Οι δύο βασικοί τύποι μετατροπέα όργανων σε ένα σύστημα ενέργειας.

I. Τρανσφορματόρας Τάσης (VT)

Ο τρανσφορματόρας τάσης (επίσης γνωστός ως ποτενσιομετρικός τρανσφορματόρας, συντομευμένα PT; τρανσφορματόρας τάσης, συντομευμένα VT) είναι ένα ηλεκτρονικό συστηματικό στοιχείο που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή των επιπέδων τάσης σε ηλεκτροδότηση.

1. Λειτουργικό Πρίγκιπιο

Ο τρανσφορματόρας τάσης λειτουργεί βάσει του πριγκίπιου της ηλεκτρομαγνητικής εξαγωγής και έχει μια δομή παρόμοια με αυτήν ενός συμβατικού τρανσφορματόρα, αποτελούμενη κυρίως από έναν πρωταρχικό στρόφο, έναν δευτερεύοντα στρόφο και έναν πυρήνα. Ο πρωταρχικός στρόφος συνδέεται παράλληλα με τον κύκλωμα υψηλής τάσης που μετριέται και έχει μεγάλο αριθμό στροφών.

Ο δευτερεύοντας στρόφος, με λιγότερες στροφές, συνδέεται με μέτρηση, προστατευτικά ρελέ και άλλες φορτίες. Κατά την κανονική λειτουργία, η δευτερεύουσα πλευρά είναι περίπου σε κατάσταση ανοιχτού κύκλου. Σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής εξαγωγής, το πηλίκο τάσης πρωταρχικής-δευτερεύουσας είναι ίσο με το πηλίκο των στροφών (U₁/U₂ = N₁/N₂). Αυτό επιτρέπει την αναλογική μείωση της υψηλής τάσης σε προδιαθετημένη χαμηλή τάση (συνήθως 100V ή 100/√3 V), κάνοντάς την ασφαλή και κατάλληλη για μέτρηση και προστασία.

Το ηλεκτρικό σύμβολό του είναι το εξής:

2. Λειτουργίες

• Μέτρηση Τάσης: Μειώνει την υψηλή συστημική τάση σε προδιαθετημένη χαμηλή τάση (π.χ., 100V ή 100/√3 V) για χρήση από βολτμέτρα, ενεργειακά μέτρητα και άλλα μέτρητα, επιτρέποντας την πραγματικού χρόνου παρακολούθηση της τάσης του συστήματος.
• Προστασία με Ρελέ: Παρέχει αξιόπιστα σήματα τάσης σε προστατευτικά ρελέ για προστασία από υπερτάση, υποτάση και άλλες προστασίες. Όταν παρουσιάζονται ανωμαλίες στην τάση, το σύστημα προστασίας ανταποκρίνεται γρήγορα, ενεργοποιώντας έναν εντολής αποσύνδεσης για την απομόνωση του οδηγού με την παραβίαση και εξασφάλιση της ασφάλειας του συστήματος και των εξοπλισμών.
• Ενεργειακή Μέτρηση και Λογαριασμολόγηση: Λειτουργεί σε συνδυασμό με ενεργειακά μέτρητα για ακριβή μέτρηση της ενέργειας σε υψηλούς κύκλωμα. Είναι θεμελιώδης βάση για την λογαριασμολόγηση και την ενεργειακή συνολική.

