Все мы знаем, что напряжение трансформатор (VT) никогда не должен работать в коротком замыкании, в то время как токовый трансформатор (CT) никогда не должен работать с разомкнутым контуром. Короткое замыкание VT или разрыв цепи CT могут повредить трансформатор или создать опасные условия.
С теоретической точки зрения, оба типа трансформаторов, VT и CT, являются трансформаторами; различие заключается в параметрах, которые они предназначены измерять. Почему же, несмотря на фундаментальное сходство, один запрещен для работы в коротком замыкании, а другой — в разомкнутом контуре?
При нормальной работе вторичная обмотка VT работает в условиях, близких к разомкнутому контуру, с очень высоким нагрузочным сопротивлением (ZL). Если вторичная цепь замыкается, ZL падает практически до нуля, вызывая огромный ток короткого замыкания. Это может уничтожить вторичное оборудование и создать серьезные риски безопасности. Для защиты от этого на вторичной стороне VT могут быть установлены предохранители, чтобы предотвратить повреждения от короткого замыкания. По возможности, предохранители также должны быть установлены на первичной стороне, чтобы защитить систему высокого напряжения от неисправностей в высоковольтной обмотке или соединениях VT.
Наоборот, CT работает с очень низким сопротивлением (ZL) на вторичной стороне, фактически в состоянии короткого замыкания при нормальной работе. Магнитный поток, создаваемый вторичным током, противодействует и компенсирует поток от первичного тока, что приводит к очень малому возбуждающему току и минимальному потоку сердечника. Таким образом, индуцированное электродвижущее усилие (ЭДС) во вторичной обмотке обычно составляет всего несколько десятков вольт.
Однако, если вторичная цепь разрывается, вторичный ток падает до нуля, устраняя этот демагнетизирующий эффект. Первичный ток, оставаясь неизменным (поскольку ε1 остается постоянным), становится полностью возбуждающим током, вызывая резкое увеличение магнитного потока Φ. Сердечник быстро насыщается. Учитывая, что вторичная обмотка имеет много витков, это приводит к очень высокому напряжению (возможно, достигающему нескольких тысяч вольт) на разомкнутых вторичных выводах. Это может привести к пробою изоляции и представляет серьезную угрозу для персонала. Поэтому абсолютно запрещено оставлять вторичную цепь CT разомкнутой.
Оба трансформатора, VT и CT, в принципе являются трансформаторами — VT предназначен для преобразования напряжения, а CT — тока. Почему же CT нельзя оставлять разомкнутым, а VT — короткозамкнутым?
При нормальной работе индуцированные ЭДС ε1 и ε2 остаются практически постоянными. VT подключен параллельно схеме, работает при высоком напряжении и очень низком токе. Вторичный ток также крайне мал, почти нулевой, образуя сбалансированное состояние с почти бесконечным сопротивлением разомкнутого контура. Если вторичная цепь замыкается, ε2 остается постоянной, вынуждая вторичный ток резко увеличиваться, что приводит к перегоранию вторичной обмотки.
Аналогично, для CT, подключенного последовательно схеме, он работает при высоком токе и очень низком напряжении. Вторичное напряжение при нормальных условиях почти нулевое, образуя сбалансированное состояние с почти нулевым сопротивлением (короткое замыкание). Если вторичная цепь разрывается, вторичный ток падает до нуля, и весь первичный ток становится возбуждающим током. Это вызывает быстрый скачок магнитного потока, приводящий к глубокому насыщению сердечника и возможному разрушению трансформатора.
Таким образом, хотя оба являются трансформаторами, их различные применения приводят к совершенно разным эксплуатационным ограничениям.
