Σκοπός και αρχή λειτουργίας των μετασχηματιστών τάσης

Ένας κλασικός μετασχηματιστής τάσης (VT) είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη μία τιμή στην άλλη. Η διαδικασία συνοδεύεται από μερική απώλεια ισχύος, αλλά δικαιολογείται σε καταστάσεις όπου είναι απαραίτητο να αλλάξετε τις παραμέτρους του σήματος εισόδου. Στο σχεδιασμό ενός τέτοιου μετασχηματιστή, παρέχονται στοιχεία περιέλιξης, με τον σωστό υπολογισμό του οποίου είναι δυνατή η απόκτηση της απαιτούμενης τάσης εξόδου.

Σκοπός και αρχή λειτουργίας

Ο κύριος σκοπός των μετασχηματιστών τάσης είναι να μετατρέψει το σήμα εισόδου στο επίπεδο που καθορίζεται από τις εργασίες του χρήστη - όταν το δυναμικό λειτουργίας πρέπει να μειωθεί ή να αυξηθεί. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί λόγω της αρχής της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, που διατυπώθηκε ως νόμος από τους επιστήμονες Faraday και Maxwell. Σύμφωνα με τον ίδιο, σε οποιονδήποτε βρόχο βρίσκεται κοντά σε άλλη παρόμοια στροφή του σύρματος, ένα EMF προκαλείται με ρεύμα, ανάλογο με τη ροή μαγνητικής επαγωγής που τους διεισδύει. Το μέγεθος αυτής της επαγωγής στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή (που αποτελείται από πολλές τέτοιες στροφές) εξαρτάται από το ρεύμα στο πρωτεύον κύκλωμα και από τον αριθμό των στροφών και στα δύο πηνία.

Το ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή και η τάση στο φορτίο που συνδέεται με αυτόν καθορίζονται μόνο από την αναλογία του αριθμού των στροφών και στα δύο πηνία. Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σάς επιτρέπει να υπολογίζετε σωστά τις παραμέτρους μιας συσκευής που μεταφέρει ενέργεια από είσοδο σε έξοδο με την επιθυμητή αναλογία ρεύματος και τάσης.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός μετασχηματιστή ρεύματος και ενός μετασχηματιστή τάσης

Η κύρια διαφορά μεταξύ μετασχηματιστών ρεύματος (CT) και μετατροπέων τάσης είναι ο διαφορετικός λειτουργικός σκοπός τους. Τα πρώτα χρησιμοποιούνται μόνο σε κυκλώματα μέτρησης, επιτρέποντας τη μείωση του επιπέδου της ελεγχόμενης παραμέτρου σε αποδεκτή τιμή. Τα τελευταία εγκαθίστανται σε ηλεκτρικές γραμμές AC και τάσεις εξόδου που χρησιμοποιούνται για τη λειτουργία του συνδεδεμένου οικιακού εξοπλισμού.

Οι διαφορές τους στο σχεδιασμό είναι οι εξής:

• ως πρωτεύον τύλιγμα σε μετασχηματιστές ρεύματος, χρησιμοποιείται ο δίαυλος τροφοδοσίας, στον οποίο είναι τοποθετημένος.
• οι παράμετροι της δευτερεύουσας περιέλιξης έχουν σχεδιαστεί για σύνδεση με μια συσκευή μέτρησης (για παράδειγμα ένας ηλεκτρικός μετρητής σε ένα σπίτι) ·
• σε σύγκριση με το VT, ο τρέχων μετασχηματιστής είναι πιο συμπαγής και έχει ένα απλοποιημένο διάγραμμα σύνδεσης.

Οι μετασχηματιστές ρεύματος και τάσης πληρούν διαφορετικές απαιτήσεις όσον αφορά την ακρίβεια των τιμών μετατροπής. Εάν αυτός ο δείκτης είναι πολύ σημαντικός για μια συσκευή μέτρησης, τότε για έναν μετασχηματιστή τάσης είναι δευτερεύουσας σημασίας.

Ταξινόμηση μετασχηματιστών τάσης

Σύμφωνα με τη γενικά αποδεκτή ταξινόμηση, αυτές οι συσκευές, ανάλογα με το σκοπό τους, χωρίζονται στους ακόλουθους κύριους τύπους:

• μετασχηματιστές ισχύος με και χωρίς γείωση ·
• συσκευές μέτρησης ·
• αυτομετασχηματιστές;
• ειδικές συσκευές αντιστοίχισης
• μετασχηματιστές απομόνωσης και αιχμής.

