Sprieguma transformatoru mērķis un darbības princips

Klasisks sprieguma transformators (VT) ir ierīce, kas pārveido vienu vērtību citā. Procesu pavada daļējs jaudas zudums, bet tas ir pamatots situācijās, kad nepieciešams mainīt ieejas signāla parametrus. Šāda transformatora projektā ir paredzēti tinumu elementi, ar kuru pareizu aprēķinu ir iespējams iegūt nepieciešamo izejas spriegumu.

Darbības mērķis un princips

Sprieguma transformatoru galvenais mērķis ir pārveidot ieejas signālu līdz līmenim, ko nosaka lietotāja uzdevumi - kad nepieciešams samazināt vai palielināt darba potenciālu. To var panākt, pateicoties elektromagnētiskās indukcijas principam, kuru kā likumu formulējuši zinātnieki Faradejs un Maksvels. Pēc viņa teiktā, jebkurā cilpā, kas atrodas tuvu citam līdzīgam stieples pagriezienam, EMF tiek inducēts ar strāvu, proporcionālu tajās iekļūstošās magnētiskās indukcijas plūsmai. Šīs indukcijas lielums transformatora sekundārajā tinumā (kas sastāv no daudziem šādiem pagriezieniem) ir atkarīgs no strāvas primārajā ķēdē un no pagriezienu skaita abās spolēs.

Strāvu transformatora sekundārajā tinumā un spriegumu pie tam pieslēgtās slodzes nosaka tikai pagriezienu skaita attiecība abās spolēs. Elektromagnētiskās indukcijas likums ļauj pareizi aprēķināt ierīces parametrus, kas pārraida jaudu no ieejas uz izeju ar vēlamo strāvas un sprieguma attiecību.

Kāda ir atšķirība starp strāvas transformatoru un sprieguma transformatoru

Galvenā atšķirība starp strāvas transformatoriem (DT) un sprieguma pārveidotājiem ir to atšķirīgais funkcionālais mērķis. Pirmie tiek izmantoti tikai mērīšanas ķēdēs, ļaujot kontrolējamā parametra līmeni samazināt līdz pieņemamai vērtībai. Pēdējie ir uzstādīti maiņstrāvas maiņstrāvas līnijās un izejas spriegumos, ko izmanto pievienotās mājsaimniecības iekārtas darbināšanai.

Viņu atšķirības dizainā ir šādas:

• kā primāro tinumu strāvas transformatoros izmanto barošanas kopni, uz kuras tā ir uzstādīta;
• sekundārā tinuma parametri ir paredzēti savienošanai ar mērīšanas ierīci (piemēram, elektriskais skaitītājs mājā);
• salīdzinājumā ar VT strāvas transformators ir kompaktāks un tam ir vienkāršota komutācijas ķēde.

Strāvas un sprieguma transformatori atbilst dažādām prasībām attiecībā uz pārveidoto vērtību precizitāti. Ja šis indikators mērierīcei ir ļoti svarīgs, tad sprieguma transformatoram tas ir sekundāri svarīgs.

Sprieguma transformatoru klasifikācija

Saskaņā ar vispārpieņemto klasifikāciju šīs ierīces atbilstoši to mērķim ir sadalītas šādos galvenajos veidos:

• jaudas transformatori ar zemējumu un bez tā;
• mērīšanas ierīces;
• autotransformatori;
• īpašas atbilstības ierīces;
• izolācijas un pīķa transformatori.

Pirmās no šīm šķirnēm tiek izmantotas, lai patērētājam piegādātu nepārtrauktu barošanu viņam pieņemamā formā (ar nepieciešamo amplitūdu). Viņu darbības būtība ir pārveidot vienu potenciāla līmeni citā, lai to vēlāk pārnestu uz slodzi.Piemēram, trīsfāžu ierīces, kas uzstādītas transformatoru apakšstacijā, ļauj samazināt augstu spriegumu no 6,3 līdz 10 kV līdz mājsaimniecības vērtībai 0,4 kV.

Autotransformatori ir visvienkāršākie induktīvie modeļi, kuriem ir viens tinums ar krāniem, lai pielāgotu izejas spriegumu. Atbilstoši produkti tiek uzstādīti vājstrāvas ķēdēs, nodrošinot jaudas pārsūtīšanu no viena posma uz otru ar minimāliem zudumiem (ar maksimālu efektivitāti). Ar tā saukto "izolācijas" transformatoru palīdzību ir iespējams organizēt ķēžu elektrisko izolāciju ar augstu un zemu spriegumu. Tādējādi tiek garantēta mājas vai vasarnīcas īpašnieka aizsardzība pret augsta potenciāla elektrošoku. Turklāt šāda veida pārveidotāji ļauj:

• nodot elektroenerģiju no avota patērētājam vēlamajā un drošajā formā;
• aizsargāt slodzes ķēdes ar tajās iekļautām jutīgām ierīcēm no elektromagnētiskiem traucējumiem;
• bloķēt pastāvīgas strāvas komponenta iekļūšanu darba ķēdēs.

