Un classico trasformatore di tensione (VT) è un dispositivo che converte un valore in un altro. Il processo è accompagnato da una parziale perdita di potenza, ma è giustificato in situazioni in cui è necessario modificare i parametri del segnale di ingresso. Nella progettazione di un tale trasformatore, vengono forniti elementi di avvolgimento, con il corretto calcolo dei quali è possibile ottenere la tensione di uscita richiesta.
- Scopo e principio di funzionamento
- Qual è la differenza tra un trasformatore di corrente e un trasformatore di tensione?
- Classificazione dei trasformatori di tensione
- Trasformatori di tensione e corrente dello strumento
- Caratteristiche del funzionamento dei TV in reti con punto zero isolato e messo a terra
Scopo e principio di funzionamento
Lo scopo principale dei trasformatori di tensione è convertire il segnale di ingresso al livello specificato dalle attività dell'utente, quando è necessario ridurre o aumentare il potenziale operativo. Ciò può essere ottenuto grazie al principio dell'induzione elettromagnetica, formulato come legge dagli scienziati Faraday e Maxwell. Secondo lui, in qualsiasi anello situato vicino a un'altra spira simile del filo, viene indotto un EMF con una corrente, proporzionale al flusso di induzione magnetica che li penetra. L'entità di questa induzione nell'avvolgimento secondario del trasformatore (costituito da molte di queste spire) dipende dalla corrente nel circuito primario e dal numero di spire in entrambe le bobine.
La corrente nell'avvolgimento secondario del trasformatore e la tensione al carico ad esso collegato sono determinate solo dal rapporto tra il numero di spire in entrambe le bobine. La legge dell'induzione elettromagnetica consente di calcolare correttamente i parametri di un dispositivo che trasmette potenza dall'ingresso all'uscita con il rapporto desiderato tra corrente e tensione.
Qual è la differenza tra un trasformatore di corrente e un trasformatore di tensione?
Le loro differenze nel design sono le seguenti:
- come avvolgimento primario nei trasformatori di corrente, viene utilizzato il bus di alimentazione, su cui è montato;
- i parametri dell'avvolgimento secondario sono progettati per il collegamento a un dispositivo di misurazione (ad esempio un contatore elettrico in una casa);
- rispetto a TV, il trasformatore di corrente è più compatto e ha un circuito di commutazione semplificato.
I trasformatori di corrente e tensione soddisfano requisiti diversi in termini di precisione dei valori convertiti. Se questo indicatore è molto importante per un dispositivo di misurazione, allora per un trasformatore di tensione è di secondaria importanza.
Classificazione dei trasformatori di tensione
- trasformatori di potenza con e senza messa a terra;
- dispositivi di misurazione;
- autotrasformatori;
- dispositivi di corrispondenza speciali;
- trasformatori di isolamento e di picco.
La prima di queste varietà viene utilizzata per fornire al consumatore un gruppo di continuità in una forma accettabile per lui (con l'ampiezza richiesta). L'essenza della loro azione è trasformare un livello di potenziale in un altro ai fini del successivo trasferimento al carico.I dispositivi trifase installati in una sottostazione di trasformazione, ad esempio, consentono di ridurre le alte tensioni da 6,3 e 10 kV a un valore domestico di 0,4 kV.
Gli autotrasformatori sono i progetti induttivi più semplici che hanno un avvolgimento con prese per regolare la tensione di uscita. I prodotti corrispondenti sono installati in circuiti a bassa corrente, garantendo il trasferimento di potenza da uno stadio all'altro con perdite minime (con la massima efficienza). Con l'aiuto dei cosiddetti trasformatori di "isolamento", è possibile organizzare l'isolamento elettrico di circuiti con alta e bassa tensione. Pertanto, è garantita la protezione del proprietario della casa o della casa estiva da scosse elettriche ad alto potenziale. Inoltre, questo tipo di convertitori consente:
- trasferire l'elettricità dalla fonte al consumatore nella forma desiderata e sicura;
- proteggere i circuiti di carico con dispositivi sensibili inclusi in essi da interferenze elettromagnetiche;
- bloccare l'ingresso di un componente a corrente costante nei circuiti di lavoro.
