Dva glavna tipa instrumentnih transformatora u sustavu snage.

I. Naponski transformator (VT)

Naponski transformator (potencijalni transformator, skraćeno PT; naponski transformator, skraćeno VT) je električki uređaj koji se koristi za promjenu nivoa napona u strujnim krugovima.

1. Načelo rada

Naponski transformator radi na principu elektromagnetske indukcije i ima strukturu sličnu konvencionalnom transformatoru, sastoji se uglavnom od primarnog zavoja, sekundarnog zavoja i jezgra. Primarni zavoj je spojen paralelno s visokonaponskim krugom kojem se mjeri napon i ima veliki broj zavojnica.

Sekundarni zavoj, s manjim brojem zavojnica, spojen je s mjerilima, zaštitnim relejima i drugim opteretnjama. U normalnim radnim uvjetima, sekundarna strana je približno u stanju otvorenog kruga. Prema zakonu elektromagnetske indukcije, omjer primarnog i sekundarnog napona jednak je omjeru broja zavojnica (U₁/U₂ = N₁/N₂). To omogućuje proporcionalno snižavanje visokog napona na standardizirani niski napon (obično 100V ili 100/√3 V), čime se osigurava sigurnost i prikladnost za mjerila i zaštitne uređaje.

Njegov električni simbol izgleda ovako:

2. Funkcije

• Mjerenje napona: Snižava visoke sistemske napone na standardizirane niske napone (npr. 100V ili 100/√3 V) za uporabu voltmetera, energometara i drugih mjerila, omogućujući stvarno vrijeme nadzora napona strujnog sustava.
• Zaštita releja: Pruža pouzdane signale napona zaštitnim relejima za prenapon, podnapon i druge funkcije zaštite. Kada dođe do nepravilnih uslova napona, zaštitni sustav brzo reagira, pokrećući naredbu otkida da bi se izolirao grešan krug i osigurala sigurnost sustava i opreme.
• Energetska mjerenja i naplate: Djeluje u kombinaciji s energometrima kako bi točno mjerio potrošnju energije u visokonaponskim krugovima. Služi kao ključna osnova za naplatu struja i energetsko računstvo.

3. Karakteristike

• Visoka točnost: Mjerilski naponski transformatori imaju visoku razinu točnosti (npr. 0,2, 0,5) kako bi se osiguralo točno mjerenje napona i energetsko računstvo. Zaštitni VT-ovi daju prednost brzom odgovoru i imaju relativno niže razine točnosti (npr. 3P, 6P).
• Visoki zahtjevi za izolacijom: Visokonaponski VT-ovi moraju izdržati visoke radne napone i obično koriste uljane, SF₆ gasove ili čvrste smole za stabilno i pouzdano funkcioniranje. Niskonaponski VT-ovi su uglavnom suhi tip, s jednostavnim dizajnom i lako održavanjem.
• Sekundarna strana ne smije biti krajnjica: Krajnjica na sekundarnoj strani može generirati ekstremno visoke struje, što može dovesti do pregrejanja i uništavanja zavojnica. Stoga sekundarni krug mora biti zaštićen prekidačima ili mikro prekidačima.

4. Primjene

• Visokonaponske primjene: Pogodne za prenosne linije i pretvorbe s napajanjem od 1 kV i više (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sustavi). Koriste se za nadzor napona busbarova ili linija i pružanje unosa zaštitnim sustavima, osiguravajući siguran i stabilan rad mreže.
• Niskonaponske primjene: Primjenjuju se na distribucijske sustave ispod 1 kV (npr. 220V kućanski krugovi, 380V industrijski sustavi). Često se instaliraju u niskonaponskoj komutacijskoj opremi za nadzor napona na strani potrošača ili povezivanje s energometrima za mjerenje struje.

II. Strujni transformator (CT)

Strujni transformator (CT), također poznat kao strujni transduktor, je instrumentni transformator koji, u normalnim radnim uvjetima, proizvodi sekundarnu struju proporcionalnu primarnoj struji, s faznim razlikama blizu nule kada je ispravno spojen.

