Finalitat i principi de funcionament dels transformadors de tensió

Un transformador de tensió clàssic (VT) és un dispositiu que converteix un valor en un altre. El procés s’acompanya d’una pèrdua parcial de potència, però es justifica en situacions en què és necessari canviar els paràmetres del senyal d’entrada. En el disseny d'aquest transformador, es proporcionen elements de bobinatge, amb el càlcul correcte dels quals és possible obtenir la tensió de sortida requerida.

Finalitat i principi de funcionament

L’objectiu principal dels transformadors de tensió és convertir el senyal d’entrada al nivell especificat per les tasques de l’usuari, quan cal reduir o augmentar el potencial de funcionament. Això es pot aconseguir a causa del principi d’inducció electromagnètica, formulat com a llei pels científics Faraday i Maxwell. Segons ell, en qualsevol bucle situat a prop d’un altre gir similar del fil, s’indueix una CEM amb un corrent, proporcional al flux d’inducció magnètica que els penetra. La magnitud d’aquesta inducció en el bobinat secundari del transformador (que consisteix en moltes d’aquestes voltes) depèn del corrent del circuit primari i del nombre de voltes de les dues bobines.

El corrent del bobinatge secundari del transformador i la tensió a la càrrega que s’hi connecta estan determinats únicament per la proporció del nombre de voltes de les dues bobines. La llei de la inducció electromagnètica permet calcular correctament els paràmetres d’un dispositiu que transmet potència d’entrada a sortida amb la relació desitjada de corrent i tensió.

Quina diferència hi ha entre un transformador de corrent i un transformador de tensió

La principal diferència entre els transformadors de corrent (CT) i els convertidors de tensió és el seu propòsit funcional diferent. Els primers s’utilitzen només en circuits de mesura, cosa que permet reduir el nivell del paràmetre controlat a un valor acceptable. Aquests darrers s’instal·len en línies elèctriques de corrent altern i tensions de sortida que s’utilitzen per fer funcionar l’equipament domèstic connectat.

Les seves diferències de disseny són les següents:

• com a bobinatge primari en els transformadors de corrent, s’utilitza el bus d’alimentació sobre el qual està muntat;
• els paràmetres del bobinatge secundari estan dissenyats per a la connexió a un dispositiu de mesura (un comptador elèctric en una casa, per exemple);
• en comparació amb VT, el transformador de corrent és més compacte i té un circuit de commutació simplificat.

Els transformadors de corrent i tensió compleixen diferents requisits quant a la precisió dels valors convertits. Si aquest indicador és molt important per a un dispositiu de mesura, és important per a un transformador de tensió.

Classificació dels transformadors de tensió

Segons la classificació generalment acceptada, aquests dispositius, segons la seva finalitat, es divideixen en els tipus principals següents:

• transformadors de potència amb i sense connexió a terra;
• aparells de mesura;
• autotransformadors;
• dispositius especials de coincidència;
• aïllament i transformadors de pic.

La primera d'aquestes varietats s'utilitza per subministrar una font d'alimentació ininterrompuda al consumidor en una forma acceptable per a ell (amb l'amplitud requerida). L’essència de la seva acció és transformar un nivell de potencial en un altre per tal de transferir-lo posteriorment a la càrrega.Els dispositius trifàsics instal·lats en una subestació de transformadors, per exemple, permeten reduir les altes tensions de 6,3 i 10 kV a un valor domèstic de 0,4 kV.

Els autotransformadors són els dissenys inductius més simples que tenen un bobinat amb aixetes per ajustar la tensió de sortida. Els productes coincidents s’instal·len en circuits de baixa intensitat, garantint la transferència d’energia d’una etapa a una altra amb pèrdues mínimes (amb la màxima eficiència). Amb l'ajut dels transformadors anomenats "aïllament", és possible organitzar l'aïllament elèctric de circuits amb alta i baixa tensió. Així, es garanteix la protecció del propietari de la casa o de la casa d’estiueig contra descàrregues elèctriques d’alt potencial. A més, aquest tipus de convertidors permet:

• transferir electricitat de la font al consumidor en la forma desitjada i segura;
• protegir els circuits de càrrega amb dispositius sensibles inclosos en ells contra les interferències electromagnètiques;
• bloquejar l'entrada d'un component de corrent constant als circuits de treball.

