Bir elektrik sistemindeki iki ana tip ölçüm transformatörü

I. Gerilim Dönüştürücüsü (VT)

Gerilim Dönüştürücüsü (Potansiyel Dönüştürücü, kısaltılmış hali PT; Gerilim Dönüştürücüsü, kısaltılmış hali VT) güç devrelerinde gerilim seviyelerini dönüştürmek için kullanılan bir elektrik cihazıdır.

1. Çalışma Prensibi

Gerilim dönüştürücüsü manyetik indüksiyon prensibine dayanır ve geleneksel bir dönüştürücünün yapısına benzer, çoğunlukla bir birincil bobin, ikincil bobin ve çekirdekten oluşur. Birincil bobin ölçüm yapılan yüksek gerilimli devreye paralel olarak bağlanır ve çok sayıda sarımına sahiptir.

Az sayıda sarımı olan ikincil bobin ölçüm aletleri, koruma röleleri ve diğer yüklerle bağlantılıdır. Normal çalışma koşullarında, ikincil taraf neredeyse açık devre halindedir. Manyetik indüksiyon yasalarına göre, birincil ile ikincil gerilim oranı sarım oranı (U₁/U₂ = N₁/N₂) eşittir. Bu, yüksek gerilimin standart düşük gerilime (genellikle 100V veya 100/√3 V) orantısal olarak düşürülmesine izin verir, bu da ölçüm ve koruma aletleri için güvenli ve uygun hale getirir.

Elektrik simgesi şu şekildedir:

2. Fonksiyonlar

• Gerilim Ölçümü: Yüksek sistem gerilimlerini standart düşük gerilimlere (örn. 100V veya 100/√3 V) düşürerek voltmetreler, enerji sayacı ve diğer ölçüm aletleri tarafından kullanılabilir, güç sistemi gerilimini gerçek zamanlı olarak izlemeyi sağlar.
• Koruma Rölesi: Koruma rölelerine aşırı gerilim, düşük gerilim ve diğer koruma fonksiyonları için güvenilir gerilim sinyalleri sağlar. Anormal gerilim koşulları olduğunda, koruma sistemi hızlı bir şekilde tepki verir, arızalı devreyi yalıtmak için bir kesme komutunu tetikler ve sistem ve ekipman güvenliğini sağlar.
• Enerji Ölçümü ve Fatura: Enerji sayaçlarıyla birlikte çalışarak yüksek gerilimli devrelerde güç tüketimini doğru bir şekilde ölçer. Elektrik faturası ve enerji hesaplaması için kritik bir temel oluşturur.

3. Özellikler

• Yüksek Hassasiyet: Ölçüm sınıfı gerilim dönüştürücüler yüksek hassasiyet sınıflarına (örn. 0,2, 0,5) sahiptir ve doğru gerilim ölçümünü ve enerji ölçümünü sağlamak için tasarlanmıştır. Koruma sınıfı VT'ler hızlı tepki vermeyi öncelik eder ve göreceli olarak daha düşük hassasiyet sınıflarına (örn. 3P, 6P) sahiptir.
• Yüksek yalıtım gereklilikleri: Yüksek gerilimli VT'ler yüksek çalışma gerilimlerine dayanabilmelidir ve genellikle yağ dolu, SF₆ gazı veya katı reçineli yalıtım kullanırlar, istikrarlı ve güvenilir performans sağlar. Düşük gerilimli VT'ler çoğunlukla kurutulmuş tiptedir, yapıları basit ve bakımı kolaydır.
• İkincil taraf kısa devre olmamalıdır: İkincil tarafta kısa devre olması son derece yüksek akımların oluşmasına neden olabilir, bu da sarımların aşırı ısınmasını ve hasar görmesine yol açabilir. Bu nedenle, ikincil devre körükler veya küçük devre kesicilerle korunmalıdır.

4. Uygulama Senaryoları

• Yüksek Gerilimli Uygulamalar: 1 kV ve üzeri (örn. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemleri) voltajlı iletim hatları ve dağıtım merkezleri için uygundur. Ana hat veya çizgi gerilimlerini izlemek ve koruma sistemlerine giriş sağlamak, güvenli ve istikrarlı ağ operasyonunu sağlamaktadır.
• Düşük Gerilimli Uygulamalar: 1 kV altındaki (örn. 220V konut hatları, 380V endüstriyel sistemleri) dağıtım sistemleri için uygundur. Genellikle düşük gerilimli anahtar kutularında tüketicinin gerilimini izlemek veya enerji sayaçlarıyla güç ölçümü için kullanılır.

II. Akım Dönüştürücüsü (CT)

Akım dönüştürücüsü (CT), aynı zamanda akım transduseri olarak da bilinir, normal çalışma koşullarında, birincil akıma orantılı bir ikincil akım üreten bir ölçüm dönüştürücüsüdür, doğru bağlandığında faz farkı sıfıra yaklaşır.

1. Çalışma Prensibi

Akım dönüştürücüsü manyetik indüksiyon prensibine dayanır ve geleneksel bir dönüştürücünün yapısına benzer, bir birincil bobin, ikincil bobin ve manyetik çekirdekten oluşur. Birincil bobin ölçülen devreyle seri olarak bağlanır ve çok az sayıda sarımı (bazen sadece bir sarım) vardır, yüksek birincil akımı taşır.

Çok daha fazla sarımı olan ikincil bobin ölçüm aletleri, koruma röleleri ve diğer yüklerle seri olarak bağlantılıdır, kapalı bir döngü oluşturur. Normal işleme sırasında, ikincil taraf neredeyse kısa devre halindedir. Manyetik indüksiyon yasalarına göre, birincil ile ikincil akım oranı sarım oranının tersine orantılıdır (I₁/I₂ = N₂/N₁). Bu, büyük akımların standart düşük düzey akımlara (genellikle 5A veya 1A) orantısal olarak düşürülmesine izin verir, ölçüm, izleme ve korumayı kolaylaştırır.

Elektrik simgesi şu şekildedir:

Akım dönüştürücüsünün birincil ile ikincil nominal akım oranı akım dönüştürme oranı (Ke) olarak adlandırılır. Akım dönüştürme oranının ifadesi şöyledir:

Not:

• W₁, W₂ dönüştürücünün birincil ve ikincil bobinlerindeki sarım sayısıdır;
• I₁ₑ, I₂ₑ dönüştürücünün birincil ve ikincil bobinlerinin nominal akımlarıdır;
• I₁, I₂ dönüştürücünün birincil ve ikincil bobinlerindeki gerçek akımlardır.

2. Fonksiyonlar

• Akım Ölçümü: Yüksek birincil akımları standart düşük ikincil akımlara (örn. 5A veya 1A) düşürerek ampermetreler, enerji sayaçları ve diğer aletlerin yük akımını gerçek zamanlı olarak izlemesini sağlar.
• Koruma Rölesi: Aşırı akım, diferansiyel ve mesafe koruması için koruma rölelerine akım sinyalleri sağlar. Kısa devre veya aşırı yük gibi arızalar olduğunda, koruma sistemi güç kaynaklarını kesmek üzere bir kesme sinyali tetikler, ekipman hasarını ve sistem istikrarsızlığını önler.
• Elektriksel İzolasyon: Yüksek gerilim/yüksek akım birincil devresi ile ölçüm, kontrol ve koruma için kullanılan düşük gerilim ikincil devreleri arasında galvanik izolasyon sağlar. Bu, personelin ve ikincil ekipmanın güvenliğini sağlar.

3. Özellikler

• Yüksek Güvenilirlik: Kısa devre olayları sırasında yüksek mekanik ve termal streslere dayanabilmelidir. CT'ler, aşırı arızalı koşullarda bütünlüklerini korumak için mükemmel dinamik ve termal kararlılıkla tasarlanmıştır.
• Çoklu Bobin Tasarımı: Yüksek gerilimli CT'ler genellikle birden fazla ikincil bobine sahiptir—bir tanesi ölçüm için (yüksek hassasiyet, ör. 0,5 sınıfı) ve diğeri koruma için (geniş aralık ve hızlı tepki, ör. 5P veya 10P sınıfı). Düşük gerilimli CT'ler genellikle temel uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için tek veya çift bobinlidir.
• İkincil taraf açık devre olmamalıdır: İkincil tarafta açık devre olması, sarım boyunca son derece yüksek gerilimler (birkaç kV kadar) oluşturabilir, bu da yalıtım çökmesi, ekipman hasarı ve elektrik şoku riskini artırır. Bu nedenle, ikincil devre işlem sırasında kapalı kalmalıdır—açılması kesinlikle yasaktır.

4. Uygulama Senaryoları

• Yüksek Gerilimli Uygulamalar: 1 kV ve üzeri (örn. 10 kV, 35 kV, 110 kV sistemleri) voltajlı iletim hatları ve dağıtım merkezleri için kullanılır. Dönüşümcüler, devre kesiciler ve ana hatlar gibi kritik ekipmanların akım izleme ve korumasında yaygın olarak kullanılır, ağ güvenilirliği ve güvenliğinin sağlanması konusunda önemli bir rol oynar.
• Düşük Gerilimli Uygulamalar: 1 kV altındaki (örn. endüstriyel atölyeler, ticari binalar, konut kompleksleri) dağıtım sistemlerinde kullanılır. Genellikle düşük gerilimli anahtar panelleri veya dağıtım panellerinde dal devre izleme, enerji ölçümü veya rezidual akım cihazları (RCD'ler) ve akıllı sayaçlarla entegrasyon için yerleştirilir, güvenli ve etkin güç kullanım yönetimi sağlar.