Een klassieke spanningstransformator (VT) is een apparaat dat de ene waarde in de andere omzet. Het proces gaat gepaard met een gedeeltelijk verlies van vermogen, maar het is gerechtvaardigd in situaties waarin het nodig is om de parameters van het ingangssignaal te wijzigen. Bij het ontwerp van een dergelijke transformator zijn wikkelelementen voorzien, met de juiste berekening waarvan het mogelijk is om de vereiste uitgangsspanning te verkrijgen.
Doel en werkingsprincipe
Het belangrijkste doel van spanningstransformatoren is om het ingangssignaal om te zetten naar het niveau dat wordt gespecificeerd door de taken van de gebruiker - wanneer het bedrijfspotentieel moet worden verlaagd of verhoogd. Dit kan worden bereikt dankzij het principe van elektromagnetische inductie, geformuleerd als een wet door wetenschappers Faraday en Maxwell. Volgens hem wordt in elke lus die zich dicht bij een andere soortgelijke winding van de draad bevindt, een EMF geïnduceerd met een stroom die evenredig is met de flux van magnetische inductie die erin doordringt. De grootte van deze inductie in de secundaire wikkeling van de transformator (bestaande uit veel van dergelijke windingen) hangt af van de stroom in het primaire circuit en van het aantal windingen in beide spoelen.
De stroom in de secundaire wikkeling van de transformator en de spanning bij de aangesloten belasting worden alleen bepaald door de verhouding van het aantal windingen in beide spoelen. De wet van elektromagnetische inductie stelt u in staat om de parameters van een apparaat dat vermogen van invoer naar uitvoer overbrengt correct te berekenen met de gewenste verhouding tussen stroom en spanning.
Wat is het verschil tussen een stroomtransformator en een spanningstransformator?
Hun verschillen in ontwerp zijn als volgt:
- als primaire wikkeling in stroomtransformatoren wordt de voedingsbus gebruikt waarop deze is gemonteerd;
- de parameters van de secundaire wikkeling zijn ontworpen voor aansluiting op een meetapparaat (bijvoorbeeld een elektrische meter in een huis);
- in vergelijking met VT is de stroomtransformator compacter en heeft een vereenvoudigd aansluitschema.
Stroom- en spanningstransformatoren voldoen aan verschillende eisen wat betreft de nauwkeurigheid van de omgerekende waarden. Als deze indicator erg belangrijk is voor een meetapparaat, dan is het voor een spanningstransformator van ondergeschikt belang.
Classificatie van spanningstransformatoren
- vermogenstransformatoren met en zonder aarding;
- meettoestellen;
- autotransformatoren;
- speciale bijpassende apparaten;
- isolatie- en piektransformatoren.
De eerste van deze variëteiten worden gebruikt om ononderbroken stroomvoorziening aan de consument te leveren in een voor hem acceptabele vorm (met de vereiste amplitude). De essentie van hun actie is de transformatie van het ene potentiaalniveau in het andere met als doel de daaropvolgende overdracht naar de belasting.Driefasige apparaten die bijvoorbeeld op een transformatorstation zijn geïnstalleerd, maken het mogelijk om hoge spanningen te verlagen van 6,3 en 10 kV naar een huishoudwaarde van 0,4 kV.
Autotransformatoren zijn de eenvoudigste inductieve ontwerpen met één wikkeling met aftakkingen om de uitgangsspanning aan te passen. Bijpassende producten worden geïnstalleerd in laagstroomcircuits, waardoor de overdracht van vermogen van de ene trap naar de andere met minimale verliezen (met maximale efficiëntie) wordt gegarandeerd. Met behulp van zogenaamde "isolatie" transformatoren is het mogelijk om de galvanische scheiding van circuits met hoog- en laagspanning te organiseren. Zo is de bescherming van de eigenaar van het huis of tuinhuis tegen elektrische schokken met een hoog potentieel gegarandeerd. Bovendien maakt dit soort converters het volgende mogelijk:
- elektriciteit in de gewenste en veilige vorm van bron naar verbruiker overbrengen;
- bescherm belastingscircuits met daarin opgenomen gevoelige apparaten tegen elektromagnetische interferentie;
- blokkeer de invoer van een constante stroomcomponent in de werkende circuits.