I trasformatori di picco sono un altro tipo di dispositivo che converte l'energia elettrica. Servono a determinare la polarità dei segnali a impulsi e ad abbinarla ai parametri di uscita. Questo tipo di convertitori è installato nei circuiti di segnale dei sistemi informatici e dei canali di comunicazione radio.
Trasformatori di tensione e corrente dello strumento
I trasformatori di strumenti speciali sono un tipo speciale di convertitori che consentono di includere dispositivi di monitoraggio nei circuiti di potenza. Il loro scopo principale è convertire la corrente o la tensione in un valore conveniente per misurare i parametri di rete. La necessità di ciò sorge nelle seguenti situazioni:
- quando si effettuano letture con contatori elettrici;
- se nei circuiti di alimentazione sono installati relè di protezione di tensione e corrente;
- se sono presenti altri dispositivi di automazione.
Gli indicatori sono classificati in base al design, al tipo di installazione, al rapporto di trasformazione e al numero di stadi. Secondo la prima caratteristica, sono integrati, attraverso il passaggio e il supporto, e nella posizione - esterni o destinati all'installazione in celle di quadri di tipo chiuso. In base al numero di passaggi di conversione, sono divisi in monostadio e cascata e, in base al rapporto di conversione, in prodotti che hanno uno o più valori.
Caratteristiche del funzionamento dei TV in reti con punto zero isolato e messo a terra
I danni alle apparecchiature elettriche sono possibili a causa di un aumento della tensione di fase a lineare e della successiva comparsa di un arco alternato. Indipendentemente dalla causa e dalla modalità di funzionamento, questo è il tipo più pericoloso di cortocircuito con un fattore di sovratensione elevato. È in questo caso che la probabilità della comparsa di ferrorisonanza nella rete è elevata.
Il circuito ferrorisonante nelle reti elettriche con neutro isolato è una catena a sequenza zero con magnetizzazione non lineare. Un TV trifase non messo a terra è essenzialmente costituito da tre trasformatori monofase collegati in modo stella-stella. In caso di sovratensione nelle zone in cui è installato, l'induzione nel suo nucleo aumenta di circa 1,73 volte, provocando la comparsa di ferrorisonanza.
Per proteggersi da questo fenomeno, sono stati sviluppati metodi speciali:
- fabbricazione di TV e TT a bassa autoinduzione;
- l'inclusione di elementi di smorzamento aggiuntivi nel loro circuito;
- produzione di trasformatori trifase con un unico sistema magnetico nel design a 5 aste;
- messa a terra del neutro tramite reattore limitatore di corrente;
- uso di avvolgimenti di compensazione, ecc .;
- l'uso di circuiti a relè che proteggono gli avvolgimenti del TV dalle sovracorrenti.
Queste misure proteggono i TV di misura, ma non risolvono completamente il problema della sicurezza. I dispositivi con messa a terra installati in reti con un bus neutro isolato possono aiutare in questo.
La natura del funzionamento dei trasformatori di bassa tensione in modalità con neutro a terra è caratterizzata da una maggiore sicurezza e da una significativa diminuzione dei fenomeni di ferrorisonanza. Inoltre, il loro utilizzo aumenta la sensibilità e la selettività della protezione in un circuito monofase. Questo aumento diventa possibile grazie al fatto che l'avvolgimento induttivo del trasformatore è incluso nel circuito di terra e aumenta brevemente la corrente attraverso il dispositivo di protezione installato in esso.
Il PUE fornisce una giustificazione per l'ammissibilità della messa a terra a breve termine del neutro con una piccola induttanza dell'avvolgimento VT. Per questo, viene utilizzata l'automazione nella rete, che, con contatti di potenza, quando si verifica un OZ, dopo 0,5 secondi, collega brevemente il trasformatore alle sbarre. Per effetto di un neutro solidamente messo a terra, una corrente limitata dall'induttanza del TV inizia a fluire nel circuito di protezione durante un guasto a terra monofase. Allo stesso tempo, il suo valore è sufficiente per attivare l'attrezzatura di protezione contro OZ e creare le condizioni per l'estinzione di una scarica ad arco pericolosa.
