трансформатори се използва захранващата шина, върху която е монтирана;
• параметрите на вторичната намотка са предназначени за свързване към измервателно устройство (например електромер в къща);
• в сравнение с VT, токовият трансформатор е по-компактен и има опростена комутационна верига.

Трансформаторите за ток и напрежение отговарят на различни изисквания по отношение на точността на преобразуваните стойности. Ако този индикатор е много важен за измервателно устройство, то за трансформатор на напрежение той е от второстепенно значение.

Класификация на трансформатори на напрежение

Според общоприетата класификация тези устройства, според предназначението си, се разделят на следните основни видове:

• силови трансформатори със и без заземяване;
• измервателни устройства;
• автотрансформатори;
• специални устройства за съвпадение;
• изолационни и пикови трансформатори.

Първата от тези разновидности се използва за доставяне на непрекъсваеми захранвания на потребителя във приемлива за него форма (с необходимата амплитуда). Същността на тяхното действие е да трансформират едно ниво на потенциал в друго с цел последващо прехвърляне на товара.Трифазните устройства, инсталирани например в трансформаторна подстанция, позволяват намаляване на високо напрежение от 6,3 и 10 kV до битова стойност от 0,4 kV.

Автотрансформаторите са най-простите индуктивни конструкции, които имат една намотка с кранове за регулиране на изходното напрежение. Съответстващите продукти се инсталират в слаботокови вериги, осигуряващи прехвърляне на мощност от един етап на друг с минимални загуби (с максимална ефективност). С помощта на така наречените "изолационни" трансформатори е възможно да се организира електрическата изолация на вериги с високо и ниско напрежение. По този начин защитата на собственика на къщата или лятната къща от високо потенциален токов удар е гарантирана. В допълнение, този тип преобразувател ви позволява да:

• прехвърляне на електроенергия от източник на потребител в желаната и безопасна форма;
• защита на веригите на натоварване с включени в тях чувствителни устройства от електромагнитни смущения;
• блокират влизането на постоянен токов компонент в работните вериги.

Пиковите трансформатори са друг вид устройства, които преобразуват електрическата енергия. Те се използват за определяне на полярността на импулсните сигнали и съпоставянето й с изходните параметри. Този тип преобразуватели са инсталирани в сигнални вериги на компютърни системи и радиокомуникационни канали.

Инструментални трансформатори на напрежение и ток

Специалните инструментални трансформатори са специален тип преобразуватели, които позволяват включване на контролни устройства в силови вериги. Основната им цел е да преобразуват тока или напрежението в стойност, която е удобна за измерване на мрежовите параметри. Необходимостта от това възниква в следните ситуации:

• при снемане на показания с електромери;
• ако в захранващите вериги са монтирани релета за защита от напрежение и ток;
• ако в него има други устройства за автоматизация.

Измервателните уреди се класифицират по дизайн, тип монтаж, съотношение на трансформация и брой етапи. Според първата характеристика те са вградени, проходни и опорни, а на мястото - външни или предназначени за монтаж в клетки от разпределителни устройства от затворен тип. Според броя на стъпките на преобразуване те се разделят на едноетапни и каскадни, а според съотношението на преобразуване - на продукти, които имат една или повече стойности.

Характеристики на работата на VT в мрежи с изолирана и заземена нулева точка

Електрическите мрежи за високо напрежение се предлагат в две версии: с изолирана неутрална шина или с компенсирана и заземена неутрала. Първият режим на свързване на нулевата точка ви позволява да не изключвате мрежата в случай на еднофазни (OZ) или дъгови повреди (DZ). PUE позволяват експлоатацията на линии с изолирана неутрала до осем часа с еднофазно затваряне, но с уговорката, че по това време се работи за отстраняване на неизправността.

Повреди на електрическото оборудване са възможни поради увеличаване на фазовото напрежение до линейно и последваща поява на променлива дъга. Независимо от причината и режима на работа, това е най-опасният тип късо съединение с голям коефициент на пренапрежение. В този случай вероятността от поява на ферорезонанс в мрежата е висока.

Ферорезонансната верига в енергийните мрежи с изолирана неутрала е верига с нулева последователност с нелинейно намагнитване. Трифазният незаземен VT е по същество три еднофазни трансформатора, свързани по начин звезда-звезда. С пренапрежение в зоните, където е инсталиран, индукцията в сърцевината му се увеличава с около 1,73 пъти, причинявайки появата на ферорезонанс.

За защита срещу това явление са разработени специални методи:

• производство на VT и TT с ниска самоиндукция;
• включването на допълнителни амортисьорни елементи в тяхната верига;
• производство на 3-фазни трансформатори с единична магнитна система в 5-прътов дизайн;
• заземяване на нулевия проводник през реактор за ограничаване на тока;
• използване на компенсационни намотки и др .;
• използването на релейни вериги, които предпазват VT намотките от свръхток.

Тези мерки предпазват измервателните VT, но не решават напълно проблема с безопасността. Заземените устройства, инсталирани в мрежи с изолирана неутрална шина, могат да помогнат в това.

Естеството на работа на трансформатори с ниско напрежение в режими със заземена неутрала се характеризира с повишена безопасност и значително намаляване на ферорезонансните явления. Освен това използването им увеличава чувствителността и селективността на защитата в еднофазна верига. Това покачване става възможно поради факта, че индуктивната намотка на трансформатора е включена в земната верига и за кратко увеличава тока чрез защитното устройство, инсталирано в него.

PUE предоставя обосновка за допустимостта на краткосрочно заземяване на неутралата с малка индуктивност на VT намотката. За това се използва автоматизация в мрежата, която с контакти за захранване, когато възникне OZ, след 0,5 секунди, свързва за кратко трансформатора към шините. Поради ефекта на стабилно заземена неутрала, ток, ограничен от индуктивността на VT, започва да тече в защитната верига в случай на еднофазна земна повреда. В същото време стойността му е достатъчна, за да задейства защитата срещу OZ и да създаде условия за гасене на опасен дъгов разряд.