Dva glavna tipa instrumentnih transformatora u sistemu snabdevanja električnom energijom

I. Naponski transformator (VT)

Naponski transformator (Potential Transformer, skraćeno PT; Voltage Transformer, skraćeno VT) je električni uređaj koji se koristi za transformaciju nivoa napona u elektroenergetskim kružnicama.

1. Način rada

Naponski transformator radi na principu elektromagnetske indukcije i ima strukturu sličnu konvencionalnom transformatoru, sastavljenu uglavnom od primarnog zavoja, sekundarnog zavoja i jezgra. Primarni zavoj je spojen paralelno sa merenom visokonaponskom kružnicom i ima veliki broj zavojnica.

Sekundarni zavoj, sa manjim brojem zavojnica, je spojen sa merilima, zaštitnim releima i drugim opterećenjima. Pod normalnim radnim uslovima, sekundarna strana je približno u stanju otvorene kružnice. Prema zakonu elektromagnetske indukcije, odnos primarnog i sekundarnog napona jednak je odnosu broja zavojnica (U₁/U₂ = N₁/N₂). Ovo omogućava proporcionalno snižavanje visokog napona na standardizovani niski napon (obično 100V ili 100/√3 V), čime se čini sigurnim i prihvatljivim za merila i zaštitna uređaja.

Njegov električni simbol je sledeći:

2. Funkcije

• Merenje napona: Snižava visoke sistemske napon na standardizovane niske napon (npr. 100V ili 100/√3 V) za upotrebu voltmetara, energijskih metara i drugih merila, omogućavajući stvarno vreme nadzor napona elektroenergetske mreže.
• Zaštita releima: Prikazuje pouzdane signale napona zaštitnim releima za prekomerni napon, nedostatak napona i druge funkcije zaštite. Kada se pojave nepravilnosti napona, sistem zaštite brzo reaguje, pokrećući komandu za isključivanje kako bi se izolovala greška u kružnici i osigurala sigurnost sistema i opreme.
• Energetsko merenje i naplatu: Rade u kombinaciji sa energijskim metrima kako bi tačno merili potrošnju energije u visokonaponskim kružnicama. Služi kao ključna osnova za naplatu energetske kompanije i obračun energije.

3. Karakteristike

• Visoka tačnost: Merilni naponski transformatori imaju visoke klase tačnosti (npr. 0,2, 0,5) kako bi osigurali precizno merenje napona i energetsko merenje. Zaštitni VT-ovi daju prednost brzom odgovoru i imaju relativno niže klase tačnosti (npr. 3P, 6P).
• Visoki zahtevi za izolacijom: Visokonaponski VT-ovi moraju izdržati visoke radne napone i obično koriste ulje, SF₆ gas ili čvrste smole za stabilan i pouzdan rad. Niskonaponski VT-ovi su većinom suvi, sa jednostavnim strukturom i lakšim održavanjem.
• Sekundarna strana ne sme biti kratkosprenuta: Kratkospre na sekundarnoj strani može generisati ekstremno visoke struje, što može dovesti do pregrejanja i uništavanja zavojnica. Stoga sekundarna kružnica mora biti zaštićena preko štapića ili mini prekidača.

4. Scenariji primene

• Primena u visokim naponima: Prikladni za prenosne linije i podstajice sa naponima od 1 kV i više (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemi). Koriste se za nadzor napona busova ili linija i pružanje unosa za sisteme zaštite, osiguravajući siguran i stabilan rad mreže.
• Primena u niskim naponima: Primjenjivi su u distributivnim sistemima ispod 1 kV (npr. 220V kućne kružnice, 380V industrijski sistemi). Obično su instalirani u niskonaponskim disjunktorskim ormaričima za nadzor napona sa strane potrosača ili su povezani sa energijskim metrima za merenje potrošnje energije.

II. Strujni transformator (CT)

Strujni transformator (CT), takođe poznat kao strujni transduktor, je instrumentni transformator koji, pod normalnim radnim uslovima, proizvodi sekundarnu struju koja je značajno proporcionalna primarnoj struji, sa faznim razlikama blizu nule kada je ispravno spojen.

