Transformátory zohrávajú významnú úlohu v elektrotechnike, vykonávajú funkcie transformácie, izolácie, merania a ochrany. Jednou z najčastejších úloh zariadení tohto typu je regulácia jednotlivých parametrov prúdu. Najmä napäťové transformátory (VT) premieňajú výkon primárnej elektrickej siete na optimálne hodnoty z pohľadu spotrebiteľov.
Celkový dizajn zariadenia
Technický základ transformátora tvorí elektromagnetická náplň, ktorá zabezpečuje funkčné procesy zariadenia. Rozmery zariadenia sa môžu líšiť v závislosti od požiadaviek na výkonové zaťaženie v obvode. V typickom dizajne má transformátor prúdové vstupné a výstupné zariadenia a hlavné pracovné prvky vykonávajú úlohy konverzie napätia. Za zabezpečenie spoľahlivosti a bezpečnosti technologických procesov je zodpovedná sada izolátorov, poistiek a reléového ochranného zariadenia. V prevedení moderného transformátora nízkeho napätiak dispozícii sú aj snímače na zaznamenávanie jednotlivých prevádzkových parametrov, ktorých indikátory sa odosielajú do ústredne a stávajú sa základom pre príkazy regulačným orgánom. Prevádzka elektrických komponentov sama o sebe vyžaduje napájanie, preto sú meniče v niektorých modifikáciách doplnené o autonómne zdroje energie - generátory, akumulátory alebo batérie.
Transformátorové jadrá
Kľúčovými pracovnými prvkami VT sú takzvané jadrá (magnetické jadrá) a vinutia. Prvé sú dvoch typov - tyč a pancier. Pre väčšinu nízkofrekvenčných transformátorov do 50 Hz sa používajú tyčové jadrá. Pri výrobe magnetického obvodu sa používajú špeciálne kovy, ktorých charakteristiky určujú pracovné vlastnosti konštrukcie, napríklad výkon a veľkosť prúdu naprázdno. Jadro napäťového transformátora je tvorené tenkými plátmi zliatiny, izolovanými medzi vrstvami laku a oxidu. Stupeň vplyvu vírivých prúdov magnetického obvodu bude závisieť od kvality tejto izolácie. Existuje aj špeciálny druh sádzacích jadier, ktoré tvoria štruktúry ľubovoľného prierezu, ale blízkeho štvorcového tvaru. Táto konfigurácia umožňuje vytvárať univerzálne magnetické obvody, ktoré však majú aj slabé stránky. Existuje teda potreba tesného utiahnutia kovových plastov, pretože najmenšie medzery znižujú faktor plnenia pracovnej oblasti cievky.
Vinutia transformátora napätia
Zvyčajne sa používajú dve vinutia – primárne a sekundárne. Sú izolované od seba aj od jadra. Prvá úroveň vinutia sa vyznačuje veľkým počtom závitov vyrobených tenkým drôtom. To mu umožňuje obsluhovať siete vysokého napätia (do 6000-10 000 V), ktoré sú potrebné pre základné potreby konverzie. Sekundárne vinutie je určené pre paralelné napájanie meracích prístrojov, reléových zariadení a iných pomocných elektrických zariadení. Pri pripájaní vinutia napäťových transformátorov je dôležité zvážiť označenie na výstupných svorkách. Napríklad výkonové smerové relé, multimetre, ampérmetre, wattmetre a rôzne merače sa pripájajú k cievkam cez začiatok primárneho vinutia (označenie A), koncové vedenie (X), začiatok sekundárneho vinutia (a) a jeho koniec (x). Je možné použiť aj prídavné vinutie so špeciálnymi predponami v označení.
Montážne armatúry a uzemňovacie zariadenia
Zoznam doplnkových prvkov a funkčných zariadení sa môže líšiť v závislosti od typu a vlastností transformátora. Napríklad olejové konštrukcie s indikátorom primárneho napätia do 10 kV alebo viac sú vybavené armatúrami na plnenie, vypúšťanie a odber vzoriek technických mazív. Pre olej je nádrž vybavená aj tryskami a regulátormi, ktoré riadia plynulý prísun tekutiny do cieľových oblastí. Typické montážne súpravy najčastejšie obsahujú konzoly so skrutkami, hrdla, reléové komponenty, elektrické kartónové tesnenia, prírubové prvky atď. Pokiaľ ide o uzemnenie, potomtransformátory s napätím na primárnom vinutí do 660 V sú vybavené svorkami so závitovým upevnením svorníkov, svorníkov a skrutiek veľkosti M6. Ak je indikátor napätia vyšší ako 660 V, uzemňovacia armatúra bude musieť mať hardvérové pripojenia formátu nie menšieho ako M8.
Princíp fungovania TH
Hlavné funkcie a procesy elektromagnetickej indukcie vykonáva komplex, ktorý zahŕňa kovové jadro so sadou transformátorových dosiek, primárne a sekundárne vinutie. Kvalita zariadenia bude závisieť od presnosti základného výpočtu amplitúdy a uhla prúdu. Vzájomná indukcia medzi niekoľkými vinutiami je zodpovedná za transformáciu v elektromagnetickom poli. Striedavý prúd v napäťovom transformátore 220 V sa neustále mení a prechádza cez jediné vinutie. Podľa Faradayovho zákona sa elektromotorická sila indukuje raz za sekundu. V uzavretom systéme vinutia bude predvolený prúd pretekať cez obvod a blízko kovového jadra. Čím nižšie je zaťaženie sekundárneho vinutia transformátora, tým je skutočný prevodný faktor bližšie k menovitej hodnote. Práca s pripojením sekundárneho vinutia k meraciemu zariadeniu bude závisieť najmä od stupňa konverzie, pretože najmenšie kolísanie zaťaženia ovplyvní presnosť meraní zadaných do obvodu prístroja.
Typy transformátorov
V súčasnosti sú najbežnejšie tieto typy TN:
- Kaskádový transformátor - zariadenie, v ktorom je primárne vinutie rozdelené do niekoľkých po sebe idúcich sekcií a vyrovnávacie a spojovacie vinutia sú zodpovedné za prenos energie medzi nimi.
- Uzemnené VT - jednofázové konštrukcie, v ktorých je jeden koniec primárneho vinutia pevne uzemnený. Môžu to byť aj trojfázové napäťové transformátory s uzemneným neutrálom z primárneho vinutia.
- Unearthed VT – zariadenie s úplnou izoláciou vinutia so susednými armatúrami.
- Dvojvinuté VT - transformátory s jedným sekundárnym vinutím.
- Trojvinuté VT sú transformátory, ktoré majú okrem primárneho vinutia aj hlavné a prídavné sekundárne vinutie.
- Kapacitné VT – konštrukcie charakterizované prítomnosťou kapacitných separátorov.
Funkcie elektronických VTs
Podľa hlavných metrologických ukazovateľov sa tento typ transformátorov len málo líši od elektrických zariadení. Je to spôsobené tým, že v oboch prípadoch sa používa tradičný konverzný kanál. Hlavnými znakmi elektronických transformátorov je absencia vysokonapäťovej izolácie, čo v konečnom dôsledku prispieva k vyššiemu technickému a ekonomickému efektu z prevádzky zariadenia. Vo vysokonapäťových sieťach s primárnym napätím napäťového transformátora do 660 V je menič pripojený k centrálnej sieti galvanickým spôsobom. Informácie o nameranom prúde sú prenášané s vysokým potenciálom, ako je to v prípade analógovo-digitálneho prevodníka s optickým výstupom. Avšakrozmery a hmotnosť elektronických modelov sú také malé, že umožňujú inštalovať transformátorové jednotky do infraštruktúry vysokonapäťových drôtových zberníc aj bez pripojenia ďalších izolátorov a montážneho hardvéru.
Špecifikácie transformátora
Hlavnou technickou a prevádzkovou hodnotou je napäťový potenciál. Na primárnom vinutí môže dosiahnuť 100 kV, ale väčšinou sa to týka veľkých priemyselných staníc obsahujúcich niekoľko konvertorových modulov. Na primárnom vinutí je spravidla podporované nie viac ako 10 kV. Napäťový transformátor pre jednofázové siete s uzemneným neutrálom pracuje vôbec pri 100 V. Pokiaľ ide o sekundárne vinutie, jeho ukazovatele menovitého napätia sú v priemere 24-45 V. Na týchto okruhoch sú opäť obsluhované nízkoenergetické meracie zariadenia, ktoré nevyžadujú vysoké výkonové zaťaženie. Sekundárne vinutia však niekedy majú vysoký potenciál viac ako 100 V v trojfázových sieťach. Pri posudzovaní charakteristík transformátora je tiež dôležité vziať do úvahy triedu presnosti - sú to hodnoty od 0, 1 do 3, ktoré určujú stupeň odchýlky pri premene cieľových elektrických indikátorov.
ferorezonančný efekt
Elektromagnetické zariadenia sú často vystavené rôznym druhom negatívnych vplyvov a poškodení spojených s porušením izolácie. Jedným z najbežnejších procesov deštrukcie vinutia je ferorezonančné rušenie. Spôsobuje mechanické poškodenie a prehrievanie.vinutia. Hlavnou príčinou tohto javu sa nazýva nelinearita indukčnosti, ktorá sa vyskytuje v situáciách nestabilnej odozvy magnetického obvodu na okolité magnetické pole. Na ochranu napäťového transformátora pred ferorezonančnými účinkami sú možné vonkajšie opatrenia vrátane zahrnutia dodatočných kapacít a odporov do spínaného zariadenia. V elektronických systémoch možno tiež minimalizovať možnosť induktívnej nelinearity naprogramovaním sekvencií vypínania zariadení.
Používanie vybavenia
Prevádzka transformátorových zariadení, ktoré premieňajú napätie, sa riadi pravidlami používania elektrotechniky. Pri zohľadnení optimálnych prevádzkových hodnôt špecialisti zavádzajú rozvodne do zásobovacej infraštruktúry cieľového zariadenia. Hlavné funkcie systémov umožňujú obsluhu budov a podnikov s výkonnými elektrárňami a sekundárne napätie transformátora do 100 V riadi záťaž pre menej náročných spotrebiteľov, ako sú merače a metrologické zariadenia. V závislosti od technických a konštrukčných parametrov je HP možné použiť v priemysle, v stavebníctve aj v domácnostiach. V každom prípade poskytujú transformátory riadenie elektrického výkonu úpravou vstupného výkonu tak, aby zodpovedal menovitým požiadavkám konkrétneho miesta.
Záver
Elektromagnetické transformátory poskytujú pomerne staré, ale dodnes žiadanéprincíp regulácie výkonu v elektrických obvodoch. Zastaranosť tohto zariadenia je spojená ako s dizajnom zariadenia, tak aj s jeho funkčnosťou. To však nebráni použitiu prúdových a napäťových transformátorov na kritické úlohy správy napájania vo veľkých podnikoch. Navyše sa nedá povedať, že by meniče tohto typu vôbec nepodliehali vylepšeniam. Hoci základné princípy fungovania a dokonca aj technická realizácia ako celok zostávajú rovnaké, inžinieri v poslednej dobe aktívne pracujú na systémoch ochrany a riadenia. V dôsledku toho to ovplyvňuje bezpečnosť, spoľahlivosť a presnosť transformátorov.