Els transformadors de pic són un altre tipus de dispositiu que converteix l’energia elèctrica. Serveixen per determinar la polaritat dels senyals de pols i fer-la coincidir amb els paràmetres de sortida. Aquest tipus de convertidors s’instal·len en circuits de senyal de sistemes informàtics i canals de radiocomunicació.

Transformadors de corrent i tensió de l’instrument

Els transformadors d’instruments especials són un tipus especial de convertidors que permeten incloure dispositius de control als circuits de potència. El seu objectiu principal és convertir el corrent o el voltatge en un valor convenient per mesurar paràmetres de xarxa. La necessitat d'això sorgeix en les situacions següents:

• en fer lectures amb comptadors elèctrics;
• si els relés de protecció de tensió i corrent s’instal·len als circuits d’alimentació;
• si hi ha altres dispositius d'automatització.

Els indicadors es classifiquen per disseny, tipus d’instal·lació, relació de transformació i nombre d’etapes. Segons la primera característica, estan incorporats, a través del passatge i el suport, i en la ubicació, externa o destinada a la instal·lació en cel·les de commutació de tipus tancat. Segons el nombre de passos de conversió, es divideixen en una sola etapa i en cascada i segons la relació de conversió, en productes que tenen un o més valors.

Característiques de l'operació de TV en xarxes amb punt zero aïllat i connectat a terra

Les xarxes elèctriques d’alta tensió tenen dues versions: amb un bus neutre aïllat o amb un neutre compensat i a terra. El primer mode de connexió del punt zero permet no desconnectar la xarxa en cas de fallades monofàsiques (OZ) o d’arc (DZ). Els PUE permeten el funcionament de línies amb un neutre aïllat fins a vuit hores amb tancament monofàsic, però amb la condició que en aquest moment s’està treballant per eliminar el mal funcionament.

Els danys a l’equip elèctric són possibles a causa d’un augment de la tensió de fase a lineal i la posterior aparició d’un arc altern. Independentment de la causa i el mode de funcionament, aquest és el tipus de curtcircuit més perillós amb un factor de sobretensió elevat. És en aquest cas que la probabilitat d’aparició de ferroresonància a la xarxa és elevada.

El circuit ferroresonant de les xarxes de potència amb un neutre aïllat és una cadena de seqüència zero amb magnetització no lineal. Un VT trifàsic sense connexió a terra és essencialment tres transformadors monofàsics connectats de manera estrella-estrella. En cas de sobretensió a les zones on s’instal·la, la inducció al nucli augmenta aproximadament 1,73 vegades, provocant l’aparició de ferroresonància.

Per protegir-se d'aquest fenomen, s'han desenvolupat mètodes especials:

• fabricació de TV i TT amb baixa autoinducció;
• la inclusió d’elements amortidors addicionals al seu circuit;
• fabricació de transformadors trifàsics amb un sol sistema magnètic en disseny de 5 barres;
• connexió a terra del fil neutre a través d’un reactor de limitació de corrent;
• ús de bobinatges de compensació, etc;
• l’ús de circuits de relés que protegeixen els bobinats de TV de sobrecorrents.

Aquestes mesures protegeixen les VT de mesura, però no resolen completament el problema de seguretat. Els dispositius a terra instal·lats a xarxes amb un bus neutre aïllat poden ajudar-hi.

La naturalesa del funcionament dels transformadors de baixa tensió en modes amb un neutre a terra es caracteritza per una major seguretat i una disminució significativa dels fenòmens de ferroresonància. A més, el seu ús augmenta la sensibilitat i la selectivitat de la protecció en un circuit monofàsic. Aquesta pujada es fa possible pel fet que el bobinatge inductiu del transformador s’inclou al circuit de terra i augmenta breument el corrent a través del dispositiu de protecció instal·lat al mateix.

El PUE proporciona una justificació de l’admissibilitat de la posada a terra del neutre a curt termini amb una petita inductància del bobinatge VT. Per a això, s'utilitza l'automatització a la xarxa, que, amb contactes de potència, quan es produeix una OZ, després de 0,5 segons, connecta breument el transformador a les barres de bus. A causa de l'efecte d'un neutre sòlidament connectat a terra, un corrent limitat per la inductància del VT comença a fluir al circuit de protecció durant una falla de terra monofàsica. Al mateix temps, el seu valor és suficient per activar l'equip de protecció contra OZ i crear condicions per extingir una descàrrega d'arc perillosa.