PTN - Prístrojové transformátory napätia

Sú to meracie VN transformátory so sekundárnym vinutím 22kV, 35kV, 110kV, 400kV smerom nadol, zvyčajne na 100V pre meracie prístroje. Bližší popis zapojenia PTN a využitie na „doma“.

      Prístrojové transformátory napätia (PTN) sa vyrábajú pre vonkajšie použitie v rozvodniach alebo vnútorné použitie vrámci skriňových rozvádzačov vysokého napätia a komorových rozvodní. Pripájajú sa paralelne prostredníctvom ich primárneho vinutia k obvodu, v ktorom chceme merať napätie. Výstupné sekundárne napätie je väčšinou 100V na ktoré sa pripájajú meracie prístroje. Transformátory napätia do 35kV sa skoro výhradne zalievajú do epoxidových živíc pre vnútornú montáž. Transformátory môžu byť s poistkou alebo bez poistky v primárnom obvode. PTN sa vyrábajú ako jednopólovo izolované alebo dvojpólovo izolované. Transformátor napätia predstavuje tvrdý zdroj.

      Jednopólovo izolované PTN majú jeden vývod primárneho vinutia izolovaný od zeme na úroveň, ktorá zodpovedá menovitej izolačnej hladine. Druhý vývod primárneho vinutia musí byť uzemnený. Horný PTN ma udávaný tepelný výkon na štítku 500VA a dolný PTN až 700VA.

• 
• 
• 
• 
• 
•  

      Dvojpólovo izolované PTN majú všetky časti primárneho vinutia, vrátane jeho svoriek plne izolované od zeme na úroveň, ktorá zodpovedá menovitej izolačnej hladine.

• 
• 
•  

      Ďalšie PTN zo zbierky, 3x dvojpólovo izolované a 2x jednopólovo izolované. Odfotený štítok jedného PTN dvojpólovo izolovaného, ktorý je uprostred na fotke ten hnedý.

• 
• 
•  

Príklady zapojenia prístrojových transformátorov napätia:

a) jednopólovo izolovaný transformátor
b) jednopólovo izolovaný transformátor s odbočkou
c) dvojpólovo izolovaný transformátor
d) dvojpólovo izolovaný transformátor s odbočkou
e) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami
f) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami, z nich jedno tvorí pomocné vinutie
g) jednopólovo izolovaný transformátor s dvoma sekundárnymi vinutiami s odbočkou, z nich jedno tvorí pomocné vinutie

      Prístrojové transformátory napätia pracujