Два основні типи вимірювальних перетворювачів у системі живлення.

I. Напівпровідник напруги (VT)

Напівпровідник напруги (також відомий як потенційний трансформатор, скорочено PT; напівпровідник напруги, скорочено VT) — це електричний пристрій, який використовується для перетворення рівнів напруги в електроенергетичних колах.

1. Принцип дії

Напівпровідник напруги працює на принципі електромагнітної індукції і має структуру, подібну до звичайного трансформатора, що складається переважно з первинної обмотки, вторинної обмотки та сердечника. Первина обмотка підключається паралельно до вимірюваного високонапружного кола і має велику кількість витків.

Вторина обмотка, з меншою кількістю витків, підключається до вимірювальних приладів, захисних реле та інших навантажень. При нормальному режимі роботи вторинна сторона знаходиться приблизно в стані відкритого кола. Відповідно до закону електромагнітної індукції, співвідношення первинної до вторинної напруги дорівнює співвідношенню витків (U₁/U₂ = N₁/N₂). Це дозволяє пропорційно знизити високу напругу до стандартизованої низької напруги (звичайно 100V або 100/√3 V), що робить її безпечним та придатним для вимірювальних та захисних пристроїв.

Його електричний символ такий:

2. Функції

• Вимірювання напруги: Знижує високі системні напруги до стандартизованих низьких напруг (наприклад, 100V або 100/√3 V) для використання вольтметрами, лічильниками енергії та іншими вимірювальними приладами, що дозволяє в реальному часі моніторити напругу електроенергетичної системи.
• Захист реле: Надає надійні сигнали напруги до захисних реле для захисту від перенапруги, недостатньої напруги та інших функцій захисту. Коли відбуваються аномальні умови напруги, система захисту швидко реагує, запускаючи команду відключення, щоб ізоловати аварійне коло та забезпечити безпеку системи та обладнання.
• Вимірювання енергії та оплата: Співпрацює з лічильниками енергії для точного вимірювання споживання енергії в високонапружних колах. Він є важливим основним фактором для оплати послуг енергетичними компаніями та розрахунку енергії.

3. Характеристики

• Висока точність: Вимірювальні напівпровідники напруги мають високі класи точності (наприклад, 0.2, 0.5) для забезпечення точного вимірювання напруги та енергії. Напівпровідники напруги для захисту пріоритетно мають швидку реакцію та відносно нижчі класи точності (наприклад, 3P, 6P).
• Високі вимоги до ізоляції: Високонапружні напівпровідники напруги повинні витримувати високі робочі напруги і зазвичай використовують масляну, SF₆ газову або тверду полімерну ізоляцію для стабільної та надійної роботи. Низьконапружні напівпровідники напруги переважно сухі, з простішою конструкцією та легким обслуговуванням.
• Друга сторона не повинна бути коротковиходить: Коротке замикання на другій стороні може породити надмірно високі струми, що можуть нагріти та пошкодити обмотки. Тому другий контур повинен бути захищений плавкими вставками або мініатюрними автоматичними вимикачами.

4. Сценарії застосування

• Високонапружні застосування: Підходять для передавальних ліній та підстанцій з напругою 1 кВ і вище (наприклад, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ системи). Використовуються для моніторингу напруги шин або ліній та надання вхідних даних системам захисту, забезпечуючи безпечну та стабільну роботу мережі.
• Низьконапружні застосування: Застосовуються в розподільних системах нижче 1 кВ (наприклад, 220В побутові кола, 380В промислові системи). Зазвичай встановлюються в низьконапружному комутаційному обладнанні для моніторингу напруги на стороні споживача або взаємодії з лічильниками енергії для вимірювання потужності.

II. Трансформатор струму (CT)

Трансформатор струму (CT), також відомий як трансдуктор струму, — це інструментальний трансформатор, який при нормальному режимі роботи виробляє вторинний струм, що є суттєво пропорційним первинному струму, з фазовою різницею, що наближається до нуля, коли правильно підключений.

