Двете главни видови инструментални трансформатори во електроприводни системи.

I. Напоњач (VT)

Напоњач (Potential Transformer, скратено PT; Voltage Transformer, скратено VT) е електричко уред кој се користи за трансформација на напонски нивоа во енергетски цеви.

1. Принцип на работа

Напоњач работи според принципот на електромагнетна индукција и има структура слична на конвенционалниот трансформатор, состојателен од првична обмотка, вторична обмотка и јадро. Првичната обмотка е поврзана паралелно со мерената високонапонска цева и има голем број на витки.

Вторичната обмотка, со помалку витки, е поврзана со мерни прибори, заштитни релеа и други оптерења. Под нормални услови на работа, вторичната страна е приближно во состојба на отворена кола. Според законот за електромагнетна индукција, соодносот на првичниот и вторичниот напон е еднаков на соодносот на бројот на витки (U₁/U₂ = N₁/N₂). Ова овозможува да се намали пропорционално високиот напон до стандардизиран ниски напон (обично 100V или 100/√3 V), што го прави безбеден и прифатлив за мерење и заштитни прибори.

Нејзиниот електричен симбол е следниов:

2. Функции

• Мерене на напон: Намалува високите системски напони до стандардизирани ниски напони (на пример, 100V или 100/√3 V) за користење од стрелочни напономери, мерници на енергија и други мерни прибори, што дозволува реално време следење на напонот на енергетскиот систем.
• Заштитни релеа: Поставува надежни напонски сигнали до заштитни релеа за прекомерен напон, понисок напон и други функции на заштита. Кога се појавуваат аномални напонски услови, системот за заштита брзо реагира, активирајќи команди за прекинување на цевата, за да се изолира дефектната цева и да се осигура безопасност на системот и опремата.
• Мерене на енергија и фактурирање: Работи во комбинација со мерници на енергија за точна мера на потрошуването на енергија во високонапонски цеви. Тоа служи како критична основа за фактурирање на утилизацијата и регулирање на енергијата.

3. Карактеристики

• Висока точност: Мерни напоњачи имаат високи класи на точност (на пример, 0.2, 0.5) за да се осигура точна мера на напонот и енергијата. Заштитни напоњачи предност даваат брза реакција и имаат относително ниж класи на точност (на пример, 3P, 6P).
• Високи изолациони барања: Високонапонски напоњачи мораат да издразнеат високи оперативни напони и обично се користат масло-погружен, SF₆ гас или тврда резинска изолација за стабилна и надежна работа. Нисконапонски напоњачи најчесто се сухи, со едноставна структура и лесна поддршка.
• Вторичната страна не смее да се кратира: Кратирање на вторичната страна може да генерира екстремно високи строји, што може да ги прекрепи и уништи обмотките. Затоа, вторичната кола мора да биде заштитена со фузи или миниатюрни прекинувачи.

4. Применливи сценарија

• Високонапонски применливи сценарија: Прифатливи за преносни линии и преобразувачи со напони од 1 kV и повеќе (на пример, 10 kV, 35 kV, 110 kV системи). Се користат за мониторинг на напоните на главната цева или линиите и да дадат вход на системите за заштита, осигурувајќи безбедна и стабилна работа на мрежата.
• Нисконапонски применливи сценарија: Применливо за дистрибутивни системи под 1 kV (на пример, 220V домашни цеви, 380V индустриски системи). Често се инсталираат во нисконапонски прекинувачи за мониторинг на напонот на потребниците или за интерфејс со мерници на енергија за мера на потрошуването на енергија.

II. Токотрансформатор (CT)

Токотрансформатор (CT), познат и како токотрансдуктор, е инструментски трансформатор кој, под нормални услови на работа, произведува вторичен ток пропорционален на првичниот ток, со разлика на фаза блиска до нула кога е точно поврзан.

