De to hovedtyper instrumenttransformatorer i et strømsystem.

I. Spenningstransformator (VT)

Spenningstransformator (også kjent som spenningstransformator, forkortet PT; eller spenningstransformator, forkortet VT) er et elektrisk enhet brukt for å transformere spenningsnivåer i kraftkretser.

1. Driftsprinsipp

Spenningstransformator fungerer basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon og har en struktur lignende en konvensjonell transformator, bestående hovedsakelig av en primær spole, en sekundær spole og en jernkjede. Primærspolen kobles parallelt til det høyvoltskretset som måles og har et stort antall vikter.

Sekundærspolen, med færre vikter, kobles til måleenheter, beskyttelsesreléer og andre laster. Under normale driftsforhold er sekundærsiden nesten i åpen krets. Ifølge loven om elektromagnetisk induksjon er forholdet mellom primær- og sekundærspenning likt forholdet mellom antallet vikter (U₁/U₂ = N₁/N₂). Dette lar den høye spenningen proporsjonalt reduseres til et standardisert lavspenn (typisk 100V eller 100/√3 V), gjør det trygt og egnet for måle- og beskyttelsesenheter.

Dens elektriske symbol er som følger:

2. Funksjoner

• Måling av spenning: Reduserer høye systemspenninger til standardiserte lavspenninger (f.eks. 100V eller 100/√3 V) for bruk av spenningmålere, energimålere og andre måleenheter, som muliggjør sanntidskontroll av kraftsystemets spenning.
• Beskyttelse ved reléer: Leverer pålitelige spenningsignaler til beskyttelsesreléer for over- og undervoltsbeskyttelse, samt andre beskyttelsesfunksjoner. Når uvanlige spenningsforhold oppstår, reagerer beskyttelsessystemet raskt, utløser en trip-kommando for å isolere feilbelasted kretsen og sikre systemets og utstyrets sikkerhet.
• Energimåling og fakturering: Arbeider sammen med energimålere for nøyaktig måling av energiforbruk i høyvoltskretser. Det danner en viktig grunnlag for energifakturering og -regulering.

3. Karakteristika

• Høy nøyaktighet: Måleklasse spenningstransformatorer har høye nøyaktighetsklasser (f.eks. 0,2, 0,5) for å sikre nøyaktig spenningmåling og energimåling. Beskyttelsesklasse VT gir førsteprioritet til rask respons og har relativt lavere nøyaktighetsklasser (f.eks. 3P, 6P).
• Høye isolasjonskrav: Høyvolts VT må tåle høye driftsspenninger og bruker typisk oljeimpregnert, SF₆-gass eller faste harsisolering for stabil og pålitelig ytelse. Lavvolts VT er mest ofte tørre, med enkel struktur og lett vedlikehold.
• Sekundærsiden må ikke kortsluttes: En kortslutning på sekundærsiden kan generere ekstremt høye strømmer, som potensielt kan overhete og ødelegge vikter. Derfor må sekundærsirkelen være beskyttet med sikringer eller minispesialbrytere.

4. Anvendelsesscenarier

• Høyvoltsanvendelser: Egnet for overføringslinjer og transformeringsstasjoner med spenninger på 1 kV og over (f.eks. 10 kV, 35 kV, 110 kV systemer). Brukes til å overvåke busbar- eller linjespenninger og gi inndata til beskyttelsessystemer, for å sikre trygg og stabil nettoperasjon.
• Lavvoltsanvendelser: Gjelder distribusjonssystemer under 1 kV (f.eks. 220V boligkretser, 380V industrielle systemer). Vanligvis installert i lavvolts bryterblokker for overvåking av forbrukersiden spenning eller koblet til energimålere for effektforbruksmåling.

II. Strømtransformator (CT)

En strømtransformator (CT), også kjent som strømtransduser, er en instrumenttransformator som, under normale driftsforhold, produserer en sekundærstrøm som er betydelig proporsjonal med primærstrømmen, med en faseforskjell nær null når korrekt koblet.

1. Driftsprinsipp

Strømtransformator fungerer basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon og har en struktur lignende en konvensjonell transformator, bestående av en primær spole, en sekundær spole og en magnetisk kjede. Primærspolen kobles serie med det målte kretset og har få vikter (noen ganger bare én vikt), som bærer den høye primærstrømmen.

Sekundærspolen, med mange flere vikter, kobles serie til måleenheter, beskyttelsesreléer og andre laster, daner en lukket sirkel. Under normal drift er sekundærsiden nesten i kortsluttet tilstand. Ifølge elektromagnetisk induksjon er forholdet mellom primær- og sekundærstrøm omvendt proporsjonalt med viktforholdet (I₁/I₂ = N₂/N₁). Dette lar store strømmer proporsjonalt skaleres ned til standardiserte lavstrømmer (typisk 5A eller 1A), som forenkler måling, overvåking og beskyttelse.

Dens elektriske symbol er som følger:

Forholdet mellom primær- og sekundærbestemte strømmer i en strømtransformator kalles strømtransformasjonsforhold (Ke). Uttrykket for strømtransformasjonsforholdet er:

Merknad:

• W₁, W₂ er antallet vikter i primær- og sekundærspoler av transformator henholdsvis;
• I₁ₑ, I₂ₑ er de bestemte strømmene i primær- og sekundærspoler henholdsvis;
• I₁, I₂ er de faktiske strømmene i primær- og sekundærspoler henholdsvis.

2. Funksjoner

• Strømmåling: Reduserer høye primærstrømmer til standardiserte lavsekundærstrømmer (f.eks. 5A eller 1A), som muliggjør at amperemålere, energimålere og andre instrumenter kan overvåke belastningsstrømmen i sanntid.
• Beskyttelse ved reléer: Leverer strømsignaler til beskyttelsesreléer for overstrøm, differensial- og distansebeskyttelse. Når feil som kortslutning eller overlast oppstår, utløser beskyttelsessystemet en trip-signal for å skille strøm, for å unngå utstyrsskader og systemustabilitet.
• Elektrisk isolasjon: Gir galvanisk isolasjon mellom høyvolts/høystrøm primærkretsen og lavvolts sekundærkretser brukt for måling, kontroll og beskyttelse. Dette sikrer personnelsikkerhet og sekundærutstyr.

3. Karakteristika

• Høy pålitelighet: Må tåle høye mekaniske og termiske stress under kortslutningshendelser. CT er designet med fremragende dynamisk og termisk stabilitet for å forbli intakt under ekstreme feiltilfeller.
• Flere spolerdesign: Høyvolts CT har ofte flere sekundærspoler—en for måling (høy nøyaktighet, f.eks. klasse 0,5) og en annen for beskyttelse (bred rekkevidde og rask respons, f.eks. klasse 5P eller 10P). Lavvolts CT har typisk en eller to spoler for å møte grunnleggende anvendelsesbehov.
• Sekundærsiden må ikke være åpenkretset: En åpen krets på sekundærsiden kan inducere ekstremt høye spenninger (opp til flere kV) over spolen, som representerer alvorlige risikoer for isolasjonsnedbryting, utstyrsskade og elektrisk sjokk. Derfor må sekundærsirkelen forbli lukket under drift—åpening er strengt forbudt.

4. Anvendelsesscenarier

• Høyvoltsanvendelser: Brukes i overføringslinjer og transformeringsstasjoner med spenninger på 1 kV og over (f.eks. 10 kV, 35 kV, 110 kV systemer). Bredt anvendt i strømmåling og beskyttelse av kritisk utstyr som transformer, brytere og busbar, spiller en viktig rolle i å sikre nettets pålitelighet og sikkerhet.
• Lavvoltsanvendelser: Brukes i distribusjonssystemer under 1 kV (f.eks. industrielle verksteder, kommersielle bygninger, boligkomplekser). Vanligvis installert i lavvolts bryterblokker eller fordelingspanel for grensesirkelmåling, energimåling, eller integrert med residuella strømapparat (RCD) og smartmålere for å muliggjøre trygg og effektiv energiforbrukshåndtering.