De twee belangrijkste soorten meettransformatoren in een elektriciteitsnet.

I. Spanningsversterker (VT)

Spanningsversterker (Potentieel Versterker, afgekort als PT; Spanningsversterker, afgekort als VT) is een elektrisch apparaat dat wordt gebruikt om spanningniveaus in elektrische circuits te transformeren.

1. Werking

De spanningsversterker werkt op het principe van elektromagnetische inductie en heeft een structuur die vergelijkbaar is met die van een conventionele versterker, bestaande uit voornamelijk een primaire winding, een secundaire winding en een kern. De primaire winding is parallel verbonden met het hoogspanningscircuit dat gemeten wordt en heeft een groot aantal windingen.

De secundaire winding, met minder windingen, is verbonden met meetinstrumenten, beschermingsrelais en andere lasten. Onder normale bedrijfsomstandigheden is de secundaire zijde ongeveer in een open-schakelingstoestand. Volgens het wet van elektromagnetische inductie is het verhouding van primaire tot secundaire spanning gelijk aan het verhouding van windingen (U₁/U₂ = N₁/N₂). Dit stelt het apparaat in staat om de hoge spanning proportioneel te verlagen naar een gestandaardiseerde lage spanning (meestal 100V of 100/√3 V), waardoor het veilig en geschikt is voor meet- en beschermingsapparatuur.

Het elektrische symbool ervan is als volgt:

2. Functies

• Spansingsmeting: Reduceert hoge systeemspanningen naar gestandaardiseerde lage spanningen (bijv. 100V of 100/√3 V) voor gebruik door spanningsmeters, energiemeters en andere meetinstrumenten, waardoor real-time monitoring van het netwerkspanning mogelijk is.
• Relaisbescherming: Biedt betrouwbare spansignalen aan beschermingsrelais voor overspanning, onderpanning en andere beschermingsfuncties. Bij afwijkende spanningstoestanden reageert het beschermingssysteem snel, waardoor een tripcommando wordt geactiveerd om het defecte circuit te isoleren en de veiligheid van het systeem en de apparatuur te waarborgen.
• Energieafrekening en -facturering: Werkt samen met energiemeters om het energieverbruik in hoogspanningscircuits nauwkeurig te meten. Het dient als cruciaal referentiepunt voor facturering door nutsbedrijven en energieafrekening.

3. Kenmerken

• Hoge nauwkeurigheid: Meetklasse spanningsversterkers hebben hoge nauwkeurigheidsklassen (bijv. 0,2, 0,5) om nauwkeurige spansingsmetingen en energieafrekening te garanderen. Beschermingsklasse VT's prioriteren snelle respons en hebben relatief lagere nauwkeurigheidsklassen (bijv. 3P, 6P).
• Hoge isolatie-eisen: Hoogspannings-VT's moeten hoge werkspanningen weerstaan en maken meestal gebruik van oliegedrenkte, SF₆-gas- of vaste harsisolatie voor stabiele en betrouwbare prestaties. Laagspannings-VT's zijn meestal droog, met eenvoudige constructie en eenvoudige onderhoud.
• Secundaire zijde mag niet kortsluiten: Een kortsluiting aan de secundaire zijde kan uiterst hoge stroom veroorzaken, wat kan leiden tot oververhitting en vernietiging van de windingen. Daarom moet de secundaire schakeling beschermd worden met zekeringen of miniatuurkastjes.

4. Toepassingsgebieden

• Toepassingen bij hoge spanning: Geschikt voor transmissielijnen en stations met spanningen van 1 kV en hoger (bijv. 10 kV, 35 kV, 110 kV systemen). Gebruikt om busbar- of lijnspanningen te monitoren en invoer te leveren aan beschermingssystemen, waardoor veilig en stabiel netwerkbedrijf gewaarborgd is.
• Toepassingen bij lage spanning: Van toepassing op distributiesystemen onder 1 kV (bijv. 220V huishoudelijke circuits, 380V industriële systemen). Vaak geïnstalleerd in laagspanningsschakelkasten voor het monitoren van consumentenspanning of voor aansluiting op energiemeters voor vermogensmeting.

II. Stroomversterker (CT)

Een stroomversterker (CT), ook bekend als stroomtransducer, is een instrumentversterker die onder normale bedrijfsomstandigheden een secundaire stroom produceert die vrijwel evenredig is aan de primaire stroom, met een faseverschil dat nader tot nul nadert wanneer correct aangesloten.

1. Werking

De stroomversterker werkt op het principe van elektromagnetische inductie en heeft een structuur die vergelijkbaar is met die van een conventionele versterker, bestaande uit een primaire winding, een secundaire winding en een magnetische kern. De primaire winding is in serie verbonden met het circuit dat gemeten wordt en heeft zeer weinig windingen (soms slechts één winding), en draagt de hoge primaire stroom.

De secundaire winding, met veel meer windingen, is in serie verbonden met meetinstrumenten, beschermingsrelais en andere lasten, vormend een gesloten lus. Onder normale bedrijfsomstandigheden is de secundaire zijde ongeveer in een kortsluittoestand. Volgens elektromagnetische inductie is het verhouding van primaire tot secundaire stroom omgekeerd evenredig met het verhouding van windingen (I₁/I₂ = N₂/N₁). Dit stelt het apparaat in staat om grote stroomwaarden proportioneel te verlagen naar gestandaardiseerde lage stroomwaarden (meestal 5A of 1A), waardoor meting, monitoring en bescherming mogelijk zijn.

Het elektrische symbool ervan is als volgt:

Het verhouding van de primaire tot de secundaire nominale stroom van een stroomversterker wordt de stroomtransformatieverhouding (Ke) genoemd. De expressie voor de stroomtransformatieverhouding is:

Opmerking:

• W₁, W₂ zijn het aantal windingen in de primaire en secundaire windingen van de versterker, respectievelijk;
• I₁ₑ, I₂ₑ zijn de nominale stroomwaarden van de primaire en secundaire windingen, respectievelijk;
• I₁, I₂ zijn de daadwerkelijke stroomwaarden in de primaire en secundaire windingen, respectievelijk.

2. Functies

• Stroommeting: Reduceert hoge primaire stroomwaarden naar gestandaardiseerde lage secundaire stroomwaarden (bijv. 5A of 1A), waardoor ammeters, energiemeters en andere instrumenten in staat zijn om de belastingstroom in real time te monitoren.
• Relaisbescherming: Levert stroomsignalen aan beschermingsrelais voor overstroming, differentiële en afstandsbescherming. Bij storingen zoals kortsluitingen of overbelasting activeert het beschermingssysteem een trip-signaal om de stroomvoorziening te stoppen, waardoor schade aan apparatuur en instabiliteit van het systeem voorkomen wordt.
• Elektrische isolatie: Biedt galvanische isolatie tussen het hoogspanning/hogestroom primaire circuit en de laagspanning secundaire circuits die gebruikt worden voor meting, controle en bescherming. Dit zorgt voor de veiligheid van personeel en secundaire apparatuur.

3. Kenmerken

• Hoge betrouwbaarheid: Moet hoge mechanische en thermische spanningen tijdens kortsluitingen kunnen weerstaan. CT's zijn ontworpen met uitstekende dynamische en thermische stabiliteit om intact te blijven onder extreme storingstoestanden.
• Meervoudige windingontwerp: Hoogspannings-CT's hebben vaak meerdere secundaire windingen — één voor meting (hoog nauwkeurig, bijv. klasse 0,5) en een ander voor bescherming (brede bereik en snelle respons, bijv. klasse 5P of 10P). Laagspannings-CT's hebben meestal één of twee windingen om basis toepassingen te voldoen.
• Secundaire zijde mag niet openstaan: Een open circuit aan de secundaire zijde kan uiterst hoge spanningen (tot enkele kV) over de winding induceren, wat ernstige risico's van isolatiebreuk, apparatuurschade en elektrische schokken met zich meebrengt. Daarom moet de secundaire schakeling tijdens bedrijf gesloten blijven — het openen ervan is strikt verboden.

4. Toepassingsgebieden

• Toepassingen bij hoge spanning: Gebruikt in transmissielijnen en stations met spanningen van 1 kV en hoger (bijv. 10 kV, 35 kV, 110 kV systemen). Wijd toegepast voor stroommonitoring en -bescherming van cruciale apparatuur zoals transformatoren, schakelaars en busbars, speelt een vitale rol in het waarborgen van de betrouwbaarheid en veiligheid van het netwerk.
• Toepassingen bij lage spanning: Toegepast in distributiesystemen onder 1 kV (bijv. industriële werkplaatsen, commerciële gebouwen, woongebieden). Meestal geïnstalleerd in laagspanningsschakelkasten of distributiepanelen voor vertakkingsschakeling-monitoring, energiemeting of integratie met residuele stroomapparaten (RCD's) en slimme meters om veilige en efficiënte energiebeheersing mogelijk te maken.