A feszültségváltók célja és működési elve

A klasszikus feszültségváltó (VT) olyan eszköz, amely az egyik értéket átalakítja a másikba. A folyamat részleges áramvesztéssel jár, de indokolt olyan helyzetekben, amikor a bemeneti jel paramétereinek megváltoztatására van szükség. Egy ilyen transzformátor tervezésénél tekercselő elemek vannak, amelyek helyes kiszámításával meg lehet szerezni a szükséges kimeneti feszültséget.

A működés célja és elve

A feszültségváltók fő célja a bemeneti jel átalakítása a felhasználó által meghatározott szintre - amikor az üzemi potenciált csökkenteni vagy növelni kell. Ez az elektromágneses indukció elvének köszönhetően érhető el, amelyet Faraday és Maxwell tudósok törvényként fogalmaztak meg. Elmondása szerint bármely hurkban, amely a huzal másik hasonló fordulatához közel helyezkedik el, az EMF áramot indukál, amely arányos az őket behatoló mágneses indukció fluxusával. Ennek az indukciónak a nagysága a transzformátor szekunder tekercsében (amely sok ilyen fordulatból áll) az elsődleges áramkör áramától és mindkét tekercs fordulatszámától függ.

A transzformátor szekunder tekercsében lévő áramot és a hozzá kapcsolt terhelés feszültségét csak a mindkét tekercsben lévő fordulatok számának aránya határozza meg. Az elektromágneses indukció törvénye lehetővé teszi, hogy helyesen számolja ki egy olyan eszköz paramétereit, amely a bemenetről a kimenetre továbbítja az energiát a kívánt áram- és feszültségaránnyal.

Mi a különbség az áramváltó és a feszültségváltó között

Az áramváltók (CT) és a feszültségátalakítók közötti fő különbség eltérő funkcionális céljuk. Az előbbieket csak mérőáramkörökben használják, lehetővé téve a vezérelt paraméter szintjének elfogadható értékre történő csökkentését. Ez utóbbiak a váltakozó áramú elektromos vezetékekbe vannak telepítve, és a kimeneti feszültségek a csatlakoztatott háztartási berendezések működtetésére szolgálnak.

Tervezési különbségeik a következők:

• az áramváltók primer tekercseként az áramellátó buszt használják, amelyre fel van szerelve;
• a szekunder tekercs paramétereit egy mérőeszközhöz (például egy ház elektromos mérőjéhez) való csatlakoztatásra tervezték;
• a VT-vel összehasonlítva az áramváltó kompaktabb és egyszerűsített csatlakozási ábrával rendelkezik.

Az áram- és feszültségváltók különböző követelményeknek felelnek meg az átalakított értékek pontossága szempontjából. Ha ez a mutató nagyon fontos egy mérőeszköz számára, akkor a feszültségváltó esetében másodlagos.

A feszültségváltók osztályozása

Az általánosan elfogadott osztályozás szerint ezek az eszközök rendeltetésük szerint a következő fő típusokra vannak felosztva:

• áramváltók földeléssel és földelés nélkül;
• mérőeszközök;
• autotranszformátorok;
• speciális illeszkedő eszközök;
• szigetelő és csúcs transzformátorok.

Ezeknek a fajtáknak az elsőjét arra használják, hogy szünetmentes áramellátást biztosítsanak a fogyasztó számára számára elfogadható formában (a szükséges amplitúdóval). Cselekedésük lényege az egyik potenciálszint átalakítása a másikba azzal a céllal, hogy később a terhelésre kerüljön.A transzformátor alállomáshoz telepített háromfázisú készülékek például lehetővé teszik a magas feszültség 6,3 és 10 kV közötti csökkentését 0,4 kV háztartási értékre.

Az autotranszformátorok a legegyszerűbb induktív kiviteli alakok, amelyeknek egyetlen tekercsük van csapokkal a kimeneti feszültség beállításához. A megfelelő termékeket kisáramú áramkörökbe telepítik, biztosítva az energia átadását egyik szakaszból a másikba minimális veszteséggel (maximális hatékonysággal). Az úgynevezett "szigetelő" transzformátorok segítségével lehetőség van magas és alacsony feszültségű áramkörök elektromos leválasztásának megszervezésére. Így garantált a ház vagy a nyaraló tulajdonosának védelme a nagy potenciálú áramütéstől. Ezenkívül az ilyen típusú átalakítók lehetővé teszik a következőket:

• a villamos energia átadása a forrásból a fogyasztó felé a kívánt és biztonságos formában;
• megvédje a terhelés áramköröket a bennük található érzékeny eszközökkel az elektromágneses interferenciától;
• blokkolja az állandó áramú komponens bejutását a munkaáramkörökbe.

