Transformatory odgrywają znaczącą rolę w elektrotechnice, pełniąc funkcje transformacji, izolacji, pomiaru i ochrony. Jednym z najczęstszych zadań tego typu urządzeń jest regulacja poszczególnych parametrów prądu. W szczególności przekładniki napięciowe (VT) przekształcają wydajność pierwotnej sieci energetycznej do wartości optymalnych z punktu widzenia odbiorców.
Ogólny projekt sprzętu
Podstawę techniczną transformatora stanowi wypełnienie elektromagnetyczne, które zapewnia procesy funkcjonalne urządzenia. Wymiary sprzętu mogą się różnić w zależności od wymagań dotyczących obciążenia mocy w obwodzie. W typowej konstrukcji transformator posiada wejścia i wyjścia prądowe, a główne elementy robocze wykonują zadania konwersji napięcia. Za zapewnienie niezawodności i bezpieczeństwa procesów technologicznych odpowiada zespół izolatorów, bezpieczniki oraz zabezpieczenie przekaźnikowe. W projekcie nowoczesnego transformatora niskiego napięciaprzewidziano również czujniki rejestrujące poszczególne parametry pracy, których wskaźniki przesyłane są do centrali i stają się podstawą poleceń do organów regulacyjnych. Sama praca elementów elektrycznych wymaga zasilania, dlatego w niektórych modyfikacjach przetwornice uzupełniane są autonomicznymi źródłami zasilania – generatorami, akumulatorami lub bateriami.
Rdzenie transformatorowe
Kluczowymi elementami roboczymi VT są tak zwane rdzenie (rdzenie magnetyczne) i uzwojenia. Pierwsze są dwojakiego rodzaju - pręt i zbroja. W przypadku większości transformatorów o niskiej częstotliwości do 50 Hz stosuje się rdzenie prętowe. Do produkcji obwodu magnetycznego stosuje się specjalne metale, których charakterystyka określa właściwości robocze konstrukcji, na przykład wydajność i wielkość prądu jałowego. Rdzeń przekładnika napięciowego tworzą cienkie arkusze stopu, izolowane między warstwami lakieru i tlenku. Stopień wpływu prądów wirowych obwodu magnetycznego będzie zależał od jakości tej izolacji. Istnieje również specjalny rodzaj rdzeni składowych, które tworzą struktury o dowolnym przekroju, ale zbliżone do kwadratu. Taka konfiguracja pozwala na tworzenie uniwersalnych obwodów magnetycznych, ale mają one również słabości. Tak więc istnieje potrzeba ciasnego dokręcania metalowych tworzyw sztucznych, ponieważ najmniejsze szczeliny zmniejszają współczynnik wypełnienia obszaru roboczego cewki.
Uzwojenia transformatora napięcia
Zazwyczaj używane są dwa uzwojenia - pierwotne i wtórne. Są odizolowane zarówno od siebie, jak i od rdzenia. Pierwszy poziom uzwojenia wyróżnia się dużą liczbą zwojów wykonanych cienkim drutem. Pozwala to na obsługę sieci wysokiego napięcia (do 6000-10 000 V) wymaganych do podstawowych potrzeb konwersji. Uzwojenie wtórne jest przeznaczone do równoległego zasilania przyrządów pomiarowych, przekaźników i innych pomocniczych urządzeń elektrycznych. Podczas podłączania uzwojeń przekładników napięciowych należy wziąć pod uwagę oznaczenia na zaciskach wyjściowych. Na przykład przekaźniki kierunku zasilania, multimetry, amperomierze, watomierze i różne mierniki są podłączone do cewek przez początek uzwojenia pierwotnego (oznaczenie A), linię końcową (X), początek uzwojenia wtórnego (a) i jego koniec (x). Można również zastosować dodatkowe uzwojenie ze specjalnymi prefiksami w oznaczeniu.
Okucia montażowe i urządzenia uziemiające
Lista dodatkowych elementów i urządzeń funkcjonalnych może się różnić w zależności od typu i charakterystyki transformatora. Na przykład konstrukcje olejowe ze wskaźnikiem napięcia pierwotnego do 10 kV lub więcej są wyposażone w złączki do napełniania, opróżniania i pobierania próbek smarów technicznych. W przypadku oleju zbiornik jest również wyposażony w dysze i regulatory, które kontrolują płynne dostarczanie płynu do obszarów docelowych. Typowe zestawy montażowe to najczęściej wsporniki ze śrubami, czopy, elementy przekaźników, elektryczne uszczelki kartonowe, elementy kołnierzy itp. Co do uziemienia, totransformatory o napięciu na uzwojeniu pierwotnym do 660 V wyposażone są w zaciski z gwintowanym mocowaniem śrub, kołków i śrub o rozmiarze M6. Jeżeli wskaźnik napięcia jest wyższy niż 660 V, to oprawa uziemiająca będzie musiała mieć połączenia sprzętowe w formacie nie mniejszym niż M8.
Zasada działania TH
Główne funkcje i procesy indukcji elektromagnetycznej są wykonywane przez kompleks, który zawiera metalowy rdzeń z zestawem płytek transformatora, uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Jakość urządzenia będzie zależeć od dokładności podstawowego obliczenia amplitudy i kąta prądu. Za transformację w polu elektromagnetycznym odpowiada wzajemna indukcja pomiędzy kilkoma uzwojeniami. Prąd przemienny w transformatorze napięciowym 220 V stale się zmienia, przechodząc przez jedno uzwojenie. Zgodnie z prawem Faradaya siła elektromotoryczna jest indukowana raz na sekundę. W zamkniętym systemie uzwojenia domyślny prąd przepływa przez obwód i blisko metalowego rdzenia. Im mniejsze obciążenie uzwojenia wtórnego transformatora, tym bliższy rzeczywistemu współczynnikowi konwersji wartości nominalnej. Praca z podłączeniem uzwojenia wtórnego do urządzeń pomiarowych będzie w szczególności zależeć od stopnia konwersji, ponieważ najmniejsze wahania obciążenia będą miały wpływ na dokładność pomiarów wprowadzanych do obwodu przyrządu.
Rodzaje transformatorów
W dzisiejszych czasach najczęściej spotykane są następujące typy TN:
- Transformator kaskadowy - urządzenie, w którym uzwojenie pierwotne podzielone jest na kilka kolejnych odcinków, a uzwojenia wyrównawcze i łączące odpowiadają za przekazywanie mocy między nimi.
- Uziemiony przekładnik napięciowy - projekty jednofazowe, w których jeden koniec uzwojenia pierwotnego jest ściśle uziemiony. Mogą to być również trójfazowe przekładniki napięciowe z uziemionym punktem neutralnym od uzwojenia pierwotnego.
- Nieuziemiony VT - urządzenie z pełną izolacją uzwojeń z sąsiednimi oprawami.
- Napiętnik napięciowy z dwoma uzwojeniami - transformatory z jednym uzwojeniem wtórnym.
- Przekładniki napięciowe o trzech uzwojeniach to transformatory, które oprócz uzwojenia pierwotnego mają również uzwojenie główne i dodatkowe uzwojenie wtórne.
- Pojemnościowy VT - konstrukcje charakteryzujące się obecnością separatorów pojemnościowych.
Cechy elektronicznych przekładników napięciowych
Według głównych wskaźników metrologicznych, ten typ transformatorów niewiele różni się od urządzeń elektrycznych. Wynika to z faktu, że w obu przypadkach wykorzystywany jest tradycyjny kanał konwersji. Głównymi cechami transformatorów elektronicznych jest brak izolacji wysokonapięciowej, co ostatecznie przyczynia się do wyższego efektu technicznego i ekonomicznego eksploatacji sprzętu. W sieciach WN o napięciu pierwotnym przekładnika napięciowego do 660 V przekształtnik jest połączony z siecią centralną w sposób galwaniczny. Informacja o mierzonym prądzie przekazywana jest z dużym potencjałem, jak ma to miejsce w przypadku przetwornika analogowo-cyfrowego z wyjściem optycznym. Jednakżewymiary i waga modeli elektronicznych są na tyle małe, że umożliwiają instalowanie zespołów transformatorowych w infrastrukturze szyn przewodowych wysokiego napięcia nawet bez podłączania dodatkowych izolatorów i osprzętu montażowego.
Specyfikacje transformatora
Główną wartością techniczną i eksploatacyjną jest potencjał napięciowy. Na uzwojeniu pierwotnym może osiągnąć 100 kV, ale w większości dotyczy to dużych stacji przemysłowych zawierających kilka modułów przekształtnikowych. Z reguły na uzwojeniu pierwotnym nie jest obsługiwane więcej niż 10 kV. Przekładnik napięciowy do sieci jednofazowych z uziemionym punktem neutralnym działa w ogóle przy 100 V. Jeśli chodzi o uzwojenie wtórne, jego wskaźniki napięcia znamionowego wynoszą średnio 24-45 V. Ponownie, w tych obwodach obsługiwane są urządzenia pomiarowe o niskim zużyciu energii, które nie wymagają dużego obciążenia mocą. Jednak uzwojenia wtórne mają czasami wysokie potencjały przekraczające 100 V w sieciach trójfazowych. Również przy ocenie charakterystyki transformatora ważne jest uwzględnienie klasy dokładności – są to wartości od 0, 1 do 3, które określają stopień odchylenia w konwersji docelowych wskaźników elektrycznych.
Efekt ferrorezonansu
Urządzenia elektromagnetyczne są często poddawane różnego rodzaju negatywnym wpływom i uszkodzeniom związanym z naruszeniem izolacji. Jednym z najczęstszych procesów niszczenia uzwojeń jest zaburzenie ferrorezonansu. Powoduje uszkodzenia mechaniczne i przegrzanie.uzwojenia. Główną przyczyną tego zjawiska jest nieliniowość indukcyjności, która występuje w sytuacjach niestabilnej odpowiedzi obwodu magnetycznego na otaczające pole magnetyczne. W celu ochrony przekładnika napięciowego przed skutkami ferrorezonansu możliwe są środki zewnętrzne, w tym włączenie dodatkowych pojemności i rezystorów do przełączanego urządzenia. W układach elektronicznych możliwość nieliniowości indukcyjnej można również zminimalizować poprzez zaprogramowanie sekwencji wyłączania sprzętu.
Korzystanie ze sprzętu
Działanie urządzeń transformatorowych przetwarzających napięcie podlega zasadom stosowania elektrotechniki. Biorąc pod uwagę optymalne wartości eksploatacyjne, specjaliści wprowadzają podstacje do infrastruktury zasilającej docelowego obiektu. Główne funkcje systemów umożliwiają obsługę budynków i przedsiębiorstw posiadających mocne elektrownie, a napięcie wtórne transformatora do 100 V steruje obciążeniem dla mniej wymagających odbiorców, takich jak liczniki i urządzenia metrologiczne. W zależności od parametrów techniczno-konstrukcyjnych HP może znaleźć zastosowanie w przemyśle, budownictwie oraz w gospodarstwach domowych. W każdym przypadku transformatory zapewniają kontrolę mocy elektrycznej poprzez dostosowanie mocy znamionowej wejściowej do wymagań znamionowych konkretnego miejsca.
Wniosek
Transformatory elektromagnetyczne zapewniają dość stare, ale do dziś rozchwytywanezasada regulacji mocy w obwodach elektrycznych. Starzenie się tego sprzętu wiąże się zarówno z konstrukcją sprzętu, jak i jego funkcjonalnością. Nie wyklucza to jednak stosowania przekładników prądowych i napięciowych do krytycznych zadań związanych z zarządzaniem energią w dużych przedsiębiorstwach. Poza tym nie można powiedzieć, że konwertery tego typu w ogóle nie podlegają ulepszeniom. Chociaż podstawowe zasady działania, a nawet realizacja techniczna jako całość, pozostają takie same, inżynierowie od niedawna aktywnie pracują nad systemami zabezpieczeń i sterowania. W rezultacie wpływa to na bezpieczeństwo, niezawodność i dokładność transformatorów.