Η πρώτη από αυτές τις ποικιλίες χρησιμοποιείται για την παροχή αδιάλειπτων τροφοδοτικών στον καταναλωτή σε μια μορφή αποδεκτή από αυτόν (με το απαιτούμενο πλάτος). Η ουσία της δράσης τους είναι να μετατρέψουν ένα επίπεδο δυναμικού σε άλλο με σκοπό την επακόλουθη μεταφορά στο φορτίο.Οι τριφασικές συσκευές που είναι εγκατεστημένες σε έναν υποσταθμό μετασχηματιστή, για παράδειγμα, επιτρέπουν τη μείωση των υψηλών τάσεων από 6,3 και 10 kV σε τιμή οικιακής χρήσης 0,4 kV.

Οι αυτομετασχηματιστές είναι οι απλούστεροι επαγωγικοί σχεδιασμοί που έχουν ένα τύλιγμα με βρύσες για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου. Τα προϊόντα που ταιριάζουν εγκαθίστανται σε κυκλώματα χαμηλού ρεύματος, εξασφαλίζοντας τη μεταφορά ισχύος από το ένα στάδιο στο άλλο με ελάχιστες απώλειες (με τη μέγιστη απόδοση). Με τη βοήθεια των λεγόμενων μετασχηματιστών "απομόνωσης", είναι δυνατή η οργάνωση της ηλεκτρικής απομόνωσης κυκλωμάτων με υψηλή και χαμηλή τάση. Έτσι, είναι εγγυημένη η προστασία του ιδιοκτήτη του σπιτιού ή του εξοχικού σπιτιού από ηλεκτροπληξία υψηλού δυναμικού. Επιπλέον, αυτό το είδος μετατροπέων επιτρέπει:

• μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από πηγή σε καταναλωτή στην επιθυμητή και ασφαλή μορφή ·
• Προστατεύστε τα κυκλώματα φορτίου με ευαίσθητες συσκευές που περιλαμβάνονται σε αυτά από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
• μπλοκάρει την είσοδο ενός σταθερού ρεύματος στο κύκλωμα εργασίας.

Οι κορυφαίοι μετασχηματιστές είναι ένας άλλος τύπος συσκευών που μετατρέπουν ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμεύουν στον προσδιορισμό της πολικότητας των παλμών και ταιριάζουν με τις παραμέτρους εξόδου. Αυτός ο τύπος μετατροπέων είναι εγκατεστημένος σε κυκλώματα σήματος συστημάτων υπολογιστών και καναλιών ραδιοεπικοινωνίας.

Μετασχηματιστές τάσης και ρεύματος οργάνου

Οι ειδικοί μετασχηματιστές οργάνων είναι ένας ειδικός τύπος μετατροπέων που επιτρέπουν να περιλαμβάνονται συσκευές παρακολούθησης στα κυκλώματα ισχύος. Ο κύριος σκοπός τους είναι να μετατρέψουν το ρεύμα ή την τάση σε μια τιμή που είναι βολική για τη μέτρηση των παραμέτρων του δικτύου. Η ανάγκη για αυτό προκύπτει στις ακόλουθες καταστάσεις:

• κατά τη λήψη μετρήσεων με ηλεκτρικούς μετρητές.
• εάν έχουν εγκατασταθεί ρελέ προστασίας τάσης και ρεύματος σε κυκλώματα τροφοδοσίας ·
• εάν υπάρχουν άλλες συσκευές αυτοματισμού σε αυτό.

Οι μετρητές ταξινομούνται κατά σχεδιασμό, τύπο εγκατάστασης, αναλογία μετατροπής και αριθμό σταδίων. Σύμφωνα με το πρώτο χαρακτηριστικό, είναι ενσωματωμένα, μέσω διέλευσης και υποστήριξης, και στην τοποθεσία - εξωτερικά ή προορίζονται για εγκατάσταση σε κελιά διακόπτη κλειστού τύπου. Ανάλογα με τον αριθμό των σταδίων μετατροπής, χωρίζονται σε μονοβάθμια και καταρράκτη, και σύμφωνα με την αναλογία μετατροπής - σε προϊόντα που έχουν μία ή περισσότερες τιμές.

Χαρακτηριστικά λειτουργίας VT σε δίκτυα με απομονωμένο και γειωμένο μηδέν σημείο

Τα ηλεκτρικά δίκτυα υψηλής τάσης έχουν δύο εκδόσεις: με μονωμένο ουδέτερο δίαυλο, ή με αντισταθμισμένο και γειωμένο ουδέτερο. Ο πρώτος τρόπος σύνδεσης του μηδενικού σημείου σάς επιτρέπει να μην αποσυνδέσετε το δίκτυο σε περίπτωση μονοφασικής (OZ) ή βλάβης τόξου (DZ). Το PUE επιτρέπει τη λειτουργία γραμμών με ένα απομονωμένο ουδέτερο για έως και οκτώ ώρες με μονοφασικό κλείσιμο, αλλά με την προϋπόθεση ότι αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για την εξάλειψη της δυσλειτουργίας.