A csúcstranszformátorok egy másik típusú készülék, amely átalakítja az elektromos energiát. Az impulzusjelek polaritásának meghatározására szolgálnak, és illeszkednek a kimeneti paraméterekhez. Ez a típusú átalakító a számítógépes rendszerek jeláramkörébe és a rádiós kommunikációs csatornákba van telepítve.

Műszerfeszültség és áramváltók

A speciális műszertranszformátorok egy speciális típusú konverterek, amelyek lehetővé teszik a felügyeleti eszközök bekapcsolását az áramkörökbe. Fő céljuk az áram vagy a feszültség átalakítása olyan értékké, amely kényelmes a hálózati paraméterek mérésére. Erre a következő helyzetekben van szükség:

• elektromos mérőkkel történő leolvasáskor;
• ha feszültség- és áramerősség-védelmi relék vannak beszerelve az áramellátási áramkörökbe;
• ha más automatizálási eszköz van benne.

A műszereket a tervezés, a telepítés típusa, az átalakítási arány és a fokozatok száma szerint osztályozzák. Az első jellemző szerint beépítettek, átjárón és támaszon keresztül, és a helyszínen - külső vagy zárt típusú kapcsolóberendezések celláiba történő beépítésre szánják őket. Az átalakítási lépések száma szerint egylépcsős és kaszkádos, az átalakítási arány szerint pedig egy vagy több értékkel rendelkező termékekre vannak felosztva.

A VT működésének jellemzői elszigetelt és földelt nulla ponttal rendelkező hálózatokban

Az elektromos nagyfeszültségű hálózatoknak két változata van: szigetelt semleges busszal, vagy kompenzált és földelt semlegesel. A nulla pont csatlakoztatásának első módja lehetővé teszi, hogy egyfázisú (OZ) vagy ívhibák (DZ) esetén ne válassza le a hálózatot. A PUE lehetővé teszi egy semleges vezeték nélküli vezetékek működtetését akár nyolc órán át egyfázisú lezárással, de azzal a feltétellel, hogy jelenleg a meghibásodás kiküszöbölése folyik.

Az elektromos berendezések károsodása lehetséges a fázisfeszültség lineárisra emelkedése és a váltakozó ív későbbi megjelenése miatt. Függetlenül az okától és a működési módtól, ez a legveszélyesebb típusú rövidzárlat, magas túlfeszültség-tényezővel. Ebben az esetben nagy a valószínűsége annak, hogy a ferrorezonancia megjelenik a hálózatban.

Az izolált semleges áramellátó hálózatok ferrrezonáns áramköre nemlineáris mágnesezettségű nulla szekvenciájú lánc. A háromfázisú nem földelt VT lényegében három egyfázisú transzformátor, amelyek csillag-csillag módon vannak összekötve. Túlfeszültség esetén a beépített zónákban az indukció a magjában körülbelül 1,73-szorosára nő, ami ferrorezonancia megjelenését okozza.

A jelenség elleni védelem érdekében speciális módszereket fejlesztettek ki:

• alacsony önindukciójú VT-k és TT-k gyártása;
• további lengéscsillapító elemek beépítése áramkörükbe;
• 3 fázisú transzformátorok gyártása egyetlen mágneses rendszerrel, 5 pálcás kivitelben;
• a semleges vezeték földelése áramkorlátozó reaktoron keresztül;
• kompenzációs tekercsek stb.
• relés áramkörök használata, amelyek megvédik a VT tekercseléseket a túláramoktól.

Ezek az intézkedések védik a mérő VT-ket, de nem oldják meg teljesen a biztonsági problémát. Ebben segítséget nyújthatnak a földelt eszközök, amelyeket egy elszigetelt semleges busszal rendelkező hálózatokba telepítettek.

A kisfeszültségű transzformátorok működésének jellegét földelt semleges üzemmódban a fokozott biztonság és a ferrorezonancia jelenségek jelentős csökkenése jellemzi. Ezenkívül használatuk növeli a védelem érzékenységét és szelektivitását egyfázisú áramkörben. Ez az emelkedés annak köszönhetõen válik lehetõvé, hogy a transzformátor induktív tekercselése bekerül a földi áramkörbe, és röviden növeli az áramot a benne beépített védõeszközön keresztül.

A PUE igazolja a semleges rövid távú földelésének elfogadhatóságát a VT tekercs kis induktivitásával. Ehhez automatizálást alkalmaznak a hálózatban, amely tápfeszültség-érintkezőkkel, amikor OZ történik, 0,5 másodperc után röviden összekapcsolja a transzformátort a gyűjtősínekkel. A szilárdan földelt semleges hatása miatt egyfázisú testzavar esetén a VT induktivitása által korlátozott áram kezd áramlani a védőáramkörben. Ugyanakkor értéke elegendő az OZ elleni védelem kiváltásához és a veszélyes ívkisülés oltásának feltételeinek megteremtéséhez.