3. Χαρακτηριστικά

• Υψηλή Ακρίβεια: Οι τρανσφορματόρες τάσης μετρητικής κλάσης (π.χ., 0.2, 0.5) έχουν υψηλή ακρίβεια για ακριβή μέτρηση τάσης και ενεργειακή μέτρηση. Οι τρανσφορματόρες προστασίας προτεραιοποιούν τη γρήγορη ανταπόκριση και έχουν σχετικά χαμηλότερη ακρίβεια (π.χ., 3P, 6P).
• Υψηλές Απαιτήσεις Επιστροφής: Οι τρανσφορματόρες υψηλής τάσης πρέπει να αντέξουν υψηλές λειτουργικές τάσεις και συνήθως χρησιμοποιούν επιστροφή με λάδι, SF₆ αέριο ή στερεό υφαντικό για σταθερή και αξιόπιστη λειτουργία. Οι τρανσφορματόρες χαμηλής τάσης είναι συνήθως ξηροί, με απλή δομή και εύκολη συντήρηση.
• Η Δευτερεύουσα Πλευρά Δεν Πρέπει να Συνδέεται Σε Κλειστό Κύκλωμα: Ένα κλειστό κύκλωμα στη δευτερεύουσα πλευρά μπορεί να παράγει εξαιρετικά υψηλά ρεύματα, πιθανόν να θερμανθεί και να καταστραφεί ο στρόφος. Συνεπώς, το δευτερεύον κύκλωμα πρέπει να προστατεύεται με φουσκάρες ή μικρά στραγγιστικά ρελέ.

4. Σενάρια Εφαρμογής

• Εφαρμογές Υψηλής Τάσης: Ικανοποιούν για μεταφορικά κύκλωμα και υποσταθμείς με τάση 1 kV και πάνω (π.χ., 10 kV, 35 kV, 110 kV συστήματα). Χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση τάσης σε μπάρα ή γραμμή και παρέχουν είσοδο σε συστήματα προστασίας, εξασφαλίζοντας ασφαλή και σταθερή λειτουργία του δικτύου.
• Εφαρμογές Χαμηλής Τάσης: Εφαρμόζονται σε κατανεμητικά συστήματα κάτω από 1 kV (π.χ., 220V οικιακά κύκλωμα, 380V βιομηχανικά συστήματα). Συνήθως εγκαταστάνται σε κατανεμητικά σχεδιασμού για την παρακολούθηση τάσης στην πλευρά του καταναλωτή ή για σύνδεση με ενεργειακά μέτρητα για μέτρηση ενέργειας.

II. Τρανσφορματόρας Ρεύματος (CT)

Ο τρανσφορματόρας ρεύματος (CT), επίσης γνωστός ως τρανσδυτήρας ρεύματος, είναι ένας ειδικός τρανσφορματόρας που, κατά την κανονική λειτουργία, παράγει δευτερεύον ρεύμα ανάλογο με το πρωταρχικό ρεύμα, με διαφορά φάσης που πλησιάζει το μηδέν όταν συνδέεται σωστά.

1. Λειτουργικό Πρίγκιπιο

Ο τρανσφορματόρας ρεύματος λειτουργεί βάσει του πριγκίπιου της ηλεκτρομαγνητικής εξαγωγής και έχει μια δομή παρόμοια με αυτήν ενός συμβατικού τρανσφορματόρα, αποτελούμενη από έναν πρωταρχικό στρόφο, έναν δευτερεύοντα στρόφο και έναν μαγνητικό πυρήνα. Ο πρωταρχικός στρόφος συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα που μετριέται και έχει πολύ μικρό αριθμό στροφών (σερανά μόνο μία στροφή), μεταφέροντας το υψηλό πρωταρχικό ρεύμα.

Ο δευτερεύοντας στρόφος, με πολύ περισσότερες στροφές, συνδέεται σε σειρά με μέτρηση, προστατευτικά ρελέ και άλλες φορτίες, δημιουργώντας ένα κλειστό κύκλωμα. Κατά την κανονική λειτουργία, η δευτερεύουσα πλευρά είναι περίπου σε κατάσταση συνεργασίας. Σύμφωνα με την ηλεκτρομαγνητική εξαγωγή, το πηλίκο πρωταρχικού-δευτερεύοντος ρεύματος είναι αντίστροφα ανάλογο με το πηλίκο των στροφών (I₁/I₂ = N₂/N₁). Αυτό επιτρέπει την αναλογική μείωση των μεγάλων ρευμάτων σε προδιαθετημένα χαμηλά επίπεδα ρεύματος (συνήθως 5A ή 1A), επιτρέποντας τη μέτρηση, την παρακολούθηση και την προστασία.