Η ζημιά στον ηλεκτρικό εξοπλισμό είναι δυνατή λόγω της αύξησης της τάσης φάσης σε γραμμικό και της επακόλουθης εμφάνισης ενός εναλλασσόμενου τόξου. Ανεξάρτητα από την αιτία και τον τρόπο λειτουργίας, αυτός είναι ο πιο επικίνδυνος τύπος βραχυκυκλώματος με μεγάλο συντελεστή υπέρτασης. Σε αυτήν την περίπτωση, η πιθανότητα εμφάνισης της φωτοανθεκτικότητας στο δίκτυο είναι υψηλή.

Το κυκλώμα σιδηρο-συντονισμού σε δίκτυα ισχύος με απομονωμένο ουδέτερο είναι αλυσίδα μηδενικής ακολουθίας με μη γραμμική μαγνητοποίηση. Ένα τριφασικό μη γειωμένο VT είναι ουσιαστικά τρεις μονοφασικοί μετασχηματιστές συνδεδεμένοι με αστέρι. Με υπέρταση στις ζώνες όπου είναι εγκατεστημένη, η επαγωγή στον πυρήνα της αυξάνεται κατά περίπου 1,73 φορές, προκαλώντας την εμφάνιση της πυροσυντονισμού.

Για την προστασία από αυτό το φαινόμενο, έχουν αναπτυχθεί ειδικές μέθοδοι:

• κατασκευή VT και TT με χαμηλή αυτοεπαγωγή.
• η συμπερίληψη πρόσθετων στοιχείων απόσβεσης στο κύκλωμα τους ·
• κατασκευή τριφασικών μετασχηματιστών με ένα μόνο μαγνητικό σύστημα σε σχεδιασμό 5 ράβδων.
• γείωση του ουδέτερου σύρματος μέσω αντιδραστήρα περιορισμού ρεύματος ·
• χρήση περιελίξεων αποζημίωσης κ.λπ.
• τη χρήση κυκλωμάτων ρελέ που προστατεύουν τις περιελίξεις VT από υπερβολικά ρεύματα.

Αυτά τα μέτρα προστατεύουν τα VT μέτρησης, αλλά δεν επιλύουν πλήρως το πρόβλημα ασφάλειας. Οι γειωμένες συσκευές που είναι εγκατεστημένες σε δίκτυα με απομονωμένο ουδέτερο δίαυλο μπορούν να βοηθήσουν σε αυτό.

Η φύση της λειτουργίας μετασχηματιστών χαμηλής τάσης σε τρόπους με γειωμένο ουδέτερο χαρακτηρίζεται από αυξημένη ασφάλεια και σημαντική μείωση στα φαινόμενα σιδηροφθορισμού. Επιπλέον, η χρήση τους αυξάνει την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα της προστασίας σε μονοφασικό κύκλωμα. Αυτή η αύξηση καθίσταται δυνατή λόγω του γεγονότος ότι η επαγωγική περιέλιξη του μετασχηματιστή περιλαμβάνεται στο κύκλωμα γείωσης και αυξάνει εν συντομία το ρεύμα μέσω της προστατευτικής συσκευής που είναι εγκατεστημένη σε αυτό.

Το PUE παρέχει μια δικαιολογία για το παραδεκτό της βραχυπρόθεσμης γείωσης του ουδέτερου με μια μικρή επαγωγή της περιέλιξης VT. Για αυτό, ο αυτοματισμός χρησιμοποιείται στο δίκτυο, το οποίο, με επαφές τροφοδοσίας, όταν συμβαίνει ένα OZ, μετά από 0,5 δευτερόλεπτα, συνδέει εν συντομία τον μετασχηματιστή με τις γραμμές. Λόγω της επίδρασης ενός σταθερά γειωμένου ουδέτερου, ένα ρεύμα που περιορίζεται από την επαγωγή του VT αρχίζει να ρέει στο προστατευτικό κύκλωμα σε περίπτωση μονοφασικής βλάβης γείωσης. Ταυτόχρονα, η αξία του είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον εξοπλισμό προστασίας από την ΟΖ και να δημιουργήσει συνθήκες για την κατάσβεση μιας επικίνδυνης εκκένωσης τόξου.