Dvě hlavní typy měřicích transformátorů v elektrickém systému.

I. Napěťový transformátor (VT)

Napěťový transformátor (Potenciální transformátor, zkráceně PT; Napěťový transformátor, zkráceně VT) je elektrické zařízení používané k transformaci napěťových úrovní v elektrických obvodech.

1. Princip fungování

Napěťový transformátor funguje na principu elektromagnetické indukce a má strukturu podobnou běžnému transformátoru, skládající se především z primárního cívání, sekundárního cívání a jádra. Primární cívání je připojeno paralelně k měřenému vysokonapěťovému obvodu a má velký počet otoček.

Sekundární cívání s menším počtem otoček je připojeno k měřicím přístrojům, ochranným reléům a dalším zatěžovacím prvkům. Za normálních provozních podmínek je sekundární strana téměř v otevřeném obvodu. Podle zákona elektromagnetické indukce je poměr primárního a sekundárního napětí roven poměru otoček (U₁/U₂ = N₁/N₂). To umožňuje vysoké napětí proporcionálně snížit na standardizované nízké napětí (typicky 100 V nebo 100/√3 V), což je bezpečné a vhodné pro měření a ochranné přístroje.

Jeho elektrický symbol je následující:

2. Funkce

• Měření napětí: Sníží vysoké systémové napětí na standardizované nízké napětí (např. 100 V nebo 100/√3 V) pro použití voltmetry, energetickými čidly a jinými měřicími přístroji, což umožňuje reálné sledování napětí v elektrickém systému.
• Ochranná reléová ochrana: Poskytuje spolehlivé signály napětí ochranným reléům pro ochranu před přetlakem, nedostatkem napětí a dalšími ochrannými funkcemi. Při výskytu neočekávaných stavů napětí rychle reaguje ochranný systém, vyvolává příkaz k odpojení chybného obvodu a zajišťuje bezpečnost systému a zařízení.
• Energetické měření a fakturace: Spolupracuje s energetickými čidly pro přesné měření spotřeby energie v vysokonapěťových obvodech. Slouží jako klíčový základ pro fakturaci dodavatelů energie a vyúčtování energie.

3. Charakteristiky

• Vysoká přesnost: Měřicí napěťové transformátory mají vysoké třídy přesnosti (např. 0,2, 0,5) pro zajištění přesného měření napětí a energetického měření. Ochranné VT dávají přednost rychlé odezvě a mají relativně nižší třídy přesnosti (např. 3P, 6P).
• Vysoké izolační požadavky: Vysokonapěťové VT musí odolat vysokým provozním napětím a obvykle používají olejovou, SF₆ plynovou nebo pevnou pryskyřičnou izolaci pro stabilní a spolehlivý provoz. Nízkonapěťové VT jsou převážně suché, mají jednoduchou strukturu a snadnou údržbu.
• Sekundární strana nesmí být krátkozamknutá: Krátké spojení na sekundární straně může vygenerovat extrémně vysoké proudy, které mohou přehřát a zničit cívání. Proto musí být sekundární obvod chráněn pojistkami nebo malými vypínači.

4. Aplikační scénáře

• Aplikace s vysokým napětím: Jsou vhodné pro přenosové linky a rozvodny s napětím 1 kV a vyšším (např. 10 kV, 35 kV, 110 kV systémy). Používají se k monitorování napětí sběrnice nebo vedení a poskytování vstupu do ochranných systémů, což zajišťuje bezpečný a stabilní provoz síťového systému.
• Aplikace s nízkým napětím: Platí pro distribuční systémy pod 1 kV (např. 220 V domovní obvody, 380 V průmyslové systémy). Běžně jsou instalovány v nízkonapěťových rozváděčích pro monitorování napětí na straně spotřebitele nebo pro propojení s energetickými čidy pro měření energie.

II. Proudový transformátor (CT)

Proudový transformátor (CT), také známý jako proudový transducér, je instrumentální transformátor, který za normálních provozních podmínek produkuje sekundární proud, který je výrazně proporcionální primárnímu proudu, s fázovým rozdílem blížícím se k nule, pokud je správně připojen.

