Cel i zasada działania przekładników napięciowych

Klasyczny transformator napięciowy (VT) to urządzenie, które przekształca jedną wartość w drugą. Procesowi temu towarzyszy częściowa utrata mocy, ale jest to uzasadnione w sytuacjach, gdy konieczna jest zmiana parametrów sygnału wejściowego. W konstrukcji takiego transformatora przewidziano elementy uzwojenia, których prawidłowe obliczenie umożliwia uzyskanie wymaganego napięcia wyjściowego.

Cel i zasada działania

Głównym przeznaczeniem przekładników napięciowych jest konwersja sygnału wejściowego do poziomu określonego zadaniami użytkownika - w przypadku konieczności zmniejszenia lub zwiększenia potencjału roboczego. Można to osiągnąć dzięki zasadzie indukcji elektromagnetycznej, sformułowanej jako prawo przez naukowców Faradaya i Maxwella. Według niego, w dowolnej pętli znajdującej się w pobliżu innego podobnego zwoju drutu, pole elektromagnetyczne jest indukowane prądem proporcjonalnym do przenikającego je strumienia indukcji magnetycznej. Wielkość tej indukcji w uzwojeniu wtórnym transformatora (składającym się z wielu takich zwojów) zależy od prądu w obwodzie pierwotnym i od liczby zwojów w obu cewkach.

Prąd w uzwojeniu wtórnym transformatora i napięcie na podłączonym do niego obciążeniu są określone tylko przez stosunek liczby zwojów w obu cewkach. Prawo indukcji elektromagnetycznej pozwala poprawnie obliczyć parametry urządzenia, które przesyła 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 przetwornikami napięcia jest ich odmienne przeznaczenie funkcjonalne. Te pierwsze stosowane są tylko w obwodach pomiarowych, pozwalając na obniżenie poziomu kontrolowanego parametru do akceptowalnej wartości. Te ostatnie są instalowane w liniach elektrycznych prądu przemiennego i napięciach wyjściowych używanych do obsługi podłączonego sprzętu gospodarstwa domowego.

Ich różnice w konstrukcji są następujące:

• jako uzwojenie pierwotne w przekładnikach prądowych wykorzystywana jest szyna zasilająca, na której jest montowana;
• parametry uzwojenia wtórnego są przeznaczone do podłączenia do urządzenia pomiarowego (np. licznik elektryczny w domu);
• w porównaniu z VT przekładnik prądowy jest bardziej kompaktowy i ma uproszczony obwód przełączający.

Przekładniki prądowe i napięciowe spełniają różne wymagania w zakresie dokładności przeliczanych wartości. Jeśli ten wskaźnik jest bardzo ważny dla urządzenia pomiarowego, to dla przekładnika napięciowego ma on znaczenie drugorzędne.

Klasyfikacja przekładników napięciowych

Zgodnie z ogólnie przyjętą klasyfikacją urządzenia te, zgodnie z ich przeznaczeniem, dzielą się na następujące główne typy:

• transformatory mocy z uziemieniem i bez;
• narzędzia miernicze;
• autotransformatory;
• specjalne urządzenia dopasowujące;
• transformatory izolacyjne i szczytowe.

Pierwsze z tych odmian służą do dostarczania konsumentowi zasilaczy bezprzerwowych w akceptowalnej przez niego formie (o wymaganej amplitudzie). Istotą ich działania jest przekształcenie jednego poziomu potencjału w inny w celu późniejszego przeniesienia na ładunek.Na przykład urządzenia trójfazowe zainstalowane w podstacji transformatorowej pozwalają obniżyć wysokie napięcia z 6,3 i 10 kV do wartości w gospodarstwie domowym 0,4 kV.

Autotransformatory to najprostsze konstrukcje indukcyjne, które mają jedno uzwojenie z odczepami do regulacji napięcia wyjściowego. Dopasowane produkty instalowane są w obwodach niskoprądowych, zapewniając przenoszenie mocy z jednego stopnia na drugi przy minimalnych stratach (przy maksymalnej wydajności). Za pomocą tak zwanych transformatorów „izolacyjnych” można zorganizować izolację elektryczną obwodów wysokiego i niskiego napięcia. W ten sposób gwarantowana jest ochrona właściciela domu lub domku letniskowego przed porażeniem prądem o wysokim potencjale. Ponadto tego typu przetwornik pozwala na:

• przesyłać energię elektryczną od źródła do konsumenta w pożądanej i bezpiecznej formie;
• chronić obwody obciążenia z wrażliwymi urządzeniami w nich zawartymi przed zakłóceniami elektromagnetycznymi;
• zablokować wejście składowej prądu stałego do obwodów roboczych.

Transformatory szczytowe to inny rodzaj urządzeń przetwarzających energię elektryczną. Służą do określenia polaryzacji sygnałów impulsowych i dopasowania jej do parametrów wyjściowych. Konwertery tego typu instalowane są w obwodach sygnałowych systemów komputerowych oraz w kanałach komunikacji radiowej.

