Transformatorul de curent

Transformatorul de curent este o solutie simpla de masurare izolata galvanic în cazul particular, dar des întalnit, al curentului alternativ pur sinusoidal. La fel cu senzorii de curent magnetici acesta este construit de obicei pe un tor din material feromagnetic (fig. 11A). Transformatorul de curent funcţionează ca orice transformator, curentii din înfasurarile primar si secundar fiind legati de relatia:
i S NS = i P NP (4)
unde iP = curentul din primar;
iS = curentul din secundar;
NP = numarul de spire din primar;
NS = numarul de spire din secundar (fig. 11B).
Curentul din primar induce în secundar un curent care este transformat de rezistenta de sarcina RL într-o tensiune (fig. 11C). În aplicatiile tipice ale transformatorului de curent secundarul are mai multe spire decat primarul care de obicei are o singura spira. Astfel curentul din secundar are valori substantial mai mici si mai usor de masurat decat cele din primar.

Transformatorul de curent este o solutie simpla de masurare izolata galvanic în cazul curentului alternativ (A). Curentii primar si secundar sunt dati de relatia iP NP = iS NS (B). Utilizarea corecta presupune o rezistenta de valoare mica pe bornele înfasurarii secundare.RT .
Un transformator de curent ideal nu apare ca o sarcina inductiva, asa cum apare senzorul de curent cu efect Hall, ci ca un rezistor în serie cu înfasurarea primara. Valoarea acestui rezistor este data de relatia:
RP = RS (NP / NS)2
Rezistenta parazita produce în circuitul primar o cadere de tensiune la fel ca o rezistenta reala de aceasi valoare în serie cu primarul.
Comportarea neideala a transformatorului de curent necesita cateva precizari. În masuratorile de curenti la frecvente joase pana la moderate (<10 kHz) conteaza cuplajul mutual si reactanta secundarului. Cuplajul mutual reprezinta gradul în care fluxul generat de primar trece prin secundar si invers. Un transformator eficient are un cuplaj mutual mare. Miezurile toroidale si cele tip E favorizeaza cuplajul mare.
Reactanta secundarului este necesar sa fie, la frecventele de interes, semnificativ mai mare decat rezistenta sa totala (XLS > 10 RS) pentru a avea în secundar un curent care sa reflecte cu precizie curentul primar. Reactanta se poate calcula cu formula:
ZL = 2p f N2 AL / 109
unde f = frecventa de lucru în Hz:
N = numarul de spire;
AL = inductanta caracteristica în mH/1000 spire
ZR = reactanta inductiva în Ohm-i.
Fenomenul de saturatie se poate manifesta si în transformatoarele de curent, dar curentul alternativ necesar saturatiei este semnificativ mai mare decat cel din curent continuu deoarece curentul indus în secundar genereaza un flux magnetic în opozitie cu cel din primar (legea Lenz). Trebuie avut grija sa nu existe componente continui suprapuse peste curentul alternativ fiindcă acestea pot satura rapid miezul si distorsiona măsurătorile.

TRANSFORMATORUL TRIFAZAT – ELEMENT DE REŢEA

Transformatorul este un element component al reţelei electrice. Prin intermediul
transformatoarelor electrice se transformă o putere electrica alternativa cu anumiţi
parametrii într-o altă putere electrică alternativă de aceeaşi frecvenţă dar cu parametrii electrici modificaţi.
Elementele caracteristice sau datele de catalog ale unui transformator sunt:
Puterea nominala aparenta, SnT;
Tensiunile nominale primare . i secundare, U1 , U2;
Raportul de transformare, K12;
Impedanţa de scurtcircuit, Zsc;
Tensiunile relative de scurtcircuit, usc;
Curentul de mers in gol, I0;
Pierderile în scurtcircuit, ∆psc;
Pierderile la mersul în gol, ∆p0;
Numerele caracteristice.
Înfăşurarea care primeşte energia se numeşte înfăşurare primară iar înfăşurarea care cedează (alimentează) energia se numeşte înfăşurare secundară.
CLASIFICAREA TRANSFORMATOARELOR

