Transformátory hrají významnou roli v elektrotechnice, plní funkce transformace, izolace, měření a ochrany. Jednou z nejčastějších úloh zařízení tohoto typu je regulace jednotlivých proudových parametrů. Zejména napěťové transformátory (VT) převádějí výkon primární elektrické sítě na optimální hodnoty z pohledu spotřebitelů.
Celkový design zařízení
Technický základ transformátoru tvoří elektromagnetická náplň, která zajišťuje funkční procesy zařízení. Rozměry zařízení se mohou lišit v závislosti na požadavcích na výkonové zatížení v obvodu. V typickém provedení má transformátor proudová vstupní a výstupní zařízení a hlavní pracovní prvky provádějí úkoly převodu napětí. Za zajištění spolehlivosti a bezpečnosti technologických procesů odpovídá soubor izolátorů, pojistek a reléového ochranného zařízení. V provedení moderního transformátoru nízkého napětík dispozici jsou také senzory pro záznam jednotlivých provozních parametrů, jejichž indikátory jsou odesílány do ústředny a stávají se podkladem pro příkazy regulačním orgánům. Provoz elektrických komponent sám o sobě vyžaduje napájení, proto jsou v některých modifikacích měniče doplněny o autonomní zdroje energie - generátory, akumulátory nebo baterie.
Jádra transformátoru
Klíčovými pracovními prvky VT jsou tzv. jádra (magnetická jádra) a vinutí. První jsou dvou typů – tyč a pancíř. U většiny nízkofrekvenčních transformátorů do 50 Hz se používají tyčová jádra. Při výrobě magnetického obvodu se používají speciální kovy, jejichž charakteristiky určují pracovní vlastnosti konstrukce, například výkon a velikost proudu naprázdno. Jádro napěťového transformátoru je tvořeno tenkými pláty slitiny, izolovanými mezi vrstvami laku a oxidu. Míra vlivu vířivých proudů magnetického obvodu bude záviset na kvalitě této izolace. Existuje také speciální druh sazebních jader, která tvoří struktury libovolného průřezu, ale blízkého čtvercového tvaru. Tato konfigurace umožňuje vytvářet univerzální magnetické obvody, ale mají i slabiny. Existuje tedy potřeba těsného utažení kovových plastů, protože nejmenší mezery snižují faktor plnění pracovní oblasti cívky.
Vinutí transformátoru napětí
Obvykle se používají dvě vinutí – primární a sekundární. Jsou izolované jak od sebe, tak od jádra. První úroveň vinutí se vyznačuje velkým počtem závitů vyrobených tenkým drátem. To mu umožňuje obsluhovat vysokonapěťové sítě (až 6000-10 000 V) potřebné pro základní potřeby konverze. Sekundární vinutí je určeno pro paralelní napájení měřicích přístrojů, reléových zařízení a dalších pomocných elektrických zařízení. Při připojování vinutí napěťových transformátorů je důležité vzít v úvahu označení na výstupních svorkách. Například výkonová směrová relé, multimetry, ampérmetry, wattmetry a různé měřiče jsou k cívkám připojeny přes začátek primárního vinutí (označení A), koncové vedení (X), začátek sekundárního vinutí (a) a jeho konec (x). Lze použít i přídavné vinutí se speciálními předponami v označení.
Montážní armatury a uzemňovací zařízení
Seznam přídavných prvků a funkčních zařízení se může lišit v závislosti na typu a vlastnostech transformátoru. Například olejové konstrukce s indikátorem primárního napětí do 10 kV nebo více jsou opatřeny armaturami pro plnění, vypouštění a odběr vzorků technických maziv. Pro olej je nádrž také opatřena tryskami a regulátory, které řídí hladký přívod kapaliny do cílových oblastí. Typické montážní sady nejčastěji obsahují držáky se šrouby, čepy, reléové komponenty, elektro lepenková těsnění, přírubové prvky atd. Pokud jde o uzemnění, paktransformátory s napětím na primárním vinutí do 660 V jsou opatřeny svorkami se závitovým upevněním svorníků, svorníků a šroubů velikosti M6. Pokud je indikátor napětí vyšší než 660 V, pak zemnící armatura musí mít hardwarové připojení formátu ne menšího než M8.
Princip fungování TH
Hlavní funkce a procesy elektromagnetické indukce jsou vykonávány komplexem, který zahrnuje kovové jádro se sadou transformátorových desek, primární a sekundární vinutí. Kvalita zařízení bude záviset na přesnosti základního výpočtu amplitudy a úhlu proudu. Vzájemná indukce mezi několika vinutími je zodpovědná za transformaci v elektromagnetickém poli. Střídavý proud v transformátoru napětí 220 V se neustále mění a prochází jediným vinutím. Podle Faradayova zákona je elektromotorická síla indukována jednou za sekundu. V uzavřeném systému vinutí bude výchozí proud protékat obvodem a blízko kovového jádra. Čím nižší je zatížení sekundárního vinutí transformátoru, tím se skutečný převodní faktor blíží jmenovité hodnotě. Práce s připojením sekundárního vinutí k měřicím zařízením bude záviset zejména na stupni konverze, protože nejmenší kolísání zátěže ovlivní přesnost měření zadávaných do obvodu přístroje.