1. Princip fungování

Proudový transformátor funguje na principu elektromagnetické indukce a má strukturu podobnou běžnému transformátoru, skládající se z primárního cívání, sekundárního cívání a magnetického jádra. Primární cívání je připojeno sériově k měřenému obvodu a má velmi málo otoček (někdy pouze jednu otočku), které nesou vysoký primární proud.

Sekundární cívání s mnohem větším počtem otoček je připojeno sériově k měřicím přístrojům, ochranným reléům a dalším zatěžovacím prvkům, tvoří uzavřený obvod. Za normálních provozních podmínek je sekundární strana téměř v krátkém zapojení. Podle elektromagnetické indukce je poměr primárního a sekundárního proudu nepřímo úměrný poměru otoček (I₁/I₂ = N₂/N₁). To umožňuje snížit velké proudy proporcionálně na standardizované nízké proudy (typicky 5 A nebo 1 A), což usnadňuje měření, monitorování a ochranu.

Jeho elektrický symbol je následující:

Poměr nominálního primárního a sekundárního proudu proudového transformátoru se nazývá proudový transformační poměr (Ke). Výraz pro proudový transformační poměr je:

Poznámka:

• W₁, W₂ jsou počty otoček v primárním a sekundárním cívání transformátoru;
• I₁ₑ, I₂ₑ jsou nominální proudy primárního a sekundárního cívání;
• I₁, I₂ jsou skutečné proudy v primárním a sekundárním cívání.

2. Funkce

• Měření proudu: Sníží vysoké primární proudy na standardizované nízké sekundární proudy (např. 5 A nebo 1 A), což umožňuje ampermetrům, energetickým čidlům a jiným přístrojům sledovat proud v zátěži v reálném čase.
• Ochranná reléová ochrana: Dodává proudové signály ochranným reléům pro ochranu před přetokem, diferenciální ochranu a ochranu proti vzdálenosti. Při výskytu vad, jako jsou krátké spojení nebo přetížení, ochranný systém vyvolá signál k odpojení zdroje energie, což zabrání poškození zařízení a nestabilitě systému.
• Elektrická izolace: Poskytuje galvanickou izolaci mezi vysokonapěťovým/vysokoproudovým primárním obvodem a nízkonapěťovými sekundárními obvody používanými pro měření, řízení a ochranu. To zajišťuje bezpečnost osob a sekundárního zařízení.

3. Charakteristiky

• Vysoká spolehlivost: Musí odolat vysokým mechanickým a tepelným stresům během krátkých spojení. CT jsou navrženy s vynikající dynamickou a tepelnou stabilitou, aby zůstaly nedotčeny za extrémních podmínek poruch.
• Návrh s více cíváními: Vysokonapěťové CT často mají více sekundárních cívání – jedno pro měření (vysoká přesnost, např. třída 0,5) a druhé pro ochranu (široký rozsah a rychlá odezva, např. třída 5P nebo 10P). Nízkonapěťové CT obvykle mají jedno nebo dvojité cívání pro splnění základních potřeb aplikací.
• Sekundární strana nesmí být otevřena: Otevřený obvod na sekundární straně může vyvolat extrémně vysoká napětí (až několik kV) napříč cíváním, což představuje vážné riziko průniku izolace, poškození zařízení a elektrického šoku. Proto musí být sekundární obvod během provozu uzavřen – otevírání je striktně zakázáno.

4. Aplikační scénáře

• Aplikace s vysokým napětím: Používají se v přenosových linkách a rozvodnách s napětím 1 kV a vyšším (např. 10 kV, 35 kV, 110 kV systémy). Široce se používají pro měření proudu a ochranu klíčového zařízení, jako jsou transformátory, vypínače a sběrnice, a hrají klíčovou roli v zajištění spolehlivosti a bezpečnosti sítě.
• Aplikace s nízkým napětím: Používají se v distribučních systémech pod 1 kV (např. průmyslové dílny, komerční budovy, bytové komplexy). Typicky jsou instalovány v nízkonapěťových rozváděčích nebo distribučních panelích pro monitorování vedlejších obvodů, měření energie nebo integraci s zbytkovými proudovými přístroji (RCD) a inteligentními čidly pro bezpečné a efektivní správu využití energie.