1. Принцип на работа

Токотрансформатор работи според принципот на електромагнетна индукција и има структура слична на конвенционалниот трансформатор, состојателен од првична обмотка, вторична обмотка и магнетно јадро. Првичната обмотка е поврзана серијно со мерената цева и има многу мал број на витки (понекогаш само една витка), носејќи висок првичен ток.

Вторичната обмотка, со многу повеќе витки, е поврзана серијно со мерни прибори, заштитни релеа и други оптерења, формирајќи затворена кола. Под нормални услови на работа, вторичната страна е приближно во состојба на кратирање. Според електромагнетната индукција, соодносот на првичниот и вторичниот ток е обратно пропорционален на соодносот на бројот на витки (I₁/I₂ = N₂/N₁). Ова овозможува да се намали големите токови пропорционално до стандардизирани ниски нивоа на ток (обично 5A или 1A), што го олеснува мерењето, мониторингот и заштитата.

Нејзиниот електричен симбол е следниов:

Соодносот на првичниот и вторичниот номинален ток на токотрансформаторот се нарекува токотрансформационен сооднос (Ke). Изразот за токотрансформациониот сооднос е:

Белешка:

• W₁, W₂ се бројот на витки во првичната и вторичната обмотка на трансформаторот, соодветно;
• I₁ₑ, I₂ₑ се номиналните токови на првичната и вторичната обмотка, соодветно;
• I₁, I₂ се реалните токови во првичната и вторичната обмотка, соодветно.

2. Функции

• Мерене на ток: Намалува високите првични токови до стандардизирани ниски вторични токови (на пример, 5A или 1A), што дозволува амперметри, мерници на енергија и други инструменти да мониторираат токот на оптерењето во реално време.
• Заштитни релеа: Доставува токови сигнал до заштитни релеа за прекомерен ток, диференцијална и дистанциска заштита. Кога се појавуваат дефекти како кратирање или прекомерно оптерење, системот за заштита активира сигнал за прекинување на захранувањето, за да се предотврати повреда на опремата и нестабилност на системот.
• Електрична изолација: Предоставува галваничка изолација помеѓу високонапонската/високотоковата првична цева и нисконапонските вторични цеви користени за мерење, контрола и заштита. Ова гарантира безбедноста на личното и вторичната опрема.

3. Карактеристики

• Висока надежност: Мора да издразни високи механички и термички стресови во време на кратирање. CT-овите се дизајнирани со одлична динамичка и термичка стабилност за да останат целостни под екстремни услови на дефекти.
• Дизајн со повеќе обмотки: Високонапонски CT-ови често имаат повеќе вторични обмотки - една за мерене (со висока точност, на пример, клас 0.5) и друга за заштита (со широк дијапазон и брз одговор, на пример, клас 5P или 10P). Нисконапонски CT-ови типично имаат една или две обмотки за да задоволат основните потреби на примената.
• Вторичната страна не смее да се отвори: Отварање на вторичната страна може да индуцира екстремно високи напони (до неколку kV) поголеми од обмотката, што создава сериозни ризици од повреда на изолацијата, повреда на опремата и електрични удар. Затоа, вторичната кола мора да остане затворена во време на работа - отварањето на неа е строго забрането.

4. Применливи сценарија

• Високонапонски применливи сценарија: Се користат во преносни линии и преобразувачи со напони од 1 kV и повеќе (на пример, 10 kV, 35 kV, 110 kV системи). Широко се применуваат за мониторинг на токот и заштита на критична опрема како трансформатори, прекинувачи и главни цеви, играјќи важна улога во осигурување на надежноста и безбедноста на мрежата.
• Нисконапонски применливи сценарија: Се применуваат во дистрибутивни системи под 1 kV (на пример, индустриски работилишта, трговски згради, станувања). Обично се инсталираат во нисконапонски прекинувачи или распределители за мониторинг на гранчни цеви, мерене на енергија или интеграција со уреди за заостаточен ток (RCDs) и умни мерници за да овозможат безбедна и ефикасна управа на користењето на енергија.