După funcţia pe care o au în cadrul sistemului electric, se disting următoarele categorii de transformatoare:
Transformatoare de putere;
Transformatoare auxiliare;
Transformatoare de separare;
Autotransformatoare.
CONEXIUNILE TRANSFORMATOARELOR

Conexiunea unui transformator reprezintă schema de conexiuni a înfăşurărilor
sale şi precizarea unghiului de defazaj al fazorului tensiunii secundare de linie faţă de fazorul tensiunii primare corespunzătoare. Pentru transformatoarele trifazate de putere se folosesc trei conexiuni de bază: în stea, în triunghi . i în zig-zag.
Conexiunile în stea, triunghi şi în zig-zag se reprezintă convenţional prin literele
Y, D şi Z, pentru înfăşurările de înalta tensiune şi prin literele y, d şi z pentru
înfăşurările de joasa tensiune. Când una din înfăşurări are nulul accesibil şi legat direct la pământ la simbolul respectiv se adaugă cifra 0, de exemplu Y0, sau y0.
Alegerea grupei de conexiuni a transformatorului se face în funcţie de condiţiile
de funcţionare ale transformatorului. Astfel pentru transformatoarele din staţiile
centralelor electrice înfăşurările pe partea centralei se adoptă în triunghi iar pe partea reţelei în stea. Pentru transformatoarele din staţiile de conexiuni se adopta conexiunea stea-stea.

SCHEMELE ECHIVALENTE ALE TRANSFORMATOARELOR

In cadrul studiilor de sistem, un transformator electric poate fi considerat ca şi o
cutie neagră, cu o intrare şi o ieşire. Terminalele de la intrare sunt legate la reţea şi au un anumit nivel de tensiune, iar ieşirea este legata la sarcina electrica cu un alt nivel de tensiune.
Parametrii electrici din schema electrică echivalent . a transformatorului se
numesc constantele transformatorului. Acestea caracterizează regimul de funcţionare al transformatorului. Constantele transformatorului se determină practic din încercările transformatorului, sau prin măsurători pe transformatoarele existente. In funcţie de reţeaua de secvenţă ce se construieşte, se disting schemele electrice echivalente de secvenţa ale transformatoarelor şi corespunzător constantele de secvenţă. Acestea sunt constantele de secvenţă directă/pozitivă, inversă/negativă şi homopolară/zero.
Schemele electrice echivalente de secvenţă directă şi inversă sunt identice, iar constantele transformatorului de secvenţă directă şi inversă sunt egale. Schema electrica echivalenta de secvenţă. homopolară depinde de tipul constructiv al transformatorului, de schema de conexiuni a înfăşurărilor şi de puterea transformatorului. Un transformator trifazat, în regim de încărcare simetrică şi echilibrată poate fi reprezentat printr-o schemă electrică echivalentă monofazată raportată la tensiunea nominală a înfăşurării primare sau secundare. Această reprezentare, pentru schema de secvenţă directă şi inversă poate fi in T, PI ori Г , după cum este reprezentată în figurile 1.11, -a şi b si 1.12.
Rezistenta RT si reactanţa XT definesc parametrii longitudinali ai transformatorului, iar conductanţa GT şi susceptanţa inductiva BT formează. parametrii transversali ai transformatorului.

PARAMETRII/CONSTANTELE TRANSFORMATOARELOR CU DOUĂ
ÎNFĂŞURĂRI

Parametrii de secvenţă directă şi inversă

Transformatorul fiind un element static (fără elemente în mişcare),
Parametrii / constantele lui de secvenţă direct . sunt egali cu parametrii de secvenţă inversă.
Schema şi constantele unui transformator sunt complet determinate dacă se cunosc
următoarele mărimi:
SN – puterea aparenta nominala, în VA, KVA sau MVA;
UN – tensiunile nominale primare, respectiv secundare, în V sau KV;
∆Pscn – pierderile nominale de putere în cupru (sau pierderile în scurtcircuit),
corespunz . tor regimului de scurtcircuit, în W sau KW;
∆PFe – pierderile nominale de putere corespunzătoare regimului de mers în gol, în W sau KW; Usc – tensiunea nominala de scurtcircuit, în %;