De två huvudtyperna av mättransformatorer i ett elkraftsystem.

I. Spänningsomvandlare (VT)

Spänningsomvandlare (Potential Transformer, förkortat PT; Voltage Transformer, förkortat VT) är en elektrisk enhet som används för att omvandla spänningsnivåer i strömkretsar.

1. Funktionsprincip

Spänningsomvandlaren fungerar enligt principen för elektromagnetisk induktion och har en struktur liknande en konventionell omvandlare, bestående huvudsakligen av en primär vindning, en sekundär vindning och ett kärnmaterial. Den primära vindningen är ansluten parallellt till den högspänningskrets som mäts och har ett stort antal varv.

Den sekundära vindningen, med färre varv, är ansluten till mätinstrument, skyddsrörelser och andra laster. Under normal drift är den sekundära sidan ungefär i öppen krets. Enligt lagen om elektromagnetisk induktion är förhållandet mellan primär- och sekundärspänning lika med varvsförhållandet (U₁/U₂ = N₁/N₂). Detta gör att högspänningen kan proportionellt sänkas till en standardiserad lågspänning (vanligtvis 100V eller 100/√3 V), vilket gör den säker och lämplig för mät- och skyddsinstrument.

Dess elektriska symbol är följande:

2. Funktioner

• Spänningsmätning: Sänker systemets höga spänningar till standardiserade låga spänningar (t.ex. 100V eller 100/√3 V) för användning i spänningsmätare, energimätare och andra mätinstrument, vilket möjliggör realtidsövervakning av strömsystemets spänning.
• Skyddsrörelse: Ger tillförlitliga spänningsignaler till skyddsrörelser för över- och undervoltage skydd samt andra skyddsfunger. När ovanliga spänningsförhållanden uppstår reagerar skyddssystemet snabbt, utlöser ett trip-kommando för att isolera den felaktiga kretsen och säkerställa system- och utrustningssäkerhet.
• Energimätning och fakturering: Fungerar tillsammans med energimätare för att exakt mäta energiförbrukningen i högspänningskretsar. Det fungerar som en viktig grund för elnätsbolagsfakturering och energireglering.

3. Egenskaper

• Hög precision: Mätningstillämpade spänningsomvandlare har höga noggrannhetsklasser (t.ex. 0,2, 0,5) för att säkerställa exakt spänningsmätning och energimätning. Skyddsklassade VT ger prioritet åt snabb respons och har relativt lägre noggrannhetsklasser (t.ex. 3P, 6P).
• Höga isolationskrav: Högspännings-VT måste klara av höga driftsspänningar och använder vanligtvis oljeimpregnerad, SF₆-gas eller fast resinisolering för stabil och pålitlig prestanda. Lågspännings-VT är mestadels torrtyp, med enkel struktur och enkel underhåll.
• Sekundär sidan får inte kortslutas: Ett kortslut på den sekundära sidan kan generera extremt höga strömmar, vilket potentiellt kan överheta och förstöra vindningarna. Därför måste den sekundära kretsen skyddas med sikringar eller minispakopplingar.

4. Tillämpningsområden

• Högspänningsapplikationer: Lämplig för överföringslinjer och växelstationer med spänningar på 1 kV och över (t.ex. 10 kV, 35 kV, 110 kV-system). Används för att övervaka busbar- eller linjespänningar och ge indata till skyddssystem, vilket säkerställer säker och stabil nätverksdrift.
• Lågspänningsapplikationer: Tillämplig på distributionsystem under 1 kV (t.ex. 220V bostadsströmkretsar, 380V industriella system). Vanligtvis installerad i lågspänningsväxlar för övervakning av konsumenternas spänning eller koppling till energimätare för effektmätning.

II. Strömtransformator (CT)

En strömtransformator (CT), även känd som en strömtransducer, är en instrumenttransformator som under normal drift producerar en sekundär ström som är proportionell till den primära strömmen, med en fas skillnad som närmar sig noll vid korrekt anslutning.