1. Načelo rada

Strujni transformator radi na principu elektromagnetske indukcije i ima strukturu sličnu konvencionalnom transformatoru, sastoji se od primarnog zavoja, sekundarnog zavoja i magnetskog jezgra. Primarni zavoj je spojen serijalno s mjeritim krugom i ima vrlo malo zavojnica (ponekad samo jednu zavojnicu), nosi visoku primarnu struju.

Sekundarni zavoj, s mnogo više zavojnica, spojen je serijalno s mjerilima, zaštitnim relejima i drugim opteretnjama, formirajući zatvoreni krug. U normalnom radu, sekundarna strana je približno u stanju krajnjice. Prema elektromagnetskoj indukciji, omjer primarnog i sekundarnog toka je obratan omjeru broja zavojnica (I₁/I₂ = N₂/N₁). To omogućuje proporcionalno snižavanje velikih struja na standardizirane niske struje (obično 5A ili 1A), olakšavajući mjerenje, nadzor i zaštitu.

Njegov električni simbol izgleda ovako:

Omjer nominalne primarne i sekundarne struje strujnog transformatora naziva se omjer strujne transformacije (Ke). Izraz za omjer strujne transformacije glasi:

Napomena:

• W₁, W₂ su broj zavojnica u primarnom i sekundarnom zavoju transformatora, redom;
• I₁ₑ, I₂ₑ su nominalne struje primarnog i sekundarnog zavoja, redom;
• I₁, I₂ su stvarne struje u primarnom i sekundarnom zavoju, redom.

2. Funkcije

• Mjerenje struje: Snižava visoke primarne struje na standardizirane niske sekundarne struje (npr. 5A ili 1A), omogućujući ampermetrima, energometrima i drugim instrumenatima stvarno vrijeme nadzora struje opterećenja.
• Zaštita releja: Pruža strujne signale zaštitnim relejima za prestruju, diferencijalnu i udaljenu zaštitu. Kada dođe do grešaka poput krajanja ili preopterećenja, zaštitni sustav pokreće naredbu otkida da bi se odspojilo napajanje, sprečavajući oštećenje opreme i nestabilnost sustava.
• Električna izolacija: Pruža galvaniku izolaciju između visokonaponskog/visokostrujnog primarnog kruga i niskonaponskih sekundarnih krugova koji se koriste za mjerenje, kontrolu i zaštitu. To osigurava sigurnost osoba i sekundarne opreme.

3. Karakteristike

• Visoka pouzdanost: Moraju izdržati visoke mehaničke i termalne stresove tijekom događaja krajnjice. CT-ovi su dizajnirani s odličnom dinamičkom i termalnom stabilnošću kako bi ostali integritetni u ekstremnim uvjetima greške.
• Dizajn s više zavojnica: Visokonaponski CT-ovi često imaju više sekundarnih zavojnica - jednu za mjerenje (visoka točnost, npr. klasa 0,5) i drugu za zaštitu (širok raspon i brz odgovor, npr. klasa 5P ili 10P). Niskonaponski CT-ovi obično imaju jednu ili dvije zavojnice kako bi zadovoljili osnovne potrebe primjene.
• Sekundarna strana ne smije biti otvorena: Otvorena sekundarna strana može inducirati ekstremno visoke napone (do nekoliko kV) na zavojnicama, čime se stvara ozbiljan rizik od rušenja izolacije, oštećenja opreme i električnog udara. Stoga sekundarni krug mora ostati zatvoren tijekom rada - njegovo otvaranje strogo je zabranjeno.

4. Primjene

• Visokonaponske primjene: Koriste se u prenosnim linijama i pretvorbenim postajama s napajanjem od 1 kV i više (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sustavi). Široko se primjenjuju u nadzoru struje i zaštiti ključne opreme poput transformatora, prekidača i busbarova, igrajući vitalnu ulogu u osiguravanju pouzdanosti i sigurnosti mreže.
• Niskonaponske primjene: Primjenjuju se u distribucijskim sustavima ispod 1 kV (npr. industrijski radionici, trgovinske zgrade, stambeni kompleksi). Obično se instaliraju u niskonaponskim komutacijskim oredbama ili panelima za nadzor grana, energijsko računstvo ili integraciju s rezidualnim strujnim uređajima (RCD) i pametnim metrama kako bi se omogućilo sigurno i učinkovito upravljanje upotrebom struje.