Polaritetstest af en transformer – kredsløbsdiagram og funktion

Polaritet i to-vindings-transformatorer

I to-vindings-transformatorer er en terminal af en vindings altid positiv i forhold til den anden på ethvert tidspunkt. Transformatorpolaritet henviser til de relative retninger af inducerede spændinger mellem højspændings- (HV) og lavspændings- (LV) vindinger. I praksis bringes vindings-terminalerne ud som ledninger, og polaritet definerer, hvordan disse ledninger er forbundet og mærket.

Betydning af transformatorpolaritet

Forståelse af polaritet er kritisk for flere drifts- og ingeniørarbejdsopgaver:

• Instrumenttransformatorforbindelser (CTs og PTs):Korrekt polaritet sikrer præcis måling af strøm og spænding i strømsystemer.

• Beskyttelsesrelækoordinering:Korrekt polaritet er afgørende for, at relæer kan opdage fejl og fungere pålideligt.

• Tre-fase-transformatorkonstruktion:Polaritet bestemmer, hvordan enefasevindinger kobles sammen for at danne tre-fase-konfigurationer (fx delta eller stjerne).

• Parallel drift af transformatorer:Transformatorer i parallel skal have identisk polaritet for at undgå cirkulerende strømme og magnetisk fluxannullering.

Terminalmærkater og polaritetsidentifikation

I stedet for at bruge traditionelle prikkemarkeringer, er det ofte klarere at bruge H1/H2 for primære (HV) vindinger og X1/X2 for sekundære (LV) vindinger for at angive polaritet:

• H1 og H2: Markører for primære vindings-terminaler, der angiver start og slutning af HV-vindingen.

• X1 og X2: Tilstødende markører for sekundære vindings-terminaler (LV-side).

Under polaritetstest hjælper disse mærkater med at identificere:

• Den øjeblikkelige spændingsrelation mellem HV- og LV-vindinger (f.eks. H1 og X1 er "i fase" hvis polaritet er additiv).

• Hvorvidt transformatoren har additiv (serie-hjælpende) eller subtraktiv (serie-modvirkende) polaritet, hvilket påvirker, hvordan vindinger er forbundet i kredsløb.

Vigtig overvejelse

Forkert polaritet kan føre til:

• Fejlbehæftede målinger i instrumenttransformatorer.

• Defekt beskyttelsesrelæer.

• Uforholdsmæssigt store cirkulerende strømme eller overophedning i parallel-forbundne transformatorer.

Ved at standardisere klare terminalmærkater (H1/H2 og X1/X2) kan ingeniører og teknikere sikre korrekt transformatorpolaritet, hvilket forbedrer sikkerheden, pålideligheden og effektiviteten af strømsystemer.

Transformatorpolaritet
Prikkens konvention (eller punktnotation) er en standardmetode, der anvendes til at angive polaritet af vindinger i en transformator.

Transformatorpolaritet og prikkens konvention

I figur A er to prikker placeret på samme side af primære og sekundære vindinger. Dette indikerer, at strømmen, der indgår i den prikkede terminal af primær vindingen, har samme retning som strømmen, der udgår fra den prikkede terminal af sekundær vindingen. Dermed er spændingerne ved de prikkede ender i fase – hvis spændingen ved den prikkede point af primæren er positiv, vil spændingen ved den prikkede point af sekundæren også være positiv.

I figur B er prikkerne placeret på modsatte sider af vindingerne, hvilket betyder, at vindingerne er vindet i modsat retning omkring kernen. Her er spændingerne ved de prikkede punkter ude af fase: en positiv spænding ved den prikkede terminal af primæren svarer til en negativ spænding ved den prikkede terminal af sekundæren.

Additiv vs. subtraktiv polaritet

Transformatorpolaritet kan klassificeres som additiv eller subtraktiv. For at bestemme, hvilken type der gælder, forbinder man en terminal af primær vindingen til en terminal af sekundær vindingen og monterer en spændingsmåler på de resterende terminaler af begge vindinger.

Additiv polaritet

• Spændingsmålerlæsning: Måler summen af primærespændingen VA og sekundærespændingen VB, betegnet som VC.

• Formel: VC = VA + VB.

• Vindingkonfiguration: Vindingerne er orienteret således, at deres magnetiske flux modvirker hinanden, når strømme flyder ind i de prikkede terminaler.

Kredsløbsdiagrammet for additiv polaritet vises i figuren nedenfor.

Subtraktiv polaritet

I subtraktiv polaritet måler spændingsmåleren forskellen mellem primærespændingen og sekundærespændingen. Betegnet som VC, er spændingsmålerlæsningen udtrykt ved ligningen:

Kredsløbsdiagrammet for subtraktiv polaritet vises i figuren nedenfor.

Kredsløbsdiagram for polaritetstest

Kredsløbsdiagrammet for polaritetstest vises i figuren nedenfor.

Polaritetstest af transformatorer

Primær vindings terminaler betegnes som A1, A2, og sekundær vindings terminaler som a1, a2. Som vist i figuren, er en spændingsmåler VA forbundet på tværs af primær vindingen, VB på tværs af sekundær vindingen, og VC mellem primær terminal A1 og sekundær terminal a1.

En autotransformator bruges til at give en variabel AC-strømforsyning til primær vindingen. Alle spændingsmålerlæsninger optages under denne konfiguration:

• Hvis spændingsmåleren VC læser summen af VA og VB, viser transformatoren additiv polaritet.

• Hvis VC læser forskellen mellem VA og VB, viser transformatoren subtraktiv polaritet.

Polaritetstest ved hjælp af en DC-kilde (batteri)

AC-spændingsmetoden, der er beskrevet ovenfor, kan være upraktisk for at fastslå den relative polaritet af to-vindings-transformatorer. En mere bekvem metode bruger en DC-kilde (batteri), en skruetrækker og en DC-permanentmagnetisk spændingsmåler. Forbindelsesdiagrammet for denne metode – inklusive korrekt batteripolaritet – vises i figuren nedenfor.

En skruetrækker er forbundet i serie med primær vindingen. Når skruetrækkeren lukkes, bliver batteriet forbundet til primær vindingen, hvilket tillader, at strøm flyder igennem den. Dette genererer fluxforbindelse i begge vindinger, hvilket inducerer elektromotorisk kraft (EMF) i både primær og sekundær vindinger.

Den inducerede EMF i primær vindingen har positiv polaritet ved enden, der er forbundet til batteriets positive terminal. For at fastslå sekundær vindings polaritet:

• Hvis den DC-spændingsmåler, der er forbundet på tværs af sekundær vindingen, viser en positiv læsning i det øjeblik, skruetrækkeren lukkes, har sekundær terminalen, der er forbundet til spændingsmålerens positive probe, samme polaritet som primærens positive terminal (dvs. de prikkede terminaler er korrekt identificeret).

• Hvis spændingsmåleren deflekterer til den negative side, har sekundær terminalen, der er forbundet til spændingsmålerens positive probe, modsat polaritet til primærens positive terminal.