Pīķa transformatori ir vēl viens ierīces veids, kas pārveido elektrisko enerģiju. Tie kalpo impulsa signālu polaritātes noteikšanai un saskaņošanai ar izejas parametriem. Šāda veida pārveidotāji ir uzstādīti datorsistēmu un radiosakaru kanālu signālu ķēdēs.

Instrumentu sprieguma un strāvas transformatori

Īpaši instrumentu transformatori ir īpašs pārveidotāju veids, kas ļauj uzraudzības ierīces iekļaut strāvas ķēdēs. To galvenais mērķis ir pārveidot strāvu vai spriegumu par vērtību, kas ir ērta tīkla parametru mērīšanai. Nepieciešamība pēc tā rodas šādās situācijās:

• ņemot rādījumus ar elektriskajiem skaitītājiem;
• ja strāvas padeves ķēdēs ir uzstādīti sprieguma un strāvas aizsardzības releji;
• ja tajā ir citas automatizācijas ierīces.

Mērinstrumentus klasificē pēc konstrukcijas, uzstādīšanas veida, pārveidošanas koeficienta un posmu skaita. Saskaņā ar pirmo funkciju tie ir iebūvēti, caur eju un atbalstu, un vietā - ārēji vai paredzēti uzstādīšanai slēgta tipa sadales iekārtu šūnās. Pēc pārveidošanas soļu skaita tie tiek sadalīti vienpakāpēs un kaskādē, un pēc pārrēķina koeficienta - produktos, kuriem ir viena vai vairākas vērtības.

VT darbības iezīmes tīklos ar izolētu un iezemētu nulles punktu

Elektriskajiem augstsprieguma tīkliem ir divas versijas: ar izolētu neitrālu kopni vai ar kompensētu un iezemētu neitrālu. Pirmais nulles punkta savienošanas režīms ļauj neatvienot tīklu vienfāzes (OZ) vai loka defektu (DZ) gadījumā. PUE ļauj ekspluatēt līnijas ar izolētu neitrālu līdz astoņām stundām ar vienfāzes slēgšanu, taču ar nosacījumu, ka šobrīd tiek strādāts, lai novērstu darbības traucējumus.

Elektrisko iekārtu bojājumi ir iespējami, pateicoties fāzes sprieguma palielinājumam līdz lineāram un tam sekojošam mainīgas loka parādīšanās. Neatkarīgi no tā cēloņa un darbības veida, tas ir visbīstamākais īssavienojuma veids ar augstu pārsprieguma koeficientu. Tieši šajā gadījumā ferrorezonanses parādīšanās varbūtība tīklā ir liela.

Ferrorezonanses ķēde elektrotīklos ar izolētu neitrālu ir nulles secības ķēde ar nelineāru magnetizāciju. Trīsfāzu nepamatots VT būtībā ir trīs vienfāzes transformatori, kas savienoti zvaigžņu veidā. Pārsprieguma gadījumā zonās, kur tas ir uzstādīts, indukcija tās kodolā palielinās aptuveni 1,73 reizes, izraisot ferorezonanses parādīšanos.

Lai pasargātu no šīs parādības, ir izstrādātas īpašas metodes:

• VT un TT ražošana ar zemu pašindukciju;
• papildu amortizatoru elementu iekļaušana to ķēdē;
• 3-fāžu transformatoru ražošana ar vienu magnētisko sistēmu 5-stieņu konstrukcijā;
• nulles stieples iezemēšana caur strāvu ierobežojošu reaktoru;
• kompensācijas tinumu izmantošana utt.
• releju ķēžu izmantošana, kas aizsargā VT tinumus no pārslodzēm.

Šie pasākumi aizsargā mērīšanas VT, bet pilnībā neatrisina drošības problēmu. Tajā var palīdzēt iezemētas ierīces, kas instalētas tīklos ar izolētu neitrālu kopni.

Zemsprieguma transformatoru darbības raksturu režīmos ar iezemētu neitrālu raksturo paaugstināta drošība un ievērojama ferorezonanses parādību samazināšanās. Turklāt to izmantošana palielina aizsardzības jutīgumu un selektivitāti vienfāzes ķēdē. Šis pieaugums kļūst iespējams, pateicoties tam, ka transformatora induktīvais tinums ir iekļauts zemējuma ķēdē un īslaicīgi palielina strāvu caur tajā uzstādīto aizsargierīci.

PUE sniedz pamatojumu neitrāla īslaicīgas iezemēšanas pieļaujamībai ar nelielu VT tinuma induktivitāti. Šim nolūkam tīklā tiek izmantota automatizācija, kas ar strāvas kontaktiem, kad notiek OZ, pēc 0,5 sekundēm īslaicīgi savieno transformatoru ar kopnēm. Pateicoties stingri iezemēta neitrāla iedarbībai, vienfāzes zemējuma bojājuma laikā aizsargķēdē sāk plūst strāva, ko ierobežo VT induktivitāte. Tajā pašā laikā tā vērtība ir pietiekama, lai iedarbinātu aizsardzības aprīkojumu pret OZ un radītu apstākļus bīstamas loka izlādes dzēšanai.