Polariteitstest van een transformatie – Schakeling en werking

Polariteit in transformatoren met twee windingen

In transformatoren met twee windingen is één terminal van een winding altijd positief ten opzichte van de andere op elk moment. De polariteit van een transformator verwijst naar de relatieve richting van de geïnduceerde spanning tussen de hoogspannings- (HS) en laagspannings- (LS) windingen. In praktische transformatoren worden de windingterminals als leidingen naar buiten gebracht, en de polariteit bepaalt hoe deze leidingen zijn verbonden en gelabeld.

Beteekenis van de polariteit van een transformator

Het begrijpen van polariteit is cruciaal voor verschillende operationele en technische taken:

• Verbinding van meettransformatoren (CT's en PT's):Juiste polariteit zorgt voor nauwkeurige meting van stroom en spanning in energievoorzieningsystemen.

• Afstemming van beschermrelais:De juiste polariteit is essentieel voor relais om storingen te detecteren en betrouwbaar te functioneren.

• Constructie van driefasestransformatoren:Polariteit bepaalt hoe enkelfase windingen worden verbonden om driefase configuraties te vormen (bijv., delta of ster).

• Parallelle bedrijfvoering van transformatoren:Transformatoren in parallel moeten dezelfde polariteit hebben om circulerende stromen en magnetische fluxannulering te voorkomen.

Terminalmarkeringen en identificatie van polariteit

In plaats van traditionele puntmarkeringen, is het vaak duidelijker om H1/H2 voor primaire (HS) windingen en X1/X2 voor secundaire (LS) windingen te gebruiken om polariteit aan te geven:

• H1 en H2: Markeringen voor de terminalen van de primaire winding, die de begin- en eindpunten van de HS-winding aangeven.

• X1 en X2: Overeenkomstige markeringen voor de terminalen van de secundaire winding (LS-kant).

Tijdens polariteitstests helpen deze labels bij het identificeren van:

• De instantane spanningrelatie tussen HS- en LS-windingen (bijv., H1 en X1 zijn "in fase" als de polariteit additief is).

• Of de transformator additieve (serie-ondersteunend) of subtractieve (serie-tegenwerkend) polariteit heeft, wat invloed heeft op hoe windingen in circuits worden verbonden.

Belangrijk overweging

Foute polariteit kan leiden tot:

• Foute metingen in meettransformatoren.

• Defecte beschermrelais.

• Excessieve circulerende stromen of oververhitting in parallel verbonden transformatoren.

Door standaardisering van duidelijke terminalmarkeringen (H1/H2 en X1/X2) kunnen ingenieurs en technici de juiste polariteit van transformatoren garanderen, waardoor de veiligheid, betrouwbaarheid en efficiëntie van energievoorzieningsystemen wordt verhoogd.

Polariteit van transformatoren
De puntconventie (of puntnotatie) is een standaardmethode om de polariteit van windingen in een transformator aan te geven.

Polariteit van transformatoren en puntconventie

In Figuur A staan twee punten aan dezelfde kant van de primaire en secundaire windingen. Dit geeft aan dat de stroom die het gepunte terminal van de primaire winding binnengaat dezelfde richting heeft als de stroom die het gepunte terminal van de secundaire winding verlaat. Hierdoor zijn de spanningen aan de gepunte einden in fase — als de spanning op het gepunte punt van de primaire positief is, zal de spanning op het gepunte punt van de secundaire ook positief zijn.

In Figuur B staan de punten aan tegenovergestelde kanten van de windingen, wat aangeeft dat de windingen in tegengestelde richtingen rond het kern zijn gewikkeld. Hier zijn de spanningen aan de gepunte punten uit fase: een positieve spanning op het gepunte terminal van de primaire komt overeen met een negatieve spanning op het gepunte terminal van de secundaire.

Additieve vs. subtractieve polariteit

De polariteit van een transformator kan worden ingedeeld als additief of subtractief. Om te bepalen welke type van toepassing is, verbind één terminal van de primaire winding met één terminal van de secundaire winding en sluit een spanningsmeter aan over de overgebleven terminals van beide windingen.

Additieve polariteit

• Spanningsmeterweergave: Meet de som van de primaire spanning VA en secundaire spanning VB, aangeduid als VC.

• Formule: VC = VA + VB.

• Windingconfiguratie: De windingen zijn zo gericht dat hun magnetische flux elkaar tegenwerken wanneer stroom de gepunte terminals binnenkomt.

Het schakelschema van additieve polariteit is weergegeven in de figuur hieronder.

Subtractieve polariteit

Bij subtractieve polariteit meet de spanningsmeter het verschil tussen de primaire spanning en de secundaire spanning. Aangeduid als VC, wordt de spanningsmeterweergave uitgedrukt door de vergelijking:

Het schakelschema van subtractieve polariteit is weergegeven in de figuur hieronder.

Schakelschema van polariteitstest

Het schakelschema van de polariteitstest is weergegeven in de figuur hieronder.

Polariteitstest van transformatoren

De terminalen van de primaire winding worden aangeduid als A1, A2, en de terminalen van de secundaire winding als a1, a2. Zoals in de figuur getoond, is een spanningsmeter VA aangesloten over de primaire winding, VB over de secundaire winding, en VC tussen de primaire terminal A1 en secundaire terminal a1.

Een autotransformator wordt gebruikt om een variabele wisselspanning aan de primaire winding te leveren. Alle spanningsmeterstanden worden onder deze configuratie geregistreerd:

• Als de spanningsmeter VC de som van VA en VB aangeeft, vertoont de transformator additieve polariteit.

• Als VC) het verschil tussen VA en VB aangeeft, vertoont de transformator subtractieve polariteit.

Polariteitstest met een gelijkstroombron (batterij)

De bovenstaande methode met wisselspanning kan onpraktisch zijn voor het bepalen van de relatieve polariteit van transformatoren met twee windingen. Een handiger benadering maakt gebruik van een gelijkstroombron (batterij), een schakelaar en een gelijkstroompermanent-magneetspanningsmeter. Het aansluitdiagram voor deze methode, inclusief de juiste batterijpolariteit, is weergegeven in de figuur hieronder.

Een schakelaar is in serie met de primaire winding verbonden. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, wordt de batterij aan de primaire winding aangesloten, waardoor stroom door deze kan vloeien. Dit genereert fluxlinkage in beide windingen, waardoor elektromotorische kracht (EMK) in zowel de primaire als de secundaire winding wordt geïnduceerd.

De geïnduceerde EMK in de primaire winding heeft een positieve polariteit aan het einde dat met de positieve terminal van de batterij is verbonden. Om de polariteit van de secundaire winding te bepalen:

• Als de gelijkstroomspanningsmeter die over de secundaire winding is aangesloten, een positieve weergave toont op het moment dat de schakelaar wordt gesloten, heeft de secundaire terminal die met de positieve sonde van de spanningsmeter is verbonden, dezelfde polariteit als de positieve terminal van de primaire (d.w.z., de gepunte terminals zijn correct geïdentificeerd).

• Als de spanningsmeter naar de negatieve kant wijst, heeft de secundaire terminal die met de positieve sonde van de spanningsmeter is verbonden, een tegengestelde polariteit ten opzichte van de positieve terminal van de primaire.