1. Način rada

Strujni transformator radi na principu elektromagnetske indukcije i ima strukturu sličnu konvencionalnom transformatoru, sastavljenu od primarnog zavoja, sekundarnog zavoja i magnetnog jezgra. Primarni zavoj je spojen serijalno sa merenom kružnicom i ima vrlo malo zavojnica (ponekad samo jednu zavojnicu), nosi visoku primarnu struju.

Sekundarni zavoj, sa mnogo više zavojnica, je spojen serijalno sa merilima, zaštitnim releima i drugim opterećenjima, formirajući zatvorenu petlju. Pod normalnim radnim uslovima, sekundarna strana je približno u stanju kratkospre. Prema elektromagnetskoj indukciji, odnos primarnog i sekundarnog toka je obrnuto proporcionalan odnosu broja zavojnica (I₁/I₂ = N₂/N₁). Ovo omogućava da se velike struje proporcionalno smanje na standardizovane niske struje (obično 5A ili 1A), čime se olakšava merenje, nadzor i zaštita.

Njegov električni simbol je sledeći:

Odnos nominalne primarne i sekundarne struje strujnog transformatora naziva se koeficijent transformacije struje (Ke). Izraz za koeficijent transformacije struje je:

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

• Merenje struje: Snižava visoke primarne struje na standardizovane niske sekundarne struje (npr. 5A ili 1A), omogućavajući ampermetre, energijske metre i druge instrumente da u stvarnom vremenu nadgledaju struju opterećenja.
• Zaštita releima: Prikazuje strujne signale zaštitnim releima za prekomernu struju, diferencijalnu i udaljenu zaštitu. Kada se pojave greške poput kratkospre ili preopterećenja, sistem zaštite aktivira signal za isključivanje kako bi se prekinula snabdevačka struja, sprečavajući oštećenje opreme i nestabilnost sistema.
• Električna izolacija: Pruža galvansku izolaciju između visokonaponske/visokostrujne primarne kružnice i niskonaponskih sekundarnih kružnica koriscenih za merenje, kontrolu i zaštitu. To osigurava sigurnost osoblja i sekundarnih uređaja.

3. Karakteristike

• Visoka pouzdanost: Moraju izdržati visoke mehaničke i termalne stresove tokom događaja kratkospre. CT-ovi su dizajnirani sa odličnom dinamičkom i termalnom stabilnošću kako bi ostali integrisani u ekstremnim uslovima grešaka.
• Dizajn sa više zavojnica: Visokonaponski CT-ovi često imaju više sekundarnih zavojnica – jednu za merenje (visoka tačnost, npr. klasa 0,5) i drugu za zaštitu (širok raspon i brz odgovor, npr. klasa 5P ili 10P). Niskonaponski CT-ovi obično imaju jedan ili dva zavoja kako bi zadovoljavali osnovne potrebe aplikacije.
• Sekundarna strana ne sme biti otvorena: Otvorena kružnica na sekundarnoj strani može inducirati ekstremno visoke napone (do nekoliko kV) na zavojnicama, što predstavlja ozbiljan rizik od rušenja izolacije, oštećenja opreme i električnih udaraca. Stoga sekundarna kružnica mora ostati zatvorena tokom rada – njegovo otvaranje je strogo zabranjeno.

4. Scenariji primene

• Primena u visokim naponima: Koriste se u prenosnim linijama i podstajicama sa naponima od 1 kV i više (npr. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemi). Široko se primenjuju za nadzor struje i zaštitu ključne opreme poput transformatora, prekidača i busova, igrajući vitalnu ulogu u osiguravanju pouzdanosti i sigurnosti mreže.
• Primena u niskim naponima: Primenjuju se u distributivnim sistemima ispod 1 kV (npr. industrijske radionice, trgovinske zgrade, stambeni kompleksi). Obično su instalirani u niskonaponskim disjunktorskim ormaričima ili raspodelnim panelima za nadzor grana, energetsko merenje ili integraciju sa preostalim strujnim uređajima (RCDs) i pametnim metrima kako bi omogućili siguran i efikasan menadžment potrošnje energije.