ترانسفورماتوری که به ولتاژ خیره می شود: چرا ترانسفورماتور ولتاژ هرگز نباید کوتاه شود

آنچه هست، به زبان ساده

اگر می‌خواهید فشار داخل یک آب شهری را اندازه‌گیری کنید، گیج خانگی را مستقیماً روی لوله نمی‌پیچید - می‌ترکند. در عوض، یک شیر کاهنده کوچک نصب می کنید تا گیج یک کپی ایمن و مینیاتوری از فشار واقعی را ببیند. یک ترانسفورماتور ولتاژ (VT) که ترانسفورماتور پتانسیل (PT) نیز نامیده می شود، دقیقاً این کار را برای برق انجام می دهد. به طور موازی در طول یک خط ولتاژ بالا وصل می شود و از مغناطیس برای ایجاد یک ماکت ولتاژ پایین استفاده می کند که متر، رله و سیستم های SCADA می توانند بدون تماس با کیلوولت آن را بخوانند.

این تصویر آینه ای از ترانسفورماتور جریان (CT) از قبل در این سری است: یک CT به صورت سری با هادی قرار می گیرد تا جریان را مقیاس کند. یک VT موازی با ولتاژ خط به مقیاس قرار می گیرد.

اصل و انواع

VT الکترومغناطیسی یک ترانسفورماتور کاهنده با بار سبک است. اولیه دارای پیچ های زیادی از سیم نازک در سراسر خط است. ثانویه پیچ های کمی دارد و ولتاژ استانداردی را ارائه می دهد. طبق IEC 61869-3، ولتاژ ثانویه نامی معمولاً 100 ولت یا 110 ولت یا 100/√3 ولت برای VT های تک فاز متصل به خط به زمین است.

در ولتاژهای انتقال، مهندسان اغلب از ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT) استفاده می کنند: یک پشته خازن ابتدا ولتاژ را تقسیم می کند، سپس یک ترانسفورماتور متوسط ​​کوچک بقیه را اداره می کند. این از مشکلات اندازه و عایق یک VT کاملاً زخمی در صدها کیلو ولت جلوگیری می کند.

پارامترهای کلیدی که یک مهندس باید تنظیم کند

• نسبت تبدیل نامی - به عنوان مثال، 11000 ولت / 110 ولت، تنظیم شده توسط نسبت چرخش.
• بار نامی (VA) - توان ظاهری که ثانویه می تواند تامین کند در حالی که در محدوده دقت باقی می ماند. IEC 61869-3 مقادیر استانداردی مانند 10، 25، 50 و 100 VA را با تاخیر 0.8 ضریب توان ارائه می دهد.
• کلاس دقت - کلاس های اندازه گیری 0.1، 0.2، 0.5، 1.0، 3.0؛ کلاس های حفاظتی 3P و 6P. کلاس فقط زمانی تضمین می شود که ولتاژ ثانویه بین 80 تا 120 درصد نامی و بار بین 25 تا 100 درصد نامی باشد (بر اساس IEC 61869-3 و ​​راهنماهای MV اشنایدر الکتریک).
• ضریب ولتاژ نامی - چقدر VT می تواند در طول یک خطای زمین تک فاز بیش از حد تحریک شود. مقادیر معمولی 1.2 پیوسته، 1.5 برای 30 ثانیه، یا 1.9 برای 8 ساعت، بسته به ارتینگ سیستم هستند.

مثال کاربردی

در یک اطاقک تابلو برق داخلی 11 کیلوولت، یک VT سه فاز معمولا دارای دو سیم پیچ ثانویه جداگانه است: یک هسته کلاس 0.5 برای اندازه گیری درآمد و یک هسته کلاس 3P برای حفاظت. یک سیم پیچ باقیمانده ممکن است در دلتای باز برای تشخیص خطای زمین متصل شود. کل حلقه ثانویه دقیقاً در یک نقطه زمین شده است، درست مانند یک CT.

تصور غلط رایج و یک واقعیت جالب

تصور اشتباه: "ترانسفورماتورهای ابزار همه یکسان هستند، بنابراین قانون ایمنی یکسانی اعمال می شود." اینطور نیست. یک CT هرگز نباید در مدار باز قرار گیرد زیرا جریان اولیه آن توسط بار ثابت می شود. یک ثانویه باز تمام آن نیروی مغناطیسی را وارد هسته می کند و ولتاژ بالا کشنده ایجاد می کند. با این حال، یک VT هرگز نباید اتصال کوتاه داشته باشد، زیرا ثانویه آن طوری طراحی شده است که تقریباً در مدار باز عمل کند. شورت امپدانس بار را فرو می ریزد و جریان عظیمی را از طریق سیم پیچ نازک ثانویه عبور می دهد و آن را از بین می برد.

واقعیت جالب: یک VT می تواند بدون هیچ گونه اشتباه سیم کشی آسیب ببیند. در شبکه های ایزوله خنثی یا کابل سنگین، اندوکتانس مغناطیسی VT و خازن شبکه می توانند یک مدار تشدید غیرخطی به نام فرورزونانس تشکیل دهند. هنگامی که توسط یک رویداد سوئیچینگ یا یک خطای زمین فعال می شود، VT یک جریان مغناطیسی شدید می کشد، بیش از حد گرم می شود و می تواند محفظه خود را پاره کند در حالی که ثانویه تقریباً عادی به نظر می رسد. مهندسان اغلب با یک مقاومت میرایی در سراسر سیم پیچ مثلث باز از آن جلوگیری می کنند.