Το ηλεκτρικό σύμβολό του είναι το εξής:

Το πηλίκο του πρωταρχικού-δευτερεύοντος ρεύματος ενός τρανσφορματόρα ρεύματος ονομάζεται πηλίκο μετατροπής ρεύματος (Ke). Η έκφραση για το πηλίκο μετατροπής ρεύματος είναι:

Σημείωση:

• W₁, W₂ είναι ο αριθμός των στροφών στους πρωταρχικούς και δευτερεύοντες στρόφους του τρανσφορματόρα, αντίστοιχα;
• I₁ₑ, I₂ₑ είναι τα ρεύματα επιδόσεων των πρωταρχικών και δευτερεύοντων στροφών, αντίστοιχα;
• I₁, I₂ είναι τα πραγματικά ρεύματα στους πρωταρχικούς και δευτερεύοντες στροφούς, αντίστοιχα.

2. Λειτουργίες

• Μέτρηση Ρεύματος: Μειώνει τα υψηλά πρωταρχικά ρεύματα σε προδιαθετημένα χαμηλά δευτερεύοντα ρεύματα (π.χ., 5A ή 1A), επιτρέποντας σε αμπερμέτρα, ενεργειακά μέτρητα και άλλα μέτρητα να παρακολουθούν το ρεύμα φορτίου σε πραγματικό χρόνο.
• Προστασία με Ρελέ: Παρέχει σήματα ρεύματος σε προστατευτικά ρελέ για υπερρεύμα, διαφορική και απόσταση προστασία. Όταν παρουσιάζονται σφάλματα όπως σύνδεση σε κλειστό κύκλωμα ή υπερφόρτωση, το σύστημα προστασίας ενεργοποιεί ένα σήμα αποσύνδεσης για την απομόνωση της παροχής ρεύματος, προλαμβάνοντας την κατάρρευση των εξοπλισμών και την αστάθεια του συστήματος.
• Ηλεκτρική Απομόνωση: Παρέχει γαλανική απομόνωση μεταξύ του πρωταρχικού κύκλωμα υψηλής τάσης/ρεύματος και των δευτερεύοντων κυκλωμάτων χαμηλής τάσης που χρησιμοποιούνται για μέτρηση, ελεγχο και προστασία. Αυτό εξασφαλίζει την ασφάλεια του προσωπικού και των δευτερεύοντων εξοπλισμών.

3. Χαρακτηριστικά

• Υψηλή Αξιοπιστία: Πρέπει να αντέξει υψηλές μηχανικές και θερμικές έντασεις κατά τη διάρκεια συνεργασίας. Οι τρανσφορματόρες ρεύματος σχεδιάζονται με εξαιρετική δυναμική και θερμική σταθερότητα για να παραμένουν ακέραιοι κατά τη διάρκεια εξαιρετικών σφαλμάτων.
• Σχεδιασμός Πολλαπλών Στροφών: Οι τρανσφορματόρες ρεύματος υψηλής τάσης συνήθως έχουν πολλαπλούς δευτερεύοντες στρόφους - ένας για μέτρηση (υψηλή ακρίβεια, π.χ., κλάση 0.5) και ένας για προστασία (ευρύ φάσμα και γρήγορη ανταπόκριση, π.χ., κλάση 5P ή 10P). Οι τρανσφορματόρες ρεύματος χαμηλής τάσης συνήθως έχουν ενιαίους ή διπλούς στρόφους για να καλύψουν βασικές ανάγκες εφαρμογής.
• Η Δευτερεύουσα Πλευρά Δεν Πρέπει να Συνδέεται Σε Ανοιχτό Κύκλωμα: Ένα ανοιχτό κύκλωμα στη δευτερεύουσα πλευρά μπορεί να παράγει εξαιρετικά υψηλές τάσεις (μέχρι και αρκετά kV) στον στρόφο, δημιουργώντας σοβαρά κίνδυνα διάβρωσης της επιστροφής, κατάρρευσης των εξοπλισμών και ηλεκτροσόκ. Συνεπώς, το δευτερεύον κύκλωμα πρέπει ν