1. Принцип дії

Трансформатор струму працює на принципі електромагнітної індукції і має структуру, подібну до звичайного трансформатора, що складається з первинної обмотки, вторинної обмотки та магнітного сердечника. Первина обмотка підключається послідовно до вимірюваного кола і має дуже мало витків (іноді лише один виток), що проводить високий первинний струм.

Вторина обмотка, з більшою кількістю витків, підключається послідовно до вимірювальних приладів, захисних реле та інших навантажень, формуючи замкнений контур. При нормальному режимі роботи вторинна сторона знаходиться приблизно в стані короткого замикання. Відповідно до закону електромагнітної індукції, співвідношення первинного до вторинного струму є обернено пропорційним до співвідношення витків (I₁/I₂ = N₂/N₁). Це дозволяє пропорційно знизити великі струми до стандартизованих низьких струмів (звичайно 5A або 1A), що сприяє вимірюванню, моніторингу та захисту.

Його електричний символ такий:

Співвідношення первинного до вторинного номінального струму трансформатора струму називається коефіцієнтом перетворення струму (Ke). Вираз для коефіцієнта перетворення струму такий:

Примітка:

• W₁, W₂ — кількість витків в первинній та вторинній обмотках трансформатора, відповідно;
• I₁ₑ, I₂ₑ — номінальні струми первинної та вторинної обмоток, відповідно;
• I₁, I₂ — фактичні струми в первинній та вторинній обмотках, відповідно.

2. Функції

• Вимірювання струму: Знижує високі первинні струми до стандартизованих низьких вторинних струмів (наприклад, 5A або 1A), що дозволяє амперметрам, лічильникам енергії та іншим приладам в реальному часі моніторити струм навантаження.
• Захист реле: Надає сигнали струму до захисних реле для захисту від надмірного струму, диференційного та дистанційного захисту. Коли відбуваються аварії, такі як коротке замикання або перегрузка, система захисту запускає сигнал відключення, щоб відключити живлення, запобігаючи пошкодженню обладнання та нестабільності системи.
• Електрична ізоляція: Надає гальванічну ізоляцію між високонапружним/високострумовим первинним колом та низьконапружними вторинними колами, які використовуються для вимірювання, контролю та захисту. Це забезпечує безпеку персоналу та вторинного обладнання.

3. Характеристики

• Висока надійність: Повинен витримувати високі механічні та теплові навантаження під час коротких замикань. Трансформатори струму проектуються з відмінною динамічною та термічною стабільністю, щоб залишатися цілими при екстремальних аварійних умовах.
• Конструкція з кількома обмотками: Високонапружні трансформатори струму часто мають кілька вторинних обмоток — одна для вимірювання (висока точність, наприклад, клас 0.5) і інша для захисту (широкий діапазон та швидка реакція, наприклад, клас 5P або 10P). Низьконапружні трансформатори струму зазвичай мають одну або дві обмотки, щоб задовольнити основні потреби застосування.
• Друга сторона не повинна бути відкрита: Відкрите коло на другій стороні може викликати надмірно високі напруги (до кількох кВ) на обмотці, що створює серйозні ризики пошкодження ізоляції, обладнання та електричного удару. Тому другий контур повинен залишатися замкнутим під час роботи — його строго заборонено відкривати.

4. Сценарії застосування

• Високонапружні застосування: Використовуються в передавальних лініях та підстанціях з напругою 1 кВ і вище (наприклад, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ системи). Широко застосовуються для моніторингу струму та захисту важливого обладнання, такого як трансформатори, вимикачі та шини, граючи ключову роль в забезпеченні надійності та безпеки мережі.
• Низьконапружні застосування: Застосовуються в розподільних системах нижче 1 кВ (наприклад, промислові цехи, комерційні будівлі, житлові комплекси). Зазвичай встановлюються в низьконапружних комутаційних шафах або розподільних панелях для моніторингу розгалужених кіл, вимірювання енергії або інтеграції з пристроями залишкового струму (RCD) та інтелектуальними лічильниками для забезпечення безпечного та ефективного управління використанням енергії.