Sähköjärjestelmän kaksi pääasiallista mittalaitetrafoa.

I. Jännitekääntäjä (VT)

Jännitekääntäjä (potentiaalikääntäjä, lyhennettynä PT; jännitekääntäjä, lyhennettynä VT) on sähkölaite, jota käytetään sähköverkkojen jännitetason muuntamiseen.

1. Toimintaperiaate

Jännitekääntäjä toimii sähkömagneettisen induktioperiaatteen mukaisesti ja sen rakenne on samankaltainen kuin perinteisen kääntäjän. Se koostuu pääasiassa ensimmäisestä kytkentästä, toisesta kytkentästä ja ydindestä. Ensimmäinen kytkentä on kytketty rinnakkaan mitattavaan korkeajännitteeseen ja sillä on suuri pyörteiden määrä.

Toinen kytkentä, jolla on vähemmän pyörteitä, on kytketty mittalaitteisiin, suojareleihin ja muihin kuormiin. Normaalin toiminnan aikana toinen puoli on likimain avoin piiri. Sähkömagneettisen induktioperiaatteen mukaan ensimmäisen ja toisen kytkentän jännitensuhde on yhtä suuri kuin pyörteiden suhde (U₁/U₂ = N₁/N₂). Tämä mahdollistaa korkean jännitteen suhteellisen alentamisen standardoituun alijännitteeseen (yleensä 100 V tai 100/√3 V), mikä tekee siitä turvallisen ja sopivan mittauksille ja suojalaitteille.

Sähkösymboli on seuraava:

2. Funktiot

• Jännitemittaus: Alentaa korkean järjestelmän jännitteen standardoituihin alijännitteisiin (esim. 100 V tai 100/√3 V) voltmometreille, energiametreille ja muihin mittalaitteille, mikä mahdollistaa sähköjärjestelmän jännitteen reaaliaikaisen valvonnan.
• Suojarelevalvonta: Tarjoaa luotettavia jännitesignaaleja suojareleille ylijännite-, alijännite- ja muiden suojafunktioiden tarpeisiin. Kun epänormaalit jänniteolosuhteet tapahtuvat, suojajärjestelmä reagoi nopeasti, antaa katkaisukomennon erottaa virhepiirin ja varmistaa järjestelmän ja laitteen turvallisuuden.
• Energiamittaus ja laskutus: Toimii yhdessä energiametreiden kanssa tarkasti mitaten sähkönkulutuksen korkeajännitteisissä piireissä. Se toimii kriittisenä perustana sähkölaitoksen laskuttamiselle ja energiasetteluille.

3. Ominaisuudet

• Korkea tarkkuus: Mittausluokan jännitekääntäjillä on korkeat tarkkuusluokat (esim. 0,2, 0,5) varmistaakseen tarkan jännitemittauksen ja energiamittauksen. Suojaluokan VT:t painottavat nopeaa vastetta ja niillä on suhteellisesti alhaisemmat tarkkuusluokat (esim. 3P, 6P).
• Korkeat eristysvaatimukset: Korkeajännitteiset VT:t täytyy kestää korkeita toimintajännitteitä ja ne käyttävät yleensä öljykytettyä, SF₆-kaasua tai kiinteää resinaeristystä vakauden ja luotettavuuden varmistamiseksi. Alajännitteiset VT:t ovat usein kuivatyyppisiä, yksinkertaisia rakenteeltaan ja helposti huoltovarjoisia.
• Toinen puoli ei saa olla suljettu piiri: Toisen puolen lyhytsulkeminen voi aiheuttaa äärimmäisen suuria sähkövirtauksia, jotka voivat ylilammittaa ja tuhota kytkentöjä. Siksi toisessa piirissä täytyy olla suojattu sekä fuusseilla tai pienillä katkaisureleillä.

4. Sovellusskenaariot

• Korkeajännitteiset sovellukset: Soveltuvat 1 kV:n ja yläpuolelle ulottuviin siirtolinjoihin ja muuntamooniin (esim. 10 kV, 35 kV, 110 kV -järjestelmiin). Käytetään busbarin tai linjan jännitteen valvontaan ja syötteen antamiseen suojajärjestelmiin, mikä varmistaa verkoston turvallisen ja vakavan toiminnan.
• Alajännitteiset sovellukset: Soveltuvat 1 kV:sta alaspäin ulottuviin jakelujärjestelmiin (esim. 220 V asuinrakennuksissa, 380 V teollisuusrakennuksissa). Yleensä asennetaan alajännitteisiin kytkentälaiteohjelmiin kuluttajan puolen jännitteen valvontaan tai energiametreihin sähkönkulutuksen mittaamiseksi.

II. Virtakääntäjä (CT)

Virtakääntäjä (CT), myös tunnettu nimellä virtakääntäjä, on mittalaitteekääntäjä, joka normaalin toiminnan aikana tuottaa toisen kytkentän sähkövirtauksen, joka on suhteellisesti verrannollinen ensimmäisen kytkentän sähkövirtaan, vaihe-ero lähestyy nollaa oikein kytkettynä.