Piektransformatoren zijn een ander type apparaat dat elektrische energie omzet. Ze dienen om de polariteit van pulssignalen te bepalen en te matchen met de uitgangsparameters. Dit type converters wordt geïnstalleerd in signaalcircuits van computersystemen en radiocommunicatiekanalen.
Instrumentspannings- en stroomtransformatoren
Speciale instrumenttransformatoren zijn een speciaal type omvormers waarmee bewakingsapparatuur in stroomcircuits kan worden opgenomen. Hun belangrijkste doel is om stroom of spanning om te zetten in een waarde die handig is voor het meten van netwerkparameters. De behoefte hieraan ontstaat in de volgende situaties:
- bij het nemen van metingen met elektrische meters;
- als spannings- en stroombeveiligingsrelais zijn geïnstalleerd in voedingscircuits;
- als het andere automatiseringsapparaten bevat.
Meters worden geclassificeerd op ontwerp, installatietype, transformatieverhouding en aantal trappen. Volgens het eerste kenmerk zijn ze ingebouwd, via doorgang en ondersteuning, en op de locatie - extern of bedoeld voor installatie in schakelkastcellen van het gesloten type. Volgens het aantal conversiestappen zijn ze onderverdeeld in eentraps en cascade, en volgens de conversieverhouding - in producten met een of meer waarden.
Kenmerken van VT-werking in netwerken met geïsoleerd en geaard nulpunt
Schade aan elektrische apparatuur is mogelijk als gevolg van een toename van de fasespanning tot lineair en het daaropvolgende optreden van een wisselboog. Ongeacht de oorzaak en werkingswijze is dit het gevaarlijkste type kortsluiting met een grote overspanningsfactor. Het is in dit geval dat de kans op het verschijnen van ferroresonantie in het netwerk groot is.
Het ferroresonante circuit in stroomnetwerken met een geïsoleerde nulleider is een nulsequentieketen met niet-lineaire magnetisatie. Een driefasige niet-geaarde VT is in wezen drie enkelfasige transformatoren die op een ster-ster manier zijn verbonden. Met overspanning in de zones waar het is geïnstalleerd, neemt de inductie in de kern met ongeveer 1,73 keer toe, waardoor ferroresonantie ontstaat.
Ter bescherming tegen dit fenomeen zijn speciale methoden ontwikkeld:
- vervaardiging van VT en TT met lage zelfinductie;
- het opnemen van extra dempingselementen in hun circuit;
- fabricage van driefasige transformatoren met een enkel magnetisch systeem in 5-staafs uitvoering;
- aarding van de neutrale draad via een stroombeperkende reactor;
- gebruik van compensatiewikkelingen, enz.;
- het gebruik van relaiscircuits die de VT-wikkelingen beschermen tegen overstromen.
Deze maatregelen beschermen de metende VT's, maar lossen het veiligheidsprobleem niet volledig op. Geaarde apparaten die zijn geïnstalleerd in netwerken met een geïsoleerde neutrale bus kunnen hierbij helpen.
De aard van de werking van laagspanningstransformatoren in modi met een geaarde nulleider wordt gekenmerkt door verhoogde veiligheid en een significante afname van ferroresonantieverschijnselen. Bovendien verhoogt het gebruik ervan de gevoeligheid en selectiviteit van bescherming in een enkelfasig circuit. Deze stijging wordt mogelijk vanwege het feit dat de inductieve wikkeling van de transformator is opgenomen in het aardingscircuit en de stroom door het daarin geïnstalleerde beveiligingsapparaat kort verhoogt.
De PUE biedt een rechtvaardiging voor de toelaatbaarheid van kortdurende aarding van de nulleider met een kleine inductantie van de VT-wikkeling. Hiervoor wordt in het netwerk gebruik gemaakt van automatisering, die bij stroomcontacten, bij een OZ na 0,5 seconde, de transformator kort op de rails aansluit. Vanwege het effect van een stevig geaarde nulleider begint er een stroom te vloeien die wordt beperkt door de inductantie van de VT in het beveiligingscircuit in het geval van een enkelfasige aardingsfout. Tegelijkertijd is de waarde ervan voldoende om de beschermingsapparatuur tegen OZ te activeren en voorwaarden te scheppen voor het blussen van een gevaarlijke boogontlading.