Przekładniki napięciowe i prądowe przyrządów

Specjalne przekładniki przyrządowe są specjalnym rodzajem przekształtników, które umożliwiają włączenie urządzeń monitorujących w obwody mocy. Ich głównym celem jest zamiana prądu lub napięcia na wartość dogodną do pomiaru parametrów sieci. Potrzeba tego pojawia się w następujących sytuacjach:

• podczas wykonywania odczytów za pomocą liczników elektrycznych;
• czy w obwodach zasilających zainstalowane są przekaźniki napięciowe i prądowe;
• jeśli są w nim inne urządzenia automatyki.

Wskaźniki są klasyfikowane według projektu, typu instalacji, współczynnika transformacji i liczby etapów. Zgodnie z pierwszą cechą są one wbudowane, przelotowe i podporowe, a na miejscu - zewnętrzne lub przeznaczone do montażu w celach rozdzielnic typu zamkniętego. W zależności od liczby etapów konwersji dzielą się na jednostopniowe i kaskadowe, a według współczynnika konwersji na produkty, które mają jedną lub więcej wartości.

Cechy działania przekładników napięciowych w sieciach z izolowanym i uziemionym punktem zerowym

Sieci elektryczne wysokiego napięcia są dostępne w dwóch wersjach: z izolowaną szyną neutralną lub z skompensowanym i uziemionym punktem zerowym. Pierwszy tryb podłączenia punktu zerowego pozwala nie odłączać sieci w przypadku zwarć jednofazowych (OZ) lub łukowych (DZ). PUE pozwalają na pracę linii z izolowanym przewodem neutralnym do ośmiu godzin z jednofazowym zamknięciem, ale z zastrzeżeniem, że w tym czasie trwają prace nad usunięciem awarii.

Uszkodzenie sprzętu elektrycznego jest możliwe z powodu wzrostu napięcia fazowego do liniowego i późniejszego pojawienia się łuku przemiennego. Niezależnie od przyczyny i trybu działania jest to najbardziej niebezpieczny rodzaj zwarcia o dużym współczynniku przepięcia. W tym przypadku prawdopodobieństwo pojawienia się ferrorezonansu w sieci jest wysokie.

Obwód ferrorezonansowy w sieciach energetycznych z izolowanym punktem neutralnym jest łańcuchem sekwencji zerowej z nieliniowym namagnesowaniem. Trójfazowy nieuziemiony przekładnik napięciowy to zasadniczo trzy transformatory jednofazowe połączone w sposób gwiazda-gwiazda. Przy przepięciach w strefach, w których jest zainstalowany, indukcja w jego rdzeniu wzrasta około 1,73 razy, powodując pojawienie się ferrorezonansu.

Aby chronić się przed tym zjawiskiem, opracowano specjalne metody:

• produkcja przekładników napięciowych i przekładników napięciowych o niskiej indukcji własnej;
• włączenie dodatkowych elementów przepustnicy w ich obwód;
• produkcja transformatorów trójfazowych z pojedynczym układem magnetycznym w konstrukcji 5-prętowej;
• uziemienie przewodu neutralnego przez dławik ograniczający prąd;
• stosowanie uzwojeń kompensacyjnych itp .;
• zastosowanie obwodów przekaźnikowych, które chronią uzwojenia przekładników napięciowych przed przetężeniami.

Środki te chronią pomiarowe przekładniki napięciowe, ale nie rozwiązują całkowicie problemu bezpieczeństwa. Mogą w tym pomóc uziemione urządzenia zainstalowane w sieciach z izolowaną magistralą neutralną.

Charakter pracy przekładników niskonapięciowych w trybach z uziemionym punktem neutralnym charakteryzuje się zwiększonym bezpieczeństwem i znacznym ograniczeniem zjawisk ferrorezonansowych. Ponadto ich zastosowanie zwiększa czułość i selektywność ochrony w obwodzie jednofazowym. Wzrost ten staje się możliwy dzięki temu, że uzwojenie indukcyjne transformatora jest zawarte w obwodzie uziemienia i krótkotrwale zwiększa prąd przez zainstalowane w nim urządzenie ochronne.

PUE uzasadnia dopuszczalność krótkotrwałego uziemienia przewodu neutralnego przy małej indukcyjności uzwojenia przekładnika napięciowego. W tym celu w sieci stosuje się automatykę, która za pomocą styków mocy, gdy wystąpi OZ, po 0,5 sekundy, na krótko łączy transformator z szynami zbiorczymi. Ze względu na działanie solidnie uziemionego punktu zerowego, prąd ograniczony przez indukcyjność przekładnika napięciowego zaczyna płynąć w obwodzie ochronnym w przypadku jednofazowego zwarcia doziemnego. Jednocześnie jego wartość jest wystarczająca do uruchomienia ochrony przed OZ i stworzenia warunków do gaszenia niebezpiecznego wyładowania łukowego.