1. Funktionsprincip

Strömtransformatorn fungerar enligt principen för elektromagnetisk induktion och har en struktur liknande en konventionell transformator, bestående av en primär vindning, en sekundär vindning och en magnetisk kärna. Den primära vindningen är ansluten i serie med den mätbara kretsen och har mycket få varv (ibland bara ett varv), som bär den höga primära strömmen.

Den sekundära vindningen, med många fler varv, är ansluten i serie till mätinstrument, skyddsrörelser och andra laster, bildande en sluten krets. Under normal drift är den sekundära sidan ungefär i kortslut. Enligt elektromagnetisk induktion är förhållandet mellan primär- och sekundärström inversproportionellt till varvsförhållandet (I₁/I₂ = N₂/N₁). Detta gör att stora strömmar kan skalas ned proportionellt till standardiserade lågnivåströmmar (vanligtvis 5A eller 1A), vilket underlättar mätning, övervakning och skydd.

Dess elektriska symbol är följande:

Förhållandet mellan den primära och sekundära nominella strömmen hos en strömtransformator kallas strömförhållande (Ke). Uttrycket för strömförhållandet är:

Note:

• W₁, W₂ är antalet varv i den primära respektive sekundära vindningen av transformatorn;
• I₁ₑ, I₂ₑ är de nominella strömmarna i den primära respektive sekundära vindningen;
• I₁, I₂ är de faktiska strömmarna i den primära respektive sekundära vindningen.

2. Funktioner

• Ström-mätning: Sänker höga primära strömmar till standardiserade låga sekundära strömmar (t.ex. 5A eller 1A), vilket möjliggör för ampermetrar, energimätare och andra instrument att övervaka belastningsströmmen i realtid.
• Skyddsrörelse: Levererar strömsignaler till skyddsrörelser för överströmning, differentiell skydd och distansskydd. När fel såsom kortslut eller överbelastning inträffar utlöser skyddssystemet ett trip-signal för att koppla bort strömförsörjningen, vilket förhindrar skada på utrustning och systeminstabilitet.
• Elektrisk isolering: Ger galvanisk isolering mellan den högspänning/högströms primära kretsen och de lågspännings sekundära kretsarna som används för mätning, kontroll och skydd. Detta säkerställer personal- och sekundärutrustningssäkerhet.

3. Egenskaper

• Hög tillförlitlighet: Måste klara av höga mekaniska och termiska belastningar under kortsluts-händelser. CT:er är utformade med utmärkt dynamisk och termisk stabilitet för att hålla ihop under extrema felvillkor.
• Flera vindningsdesign: Högspännings-CT:er har ofta flera sekundära vindningar - en för mätning (hög noggrannhet, t.ex. klass 0,5) och en annan för skydd (bred spänningsomfattning och snabb respons, t.ex. klass 5P eller 10P). Lågspännings-CT:er har vanligtvis en eller två vindningar för att uppfylla grundläggande behov.
• Sekundär sidan får inte vara öppen: Ett öppet krets på den sekundära sidan kan inducera extremt höga spänningar (upp till flera kV) över vindningen, vilket innebär allvarliga risker för isoleringsbrott, utrustningsskada och elektrisk stöt. Därför måste den sekundära kretsen vara stängd under drift - det är strikt förbjudet att öppna den.

4. Tillämpningsområden

• Högspänningsapplikationer: Används i överföringslinjer och växelstationer med spänningar på 1 kV och över (t.ex. 10 kV, 35 kV, 110 kV-system). Vidsträckt tillämpad för strömmönitoring och skydd av viktiga utrustningar som transformatorer, brytare och busbars, spelar en viktig roll för att säkerställa nätets tillförlitlighet och säkerhet.
• Lågspänningsapplikationer: Tillämpas i distributionsystem under 1 kV (t.ex. industriella verkstäder, kommersiella byggnader, bostadsområden). Vanligtvis installerad i lågspänningsväxlar eller distributionspaneler för grenkretsövervakning, energimätning eller integrering med restströmsenheter (RCD:er) och smarta mätare för att möjliggöra säker och effektiv energihantering.