Naponski transformator

Naponski transformator je tip transformatora za merenje. Koristi se kada je potrebno izmeriti visoke napone koje bi bilo teško izmeriti direktnom metodom, tj. ako bi takvi uređaji i postojali, oni bi bili veoma glomazni i skupi. Upotrebom naponskih transformatora visoki naponski nivoi se transformišu na vrednosti koje omogućavaju upotrebu standardnih mernih instrumenata i releja. Time se takođe postiže i bezbedniji rad osoblja. Naponski transformatori su dizajnirani da imaju tačan prenosni odnos da precizno snize napon tako da se može meriti na bezbednom naponu (tipično 100 V). Dizajnirani su tako da predstavljaju neznatno opterećenje naponu koji se meri.

Konstrukcija

Namotaji mernih transformatora najčešće su od bakarne žice izvučene od elektrolitskog bakra kome je čistoća najmanje 99,9%. Bakarne žice okruglog preseka su izolovane lakom na bazi sintetičkih smola. Osim lakiranih žica upotrebljavaju se žice sa jednim slojem prediva od svile; ovakva izolacija se koristi kad se mora postići mala kapacitivnost namotaja da bi se mogao upotrebiti za visoke frekvencije.

Prema vrsti upotrebljene izolacije između namotaja, razlikuju se:

suvi (do 145 kV)
malouljni za sve napone
uljni
sa gasom SF₆

Prema izvođenju razlikuju se dva osnovna tipa naponskih transformatora:

dvopolno izolovani naponski transformatori
jednopolno izolovani naponski transformaotori

Razlika između ova dva naponska merna transformatora je to što dvopolno izolovani naponski transformator ima dva visokonaponska priključka koja su izolovana od suda transformatora, a jednopolno izolovani naponski transformatori imaju jedan visokonaponski priključak, dok se drugi kraj uzemljuje.

Za srednje napone, do 38 kV upotrebljavaju se jednopolni ili dvopolni izolovani suvi (izolator je epoksidna smola) ili malouljni naponski merni transformatori. Za visoke napone od 110 kV i više naponski transformatori se izrađuju isključivo kao jednopolno izolovani, jer je za ove napone znatno jevtinije upotrebiti tri jednopolno izolovana nego dva dvopolno izolovana transformatora. U oklopljenim postrojenjima koja su izolovana gasom SF₆ koriste se naponski transformatori sa gasom SF₆ pod pritiskom od nekoliko bara.

Obeležavanje krajeva i uzemljenje

Krajeve dvopolno izolovanih jednofaznih naponskih transformatora se na primarnoj strani obeležavaju sa U i V, a na sekundarnoj strani sa u i v. Krajevi jednopolno izolovanih naponskih transformatora na primarnoj strani se obeležavaju sa U i X, a na sekundarnoj strani su u i x, tako da su priključci X i x uzemljeni. Trofazni naponski transformatori na primarnoj strani se obelezavaju sa U, V, i W, a na sekundarnoj strani sa u, v i -{w}.

Примарни намотај се по правилу прикључује преко високонапонских осигурача, ако је напонски трансформатор спојен на сабирнице. Секундарни водови се увек осигуравају, изузев оних који су уземљени.

У погону напонски трансформатори могу радити неоптерећени или оптерећени, али се не смеју, за разлику од струјних трансформатора, никада кратко спојити, јер намотај може да прегори. Из тог разлога секундарни намотаји напонских трансформатора се увек осигуравају. Једна стезаљка секундарног намотаја се мора уземљити и обично је то стезаљка v. То се чини ради заштите погонског особља од евентуалног пробоја између намотаја високог и намотаја ниског напона. Напонски трансформатори се могу уземљити и преко нулте тачке на секундарној страни. При уземљењу секундарне стране напонских трансформатора мора се водити рачуна да оно буде изведено на исти начин код свих напонских трансформатора у постројењу.

Карактеристике напонског трансформатора

Преносни однос напонског трансформатора је дефинисан односом називног примарног и називног секундарног напона:

k_u= U'/U"

Називни примарни напон је једнак или називном линијском напону или називном фазном напону. Називно напон је практично увек 100 V, док су раније могле срести неке друге вредности напона (110 или 200 V)

Класа тачности и грешке

Класа тачности напонског трансформатора је у директној вези са напонском и угаоном грешком. Ако се напон на крајевима трансформатора мења у границама од 0,8 Un до 1,2 Un, онда је класа тачности једнака грешки трансформатора у процентима. Важећи међународни стандарни допуштају класе тачности: 0,1; 0,2; 0,5; 1 и 3.

Под напонском грешком δU се подразумева процентуална разлика између сведеног секундарног напона U₁"=-{k_uU" i primarnog napona U'.

$u={\frac {k_{u}\cdot U''-U'}{U'}}\cdot 100\%$

Ugaona greška ( $\Delta n\,$ ) je odstupanje sekundarnog napona od primarnog, mereno u minutima luka. Ugaona greška je posledica pada napona, pa primarni i sekundarni napon nisu u potpunoj opoziciji, već se razlikuju.

