สองประเภทหลักของเครื่องแปลงขนาดในระบบไฟฟ้า

I. หม้อแปลงแรงดัน (VT)

หม้อแปลงแรงดัน (Potential Transformer, ย่อว่า PT; Voltage Transformer, ย่อว่า VT) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการแปลงระดับแรงดันในวงจรไฟฟ้า

1. หลักการทำงาน

หม้อแปลงแรงดันทำงานตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และมีโครงสร้างคล้ายกับหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไป ประกอบด้วยขดลวดหลัก ขดลวดรอง และแกนกลาง ขดลวดหลักเชื่อมต่อกับวงจรแรงดันสูงที่ต้องการวัดและมีจำนวนรอบมาก

ขดลวดรองซึ่งมีจำนวนรอบน้อยกว่า เชื่อมต่อกับเครื่องมือวัด เครื่องคุ้มครอง และโหลดอื่น ๆ ในภาวะการทำงานปกติ ด้านรองจะอยู่ในสภาพเปิดวงจรเกือบตลอดเวลา ตามกฎของเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันหลักและแรงดันรองเท่ากับอัตราส่วนของจำนวนรอบ (U₁/U₂ = N₁/N₂) ทำให้แรงดันสูงสามารถลดลงเป็นแรงดันมาตรฐานที่ต่ำ (โดยทั่วไป 100V หรือ 100/√3 V) ทำให้ปลอดภัยและเหมาะสมสำหรับอุปกรณ์วัดและการคุ้มครอง

สัญลักษณ์ทางไฟฟ้าของมันคือดังนี้:

2. ฟังก์ชัน

• วัดแรงดัน: ลดแรงดันระบบสูงลงเป็นแรงดันมาตรฐานที่ต่ำ (เช่น 100V หรือ 100/√3 V) เพื่อใช้งานกับโวลต์มิเตอร์ เมตรพลังงาน และเครื่องมือวัดอื่น ๆ ทำให้สามารถตรวจสอบแรงดันระบบไฟฟ้าได้แบบเรียลไทม์
• คุ้มครองวงจร: ให้สัญญาณแรงดันที่เชื่อถือได้สำหรับเครื่องคุ้มครองเพื่อป้องกันแรงดันเกิน แรงดันต่ำ และฟังก์ชันคุ้มครองอื่น ๆ เมื่อเกิดภาวะแรงดันผิดปกติ ระบบคุ้มครองจะตอบสนองอย่างรวดเร็ว โดยส่งคำสั่งทริปเพื่อแยกวงจรที่เสียหายออกและรักษาความปลอดภัยของระบบและอุปกรณ์
• วัดพลังงานและการเรียกเก็บเงิน: ทำงานร่วมกับเมตรพลังงานเพื่อวัดการใช้พลังงานในวงจรแรงดันสูง เป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับการเรียกเก็บเงินและการชำระค่าพลังงาน

3. ลักษณะเฉพาะ

• ความแม่นยำสูง: หม้อแปลงแรงดันที่ใช้วัดมีระดับความแม่นยำสูง (เช่น 0.2, 0.5) เพื่อให้แน่ใจว่าวัดแรงดันและพลังงานได้อย่างแม่นยำ หม้อแปลงแรงดันที่ใช้สำหรับคุ้มครองมีความแม่นยำต่ำกว่า (เช่น 3P, 6P) แต่มีการตอบสนองที่รวดเร็ว
• ความต้องการฉนวนสูง: หม้อแปลงแรงดันแรงดันสูงต้องทนทานต่อแรงดันทำงานสูงและมักใช้ฉนวนน้ำมัน, แก๊ส SF₆ หรือเรซินแข็งเพื่อประสิทธิภาพที่มั่นคงและเชื่อถือได้ หม้อแปลงแรงดันแรงดันต่ำมักเป็นประเภทแห้ง มีโครงสร้างง่ายและบำรุงรักษาได้ง่าย
• ด้านรองห้ามเกิดการลัดวงจร: การลัดวงจรที่ด้านรองสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าสูงมาก อาจทำให้ขดลวดร้อนและเสียหาย ดังนั้น วงจรรองต้องได้รับการคุ้มครองด้วยฟิวส์หรือเบรกเกอร์ขนาดเล็ก

4. สถานการณ์การใช้งาน

• การใช้งานแรงดันสูง: เหมาะสำหรับสายส่งและสถานีไฟฟ้าที่มีแรงดัน 1 kV ขึ้นไป (เช่น ระบบ 10 kV, 35 kV, 110 kV) ใช้เพื่อตรวจสอบแรงดันบัสบาร์หรือสายส่งและให้ข้อมูลเข้าสู่ระบบคุ้มครอง เพื่อรักษาการดำเนินงานของระบบไฟฟ้าให้มั่นคงและปลอดภัย
• การใช้งานแรงดันต่ำ: เหมาะสำหรับระบบจำหน่ายที่มีแรงดันต่ำกว่า 1 kV (เช่น วงจร 220V สำหรับที่อยู่อาศัย ระบบ 380V สำหรับอุตสาหกรรม) ติดตั้งในแผงสวิตช์แรงดันต่ำเพื่อตรวจสอบแรงดันด้านผู้บริโภคหรือเชื่อมต่อกับเมตรพลังงานเพื่อวัดกำลังไฟฟ้า

II. หม้อแปลงกระแส (CT)

หม้อแปลงกระแส (CT) หรือที่เรียกว่า หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า คือ อุปกรณ์หม้อแปลงที่ภายใต้ภาวะการทำงานปกติ จะผลิตกระแสรองที่สัดส่วนกับกระแสหลัก พร้อมกับความแตกต่างเฟสที่ใกล้ศูนย์เมื่อเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง

1. หลักการทำงาน

หม้อแปลงกระแสทำงานตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และมีโครงสร้างคล้ายกับหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไป ประกอบด้วยขดลวดหลัก ขดลวดรอง และแกนแม่เหล็ก ขดลวดหลักเชื่อมต่อกับวงจรที่ต้องการวัดและมีจำนวนรอบน้อย (บางครั้งมีเพียงรอบเดียว) นำพากระแสหลักสูง

ขดลวดรองซึ่งมีจำนวนรอบมากกว่า เชื่อมต่อกับเครื่องมือวัด เครื่องคุ้มครอง และโหลดอื่น ๆ ทำให้เป็นวงจรป้อนกลับ ภายใต้ภาวะการทำงานปกติ ด้านรองจะอยู่ในสภาพลัดวงจรเกือบตลอดเวลา ตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสหลักและกระแสรองเป็นสัดส่วนผกผันกับจำนวนรอบ (I₁/I₂ = N₂/N₁) ทำให้กระแสสูงสามารถลดลงเป็นกระแสมาตรฐานที่ต่ำ (โดยทั่วไป 5A หรือ 1A) ทำให้การวัด การตรวจสอบ และการคุ้มครองเป็นไปได้ง่าย

สัญลักษณ์ทางไฟฟ้าของมันคือดังนี้:

อัตราส่วนกระแสหลักกับกระแสรองที่กำหนดของหม้อแปลงกระแสเรียกว่า อัตราส่วนการแปลงกระแส (Ke) แสดงด้วยสมการ:

หมายเหตุ:

• W₁, W₂ คือ จำนวนรอบของขดลวดหลักและขดลวดรองของหม้อแปลง ตามลำดับ;
• I₁ₑ, I₂ₑ คือ กระแสกำหนดของขดลวดหลักและขดลวดรอง ตามลำดับ;
• I₁, I₂ คือ กระแสจริงในขดลวดหลักและขดลวดรอง ตามลำดับ

2. ฟังก์ชัน

• วัดกระแส: ลดกระแสหลักสูงลงเป็นกระแสรองมาตรฐานที่ต่ำ (เช่น 5A หรือ 1A) ทำให้แอมมิเตอร์ เมตรพลังงาน และเครื่องมือวัดอื่น ๆ สามารถตรวจสอบกระแสโหลดได้แบบเรียลไทม์
• คุ้มครองวงจร: จัดหาสัญญาณกระแสให้กับเครื่องคุ้มครองเพื่อป้องกันกระแสเกิน ความแตกต่าง และการคุ้มครองระยะทาง เมื่อเกิดความผิดปกติเช่น ลัดวงจร หรือโหลดเกิน ระบบคุ้มครองจะส่งสัญญาณทริปเพื่อตัดการจ่ายไฟ ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์และความไม่เสถียรของระบบ
• การแยกทางไฟฟ้า: ให้การแยกทางไฟฟ้าระหว่างวงจรหลักแรงดันสูง/กระแสสูง กับวงจรรองแรงดันต่ำ ที่ใช้สำหรับการวัด การควบคุม และการคุ้มครอง ทำให้รักษาความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์รอง

3. ลักษณะเฉพาะ

• ความเชื่อถือได้สูง: ต้องทนทานต่อแรงกลและความร้อนสูงในภาวะลัดวงจร หม้อแปลงกระแสออกแบบมาให้มีความเสถียรทางพลศาสตร์และความร้อนที่ยอดเยี่ยม เพื่อให้คงสภาพได้ภายใต้ภาวะความผิดพลาดที่รุนแรง
• การออกแบบหลายขดลวด: หม้อแปลงกระแสแรงดันสูงมักมีขดลวดรองหลายขด หนึ่งสำหรับการวัด (ความแม่นยำสูง เช่น ระดับ 0.5) และอีกหนึ่งสำหรับการคุ้มครอง (ช่วงกว้างและตอบสนองเร็ว เช่น ระดับ 5P หรือ 10P) หม้อแปลงกระแสแรงดันต่ำมักมีขดลวดเดียวหรือสองขดเพื่อตอบสนองความต้องการพื้นฐาน
• ด้านรองห้ามเปิดวงจร: การเปิดวงจรที่ด้านรองสามารถทำให้เกิดแรงดันสูง (สูงถึงหลาย kV) ข้ามขดลวด ซึ่งเป็นอันตรายต่อการชำรุดของฉนวน การเสียหายของอุปกรณ์ และการช็อตไฟฟ้า ดังนั้น วงจรรองต้องปิดวงจรอยู่เสมอ ห้ามเปิดวงจรโดยเด็ดขาด

4. สถานการณ์การใช้งาน

• การใช้งานแรงดันสูง: ใช้ในสายส่งและสถานีไฟฟ้าที่มีแรงดัน 1 kV ขึ้นไป (เช่น ระบบ 10 kV, 35 kV, 110 kV) ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบกระแสและการคุ้มครองอุปกรณ์สำคัญ เช่น หม้อแปลง ตัวตัดวงจร และบัสบาร์ ทำให้ระบบไฟฟ้ามั่นคงและปลอดภัย
• การใช้งานแรงดันต่ำ: ใช้ในระบบจำหน่ายที่มีแรงดันต่ำกว่า 1 kV (เช่น โรงงานอุตสาหกรรม อาคารพาณิชย์ คอมเพล็กซ์ที่อยู่อาศัย) ติดตั้งในแผงสวิตช์แรงดันต่ำหรือแผงกระจายไฟฟ้าเพื่อการตรวจสอบสาขาวงจร การวัดพลังงาน หรือการรวมกับอุปกรณ์ป้องกันกระแสตกค้าง (RCDs) และมิเตอร์อัจฉริยะ เพื่อการจัดการการใช้พลังงานอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