Test polarności transformatora – schemat obwodu i zasada działania

Polarność w transformatorach dwuwindingowych

W transformatorach dwuwindingowych jeden koniec cewki zawsze jest dodatni względem drugiego w dowolnej chwili. Polarność transformatora odnosi się do względnej kierunkowości indukowanych napięć między cewką o wysokim napięciu (HV) i cewką o niskim napięciu (LV). W praktycznych transformatorach końce cewek są wyrowadzone jako przewody, a polarność definiuje sposób ich połączenia i oznaczenia.

Znaczenie polarności transformatora

Zrozumienie polarności jest kluczowe dla wielu operacyjnych i inżynierskich zadań:

• Połączenie transformatorów pomiarowych (CTs i PTs):Prawidłowa polarność zapewnia dokładne pomiary prądu i napięcia w systemach energetycznych.

• Koordynacja relé ochronnych:Poprawna polarność jest niezbędna dla relé, aby wykrywały uszkodzenia i działały niezawodnie.

• Budowa transformatorów trójfazowych:Polarność określa, jak cewki jednofazowe są połączone, aby utworzyć konfiguracje trójfazowe (np. delta lub gwiazda).

• Równoległa praca transformatorów:Transformatory w układzie równoległym muszą mieć identyczną polarność, aby uniknąć obiegu prądów i anulowania strumienia magnetycznego.

Oznaczenia końców i identyfikacja polarności

Zamiast tradycyjnych oznaczeń kropkowych, często jasniej jest używać H1/H2 dla cewek podstawowych (HV) i X1/X2 dla cewek wtórnych (LV), aby oznaczać polarność:

• H1 i H2: Oznaczenia końców cewki podstawowej, wskazujące początek i koniec cewki HV.

• X1 i X2: Odpowiednie oznaczenia końców cewki wtórnej (strona LV).

Podczas testów polarności te etykiety pomagają zidentyfikować:

• Natychmiastowe relacje napięcia między cewkami HV i LV (np. H1 i X1 są „w fazie”, jeśli polarność jest addytywna).

• Czy transformator ma polarność addytywną (seriowo wspomagającą) czy subtraktywną (seriowo przeciwstawiającą), co wpływa na sposób połączenia cewek w obwodach.

Kluczowe rozważania

Błędna polarność może prowadzić do:

• Błędnych pomiarów w transformatorach pomiarowych.

• Awarii relé ochronnych.

• Przewrotnej cyrkulacji prądów lub nadmiernego nagrzewania w transformatorach połączonych równolegle.

Standardyzując jasne oznaczenia końców (H1/H2 i X1/X2), inżynierowie i technicy mogą zapewnić poprawną polarność transformatora, zwiększając bezpieczeństwo, niezawodność i efektywność systemów energetycznych.

Polarność transformatora
Konwencja kropkowa (lub notacja kropkowa) to standardowa metoda używana do oznaczania polarności cewek w transformatorze.

Polarność transformatora i konwencja kropkowa

Na rysunku A dwie kropki są umieszczone po tej samej stronie cewek podstawowej i wtórnej. To oznacza, że prąd wchodzący do kropkowego końca cewki podstawowej ma ten sam kierunek, co prąd wychodzący z kropkowego końca cewki wtórnej. W rezultacie napięcia na końcach kropkowych są w fazie – jeśli napięcie na kropkowym punkcie cewki podstawowej jest dodatnie, napięcie na kropkowym punkcie cewki wtórnej również będzie dodatnie.

Na rysunku B kropki są umieszczone po przeciwnych stronach cewek, co oznacza, że cewki są nawinięte w przeciwnych kierunkach wokół rdzenia. Tutaj napięcia na końcach kropkowych są poza fazą: dodatnie napięcie na kropkowym końcu cewki podstawowej odpowiada ujemnemu napięciu na kropkowym końcu cewki wtórnej.

Polarność addytywna versus subtraktywna

Polarność transformatora można sklasyfikować jako addytywną lub subtraktywną. Aby określić, który typ dotyczy, należy połączyć jeden koniec cewki podstawowej z jednym końcem cewki wtórnej i podłączyć woltomierz między pozostałymi końcami obu cewek.

Polarność addytywna

• Wskazanie woltomierza: Mierzy sumę napięcia podstawowego VA i napięcia wtórnego VB, oznaczoną jako VC.

• Wzór: VC = VA + VB.

• Konfiguracja cewek: Cewki są skierowane tak, że ich strumienie magnetyczne przeciwstawiają się sobie, gdy prądy płyną do końców kropkowych.

Schemat obwodu polaryzacji addytywnej przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Polarność subtraktywna

W polarności subtraktywnej woltomierz mierzy różnicę między napięciem podstawowym a napięciem wtórnym. Oznaczane jako VC, wskazanie woltomierza jest wyrażone przez równanie:

Schemat obwodu polaryzacji subtraktywnej przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Schemat obwodu testu polaryzacji

Schemat obwodu testu polaryzacji przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Testowanie polaryzacji transformatorów

Koncowe cewki podstawowej oznaczono jako A1, A2, a cewki wtórnej jako a1, a2. Jak pokazano na rysunku, woltomierz VA jest podłączony do cewki podstawowej, VB do cewki wtórnej, a VC między końcem podstawowym A1 a końcem wtórnym a1.

Autotransformator służy do dostarczania zmiennego napięcia AC do cewki podstawowej. Wszystkie odczyty woltomierza są rejestrowane w tej konfiguracji:

• Jeśli woltomierz VC wskazuje sumę VA i VB, transformator ma polaryzację addytywną.

• Jeśli VC wskazuje różnicę między VA a VB, transformator ma polaryzację subtraktywną.

Test polaryzacji za pomocą źródła DC (baterii)

Opisany powyżej metod napięcia przemiennego może być niemożliwy do wykonania w celu określenia względnej polaryzacji transformatorów dwuwindingowych. Bardziej wygodnym podejściem jest użycie źródła DC (baterii), przełącznika i stało-napędnego woltomierza. Schemat połączeń dla tej metody, w tym prawidłowa polaryzacja baterii, przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Przełącznik jest połączony szeregowo z cewką podstawową. Gdy przełącznik jest zamknięty, bateria jest podłączona do cewki podstawowej, umożliwiając przepływ prądu przez nią. To generuje wiązanie magnetyczne w obu cewkach, indukując siłę elektromotoryczną (EMF) zarówno w cewce podstawowej, jak i wtórnej.

Indukowana EMF w cewce podstawowej ma dodatnią polaryzację na końcu podłączonym do dodatniego terminala baterii. Aby określić polaryzację cewki wtórnej:

• Jeśli stało-napędny woltomierz podłączony do cewki wtórnej pokazuje dodatnią wartość w momencie zamknięcia przełącznika, końcowy terminal cewki wtórnej podłączony do dodatniego sondy woltomierza ma tę samą polaryzację co dodatni terminal cewki podstawowej (czyli końce kropkowe są poprawnie zidentyfikowane).

• Jeśli woltomierz wskazuje stronę ujemną, końcowy terminal cewki wtórnej podłączony do dodatniej sondy woltomierza ma przeciwną polaryzację do dodatniego terminala cewki podstawowej.