Klasa tačnosti	Naponska greška (%)	Ugaona greška (')
0,1	0,1	5
0,2	0,2	10
0,5	0,5	20
1,0	1,0	30

Nazivna snaga

Nazivna snaga naponskog transformatora je ona snaga kojom se transformator može trajno opteretiti, a da transformator ne pređe definisanu klasu tačnosti. Nazivna snaga se izražava u VA. Potrebno je voditi računa i o graničnoj snazi naponskog transformatora u pogledu dozvoljenog zagrevanja. Potrebna nazivna snaga naponskog transformatora se određuje na osnovu snage instrumenata, releja i uređaja koji će biti priključeni na transformator. Snage ovih potrošača su reda VA (manje od 10 VA), pa su nazivne snage naponskih transformatora 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 300, 450, 600, 900 i 1200 VA.

Granična snaga je prividna snaga u volt-amperima koji naponski transformator može trajno davati kod nazivnog napona, a da se ne premaši dozvoljeno povišenje temperature. Ta se snaga može koristiti za napajanje zaštitnih uređaja (okidača) i drugih potrošača kod kojih tačnost nije potrebna, tj. kada naponski transformator radi kao energetski transformator.

Vezivanje naponskih transformatora u trofaznim sistemima

Jednofazni dvopolono izolovani naponski transformatori

Jednofazni dvopolno izolovani naponski transformatori služe za priključak voltmetra, merača frekvencije, sinhronoskopa, nekih vrsta releja itd. Primenjuje se uvek kada je dovoljno jednofazno napajanje aparata i uređaja, bez obzira na zbivanja u slučaju zemljospoja.

Dvopolno izolovani naponski transformator u spoju V

Ovaj spoj se najčešće koristi kada se meri više napona, sva tri fazna ili linijska napona. Spojem u V se napajaju trofazni vatmetri i brojila. Ovi aparati se sastoje od dva međusobna spojena sistema u Aronovu vezu. U slučaju zemljospoja merenje snage je ispravno samo ako je u zemljospoju srednji provodnik S. Ako je u zemljospoju jedan od druga dva provodnika (R ili T), rezultati merenja su tada preveliki ili premali. Jednopolno izolovani naponski transformatori ne mogu se spojiti u spoju V jer bi tada jedan provodnik visokonaponske mreže bio kruto uzemljen.

Tri jednopolno izolovana naponska transformatora u spoju “zvezda”

Jednopolno izolovani transformator

Spreg u zvezdu tri jednopolno izolovana naponska transformatora služi za opšte svrhe. Ovaj spreg tačno transformiše sve napone trofaznog sistema. Zvezdište na strani gornjeg napona mora se uzemljiti. Pomoću tog spoja mogu se izmeriti sva tri linijska napona U_RT, U_SR, U_TS, kao i pojedini fazni naponi. U normalnom pogonu naponski transformator radi sa indukcijom 0.7 - 0.8 T. Dođe li do zemljospoja provodnika S, tada je primarni namotaj srednjeg naponskog transformatora kratko spojen, dok se naponi na oba spoljna transformatora povećavaju za ${\sqrt {3}}$ . Isto tako im se povećava i indukcija. Pomoćni namotaji tri naponska transformatora (100/3 V) spajaju se u otvoreni trougao. U normalnom pogonu na stezaljkama otvorenog trougla postoji tek neznatan napon. U slučaju neposrednog zemljospoja jednog provodnika trofaznog sistema napon na stezeljkama otvorenog trougla naraste na 100 V.

Između sekundarnih stezaljki (u) priključuju se merni instrumenti i aparati pravljeni za linijski napon, kao što su voltmetar, merila frekvencije, vatmetar i dvosistemsko brojilo, releji itd. Između sekundarnih stezaljki (u) i zvezdišta (x) priključuje se voltmetar, relej za dojavu zemljospoja, trosistemski vatmetar i trosistemsko brojilo.

Kapacitivni naponski transformatori

Dijagram strujnog kola jednostavnog kapacitivnog naponskog transformatora

Za merenje visokih napona, umesto induktivnih transformatora, vrlo često se koriste kapacitivni naponski transformatori. Po konstrukciji, kapacitivni transformatori su kondenzatori smešteni u provodni izolator i spojeni na red. Nekoliko ovih kondenzatora predstavlja visokonaponski deo Cv, a manji broj kondenzatora predstavlja niskonaponski granu Cn na koju je priključen zaštitni uređaj ili voltmetar. Uglavnom se za ovakve transformatore koriste elektrostatički ili cevni voltmetri zbog veoma velike unutrašnje impedanse. Zbog toga je struja koja protiče kroz voltmetar praktično zanemarljiva, pa važi jednačina:

C\cdot U_{v}=C_{n}\cdot U_{n}

Kako je efektivna vrednost kapacitivnosti jednaka rednoj vezi kondenzatora:

C=C_{v}\cdot {\frac {C_{n}}{C_{v}+C_{n}}}

dobija se:

{\frac {C_{v}\cdot C_{n}}{C_{v}+C_{n}}}\cdot U_{v}=C_{n}\cdot U_{n}

odnosno, odnos transformacije je:

{\frac {U_{v}}{U_{n}}}=1+{\frac {C_{n}}{C_{v}}}

odakle sledi da je odnos transformacije praktično jednak odnosu kapacitivnosti niskonaponskog i visokonaponskog dela transformatora. Da bi se ograničila potrošnja priključenog uređaja koji se vezuje na transformator, u praksi se na red sa instrumentov vezuje kalem.

Vidi još

Strujni transformator