1. Toimintaperiaate

Virtakääntäjä toimii sähkömagneettisen induktioperiaatteen mukaisesti ja sen rakenne on samankaltainen kuin perinteisen kääntäjän, koostuen ensimmäisestä kytkentästä, toisesta kytkentästä ja magneettiytimestä. Ensimmäinen kytkentä on kytketty sarjaan mitattavaan piiriin ja sillä on hyvin vähän pyörteitä (joskus vain yksi pyörteitä), jossa kulkee korkea ensimmäinen sähkövirta.

Toinen kytkentä, jolla on paljon enemmän pyörteitä, on kytketty sarjaan mittalaitteisiin, suojareleihin ja muihin kuormiin, muodostaen suljetun piirin. Normaalin toiminnan aikana toinen puoli on likimain lyhytsulkemisessa tilassa. Sähkömagneettisen induktioperiaatteen mukaan ensimmäisen ja toisen kytkentän sähkövirtasuhte on käänteisesti verrannollinen pyörteiden suhteeseen (I₁/I₂ = N₂/N₁). Tämä mahdollistaa suuret sähkövirtaukset suhteellisen alentamisen standardoituun alitasoisin sähkövirtauksiin (yleensä 5 A tai 1 A), mikä mahdollistaa mittauksen, valvonnan ja suojauksen.

Sähkösymboli on seuraava:

Virtakääntäjän ensimmäisen ja toisen kytkentän sähkövirran suhde kutsutaan virtakäännössuhde (Ke). Virtakäännössuhteen ilmaisu on:

Huomio:

• W₁, W₂ ovat kääntäjän ensimmäisen ja toisen kytkentän pyörteiden määrä;
• I₁ₑ, I₂ₑ ovat ensimmäisen ja toisen kytkentän sähkövirtasuhteet;
• I₁, I₂ ovat ensimmäisen ja toisen kytkentän todelliset sähkövirtaukset.

2. Funktiot

• Virtamittaus: Alentaa korkean ensimmäisen sähkövirtauksen standardoituun alitasoisin sähkövirtauksiin (esim. 5 A tai 1 A), mikä mahdollistaa amperemetreille, energiametreille ja muihin laitteille sähkövirtauksen reaaliaikaisen valvonnan.
• Suojarelevalvonta: Tarjoaa sähkövirtasignaaleja suojareleille ylikuorman, differentiaali- ja etäisyysvalvonnalle. Kun sähkövirtaongelmat, kuten lyhytsulut tai ylikuormitukset, tapahtuvat, suojajärjestelmä antaa katkaisukomennon erottaa sähköntoimituksen, estää laitteen vahingoittumisen ja järjestelmän epävakauden.
• Sähköinen eristys: Tarjoaa galvanisen eristyksen korkeajännitteisestä/korkean sähkövirtauksen ensimmäisestä kytkentästä alajännitteisiin toisesta kytkentästä, jotka käytetään mittauksiin, ohjaamiseen ja suojaukseen. Tämä varmistaa henkilöstön ja toisen kytkentän laitteiden turvallisuuden.

3. Ominaisuudet

• Korkea luotettavuus: On kestettävä korkeita mekaanisia ja lämpötilapaineita lyhytsulkemisten aikana. CT:t on suunniteltu erinomaiseen dynaamiseen ja lämpöstabiiliuteen pysyäkseen kokonaisena äärimmäisissä ongelmatilanteissa.
• Monipyörteinen suunnitelma: Korkeajännitteiset CT:t usein sisältävät useita toisia kytkentöjä – yhden mittaukseen (korkea tarkkuus, esim. luokka 0,5) ja toisen suojaukseen (laaja alue ja nopea vastaus, esim. luokka 5P tai 10P). Alajännitteiset CT:t tyypillisesti sisältävät yhden tai kaksi kytkentää täyttääkseen perustarpeet.
• Toinen puoli ei saa olla avoin piiri: Avoin piiri toisella puolella voi aiheuttaa äärimmäisen suuria jännitteitä (jopa useita kV) kytkentään, mikä aiheuttaa vakavia vaaroja eristysromahduksesta, laitteen vahingoittumisesta ja sähköiskusta. Siksi toisessa piirissä täytyy pysyä suljettuna toiminnan aikana – avata sitä on ehdottomasti kielletty.

4. Sovellusskenaariot

• Korkeajännitteiset sovellukset: Käytetään 1 kV:n ja yläpuolelle ulottuviin siirtolinjoihin ja muuntamooniin (esim. 10 kV, 35 kV, 110 kV -järjestelmiin). Laajasti sovelletaan kriittisten laitteiden, kuten muuntajien, katkaisureleiden ja busbareiden sähkövirtauksen valvontaan ja suojaukseen, mikä on keskeinen osa verkoston luotettavuuden ja turvallisuuden varmistamisessa.
• Alajännitteiset sovellukset: Käytetään 1 kV:sta alaspäin ulottuviin jakelujärjestelmiin (esim. teollisuusvarusteet, kaupparakennukset, asuinalueet). Yleensä asennetaan alajännitteisiin kytkentälaiteohjelmiin tai jakelupaneeliin haara-kytkentämittauksia, energiamittauksia tai integrointia residuaalisähkövirtalaitteisiin (RCD) ja älymetreihin, mikä mahdollistaa turvallisen ja tehokkaan sähkönkäytön hallinnan.