Typy transformátorů
Dnes jsou nejběžnější následující typy TN:
- Kaskádový transformátor - zařízení, ve kterém je primární vinutí rozděleno do několika po sobě jdoucích sekcí a vyrovnávací a spojovací vinutí jsou zodpovědná za přenos energie mezi nimi.
- Uzemněné VT - jednofázové provedení, ve kterém je jeden konec primárního vinutí pevně uzemněn. Mohou to být také třífázové napěťové transformátory s uzemněným neutrálem z primárního vinutí.
- Unearthed VT – zařízení s plnou izolací vinutí se sousedními armaturami.
- Dvouvinutí VT - transformátory s jedním sekundárním vinutím.
- Třívinuté VT jsou transformátory, které mají kromě primárního vinutí také hlavní a přídavné sekundární vinutí.
- Kapacitní VT – konstrukce vyznačující se přítomností kapacitních separátorů.
Funkce elektronických VTs
Podle hlavních metrologických ukazatelů se tento typ transformátorů jen málo liší od elektrických zařízení. To je způsobeno skutečností, že v obou případech je použit tradiční konverzní kanál. Hlavními vlastnostmi elektronických transformátorů je absence vysokonapěťové izolace, což v konečném důsledku přispívá k vyššímu technickému a ekonomickému efektu z provozu zařízení. V sítích vysokého napětí s primárním napětím napěťového transformátoru do 660 V je převodník připojen k centrální síti galvanickým způsobem. Informace o měřeném proudu se přenáší s vysokým potenciálem, jako je tomu u analogově-digitálního převodníku s optickým výstupem. nicméněrozměry a hmotnost elektronických modelů jsou tak malé, že umožňují instalovat transformátorové jednotky do infrastruktury vysokonapěťových drátových sběrnic i bez připojení dalších izolátorů a montážního hardwaru.
Specifikace transformátoru
Hlavní technickou a provozní hodnotou je napěťový potenciál. Na primárním vinutí může dosáhnout 100 kV, ale většinou se to týká velkých průmyslových stanic obsahujících několik konverzních modulů. Na primárním vinutí není zpravidla podporováno více než 10 kV. Napěťový transformátor pro jednofázové sítě s uzemněným neutrálem pracuje vůbec při 100 V. Pokud jde o sekundární vinutí, jeho ukazatele jmenovitého napětí jsou v průměru 24-45 V. Na těchto okruzích jsou opět obsluhována nízkoenergetická měřicí zařízení, která nevyžadují velké výkonové zatížení. Sekundární vinutí však někdy mají vysoké potenciály více než 100 V v třífázových sítích. Při posuzování charakteristik transformátoru je také důležité vzít v úvahu třídu přesnosti - jedná se o hodnoty od 0, 1 do 3, které určují míru odchylky při přepočtu cílových elektrických indikátorů.
Ferrorezonanční efekt
Elektromagnetická zařízení jsou často vystavena různým druhům negativních vlivů a poškození spojených s porušením izolace. Jedním z nejběžnějších procesů destrukce vinutí je ferorezonanční rušení. Způsobuje mechanické poškození a přehřívání.vinutí. Hlavním důvodem tohoto jevu se nazývá nelinearita indukčnosti, ke které dochází v situacích nestabilní odezvy magnetického obvodu na okolní magnetické pole. K ochraně napěťového transformátoru před ferorezonančními účinky jsou možná vnější opatření, včetně zahrnutí přídavných kapacit a odporů do spínaného zařízení. V elektronických systémech lze také minimalizovat možnost indukční nelinearity naprogramováním sekvencí vypínání zařízení.
Použití vybavení
Provoz transformátorových zařízení převádějících napětí se řídí pravidly pro použití v elektrotechnice. S ohledem na optimální provozní hodnoty zavádějí specialisté rozvodny do zásobovací infrastruktury cílového zařízení. Hlavní funkce systémů umožňují obsluhu budov a podniků s výkonnými elektrárnami a sekundární napětí transformátoru do 100 V řídí zátěž pro méně náročné spotřebitele jako jsou měřidla a metrologická zařízení. V závislosti na technických a konstrukčních parametrech lze HP použít v průmyslu, ve stavebnictví i v domácnostech. V každém případě poskytují transformátory řízení elektrického výkonu úpravou vstupního výkonu tak, aby odpovídal jmenovitým požadavkům konkrétního místa.
Závěr
Elektromagnetické transformátory poskytují poměrně staré, ale dodnes žádanéprincip regulace výkonu v elektrických obvodech. Zastaralost tohoto zařízení je spojena jak s designem zařízení, tak s jeho funkčností. To však nebrání použití proudových a napěťových transformátorů pro kritické úkoly správy napájení ve velkých podnicích. Navíc se nedá říci, že by měniče tohoto typu vylepšení vůbec nepodléhaly. Přestože základní principy fungování a dokonce i technická realizace jako celek zůstávají stejné, inženýři v poslední době aktivně pracují na systémech ochrany a řízení. Ve výsledku to ovlivňuje bezpečnost, spolehlivost a přesnost transformátorů.
