Dve glavni vrsti merilnih transformatorjev v sistemu za proizvodnjo električne energije.

I. Napetostni transformator (VT)

Napetostni transformator (tudi napetostni preoblikovalnik, okrajšano PT; napetostni transformator, okrajšano VT) je električno napravo, uporabljeno za preoblikovanje nivojev napetosti v električnih krmilnikih.

1. Načelo delovanja

Napetostni transformator deluje na načelu elektromagnetske indukcije in ima strukturo, podobno konvencionalnemu transformatorju, sestavljeno predvsem iz primarnega navija, sekundarnega navija in jedra. Primarni navij je priključen vzporedno z merjenim visokonapetostnim krilom in ima veliko število zavojnic.

Sekundarni navij, z manj zavojnic, je povezan s merilnimi instrumenti, zaščitnimi releji in drugimi obremenitvami. V normalnem delovanju je sekundarna stran približno v stanju odprtih vezij. Po zakonu elektromagnetske indukcije je razmerje med primarno in sekundarno napetostjo enako razmerju števila zavojnic (U₁/U₂ = N₁/N₂). To omogoča proporcionalno zmanjšanje visoke napetosti na standardizirano nizko napetost (običajno 100V ali 100/√3 V), kar je varno in primerljivo za merilne in zaščitne naprave.

Njegov električni simbol je naslednji:

2. Funkcije

• Merjenje napetosti: Zmanjša visoke sistemsko napetosti na standardizirane nizke napetosti (npr. 100V ali 100/√3 V) za uporabo voltmeterjev, energijskih merilcev in drugih merilnih instrumentov, omogoča realnočasno spremljanje napetosti v električnem sistemu.
• Zaščita relejev: Prideluje zanesljive signale napetosti za zaščitne releje za prekomerno napetost, premalo napetost in druge funkcije zaščite. Ko se pojavijo nepravilne pogoji napetosti, hitro reagira zaščitni sistem, ki sproži ukaz preklopa za izolacijo defektne veže in zagotavlja varnost sistema in opreme.
• Merenje energije in obračunavanje: Sodeluje z energijskimi merilci za točno merjenje porabe energije v visokonapetostnih krilih. Služi kot ključna osnova za obračunavanje stroškov in računanje energije.

3. Značilnosti

• Visoka natančnost: Merilni napetostni transformatorji imajo visoke razrede natančnosti (npr. 0,2, 0,5) za zagotavljanje točnega merjenja napetosti in energije. Zaščitni VT-i dajejo prednost hitremu odzivu in imajo relativno nižje razrede natančnosti (npr. 3P, 6P).
• Visoki zahtevi glede izolacije: Visokonapetostni VT-ji morajo zneseiti visoke delovne napetosti in običajno uporabljajo oljnati, SF₆ plinski ali pečeni polimerne izolacije za stabilno in zanesljivo delovanje. Nizkonapetostni VT-ji so večinoma suhi, z enostavno strukturo in preprosto vzdrževanjem.
• Sekundarna stran ne sme biti skračana: Skračava na sekundarni strani lahko ustvari izjemno visoke tokove, ki lahko pregrejejo in uničijo navije. Zato mora biti sekundarni krog zaščiten z vstavljalniki ali miniaturkami.

4. Uporabni scenariji

• Uporaba pri visokih napetostih: Ustrezen za prenosne črte in pretvorilne postaje z napetostmi 1 kV in višje (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemi). Uporablja se za spremljanje napetosti busbarjev ali črt in prinašanje vhodnih signalov za zaščitne sisteme, za zagotavljanje varne in stabilne operacije mreže.
• Uporaba pri nizkih napetostih: Uporaben za distribucijske sisteme pod 1 kV (npr. 220V bivalni krili, 380V industrijski sistemi). Običajno nameščen v nizkonapetostnih odklopnih napravah za spremljanje napetosti strank ali povezavo z energijskimi merilci za merjenje energije.

II. Tokovni transformator (CT)

Tokovni transformator (CT), tudi tokovni preoblikovalnik, je merilni transformator, ki v normalnem delovanju ustvarja sekundarni tok, ki je sorazmeren s primarnim tokom, z faznim razliko, ki je blizu nič, ko je pravilno povezan.

1. Načelo delovanja

Tokovni transformator deluje na načelu elektromagnetske indukcije in ima strukturo, podobno konvencionalnemu transformatorju, sestavljeno iz primarnega navija, sekundarnega navija in magnetnega jedra. Primarni navij je priključen zaporedno s krilom, ki ga merimo, in ima zelo malo zavojnic (često le eno zavojnico), ki nosi visok primarni tok.

Sekundarni navij, z mnogo več zavojnic, je povezan zaporedno s merilnimi instrumenti, zaščitnimi releji in drugimi obremenitvami, tvori zaprto vezje. V normalnem delovanju je sekundarna stran približno v stanju skračave. Po zakonu elektromagnetske indukcije je razmerje med primarnim in sekundarnim tokom obratno sorazmerno s razmerjem števila zavojnic (I₁/I₂ = N₂/N₁). To omogoča proporcionalno zmanjšanje velikih tokov na standardizirane nizke toke (običajno 5A ali 1A), kar omogoča merjenje, spremljanje in zaščito.

Njegov električni simbol je naslednji:

Razmerje med primarnim in sekundarnim nazivnim tokom tokovnega transformatorja se imenuje razmerje toka (Ke). Izraz za razmerje toka je:

Opomba:

• W₁, W₂ so število zavojnic v primarnem in sekundarnem naviju transformatorja;
• I₁ₑ, I₂ₑ so nazivni toki primarnega in sekundarnega navija;
• I₁, I₂ so dejanski toki v primarnem in sekundarnem naviju.

2. Funkcije

• Merjenje toka: Zmanjša visoke primarne tokove na standardizirane nizke sekundarne toke (npr. 5A ali 1A), omogoča ampermetrom, energijskim merilcem in drugim instrumentom, da v realnem času spremljajo toke obremenitve.
• Zaščita relejev: Prideluje signale toka za zaščitne releje za prekomerne tokove, diferencialno zaščito in zaščito na razdaljo. Ko se pojavijo napaki, kot so kratki tokovi ali preobremenitve, zaščitni sistem sproži ukaz preklopa, da prekine oskrbo z energijo, prepreči poškodbo opreme in nestabilnost sistema.
• Električna izolacija: Prideluje galvanicno izolacijo med visokonapetostno/visoko tokovno primarno vezo in nizkonapetostnimi sekundarnimi vezmi, uporabljenimi za merjenje, krmiljenje in zaščito. To zagotavlja varnost osebja in sekundarnih naprav.

3. Značilnosti

• Visoka zanesljivost: Morajo zneseiti visoke mehanske in termalne stresne situacije med kratkimi tokovi. CT-ji so oblikovani s popolno dinamično in termalno stabilnostjo, da ostanejo nedotaknjeni v ekstremnih pogoji napaka.
• Dizajn z več naviji: Visokonapetostni CT-ji pogosto imajo več sekundarnih navijev – en za merjenje (visoka natančnost, npr. razred 0,5) in drug za zaščito (širok obseg in hitri odziv, npr. razred 5P ali 10P). Nizkonapetostni CT-ji običajno imajo enega ali dva navija, da bi zadostili osnovnim potrebam.
• Sekundarna stran ne sme biti odprta: Odprt krog na sekundarni strani lahko povzroči izjemno visoke napetosti (do nekaj kV) na naviju, kar predstavlja resne tveganja za razbitje izolacije, poškodbo opreme in električni udar. Zato mora biti sekundarni krog zaprt med delovanjem – odpiranje je strogo prepovedano.

4. Uporabni scenariji

• Uporaba pri visokih napetostih: Uporabljen v prenosnih črtah in pretvorilnih postajah z napetostmi 1 kV in višje (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemi). Široko uporabljen za spremljanje toka in zaščito pomembne opreme, kot so transformatorji, odklopne naprave in busbarji, igra ključno vlogo pri zagotavljanju zanesljivosti in varnosti mreže.
• Uporaba pri nizkih napetostih: Uporabljen v distribucijskih sistemih pod 1 kV (npr. industrijski delavnice, trgovske stavbe, bivalne kompleksi). Običajno nameščen v nizkonapetostnih odklopnih napravah ali distribucijskih panogih za spremljanje vejnih kril, merjenje energije ali združevanje z preostalimi tokovi (RCD) in pametnimi merilci za varno in učinkovito upravljanje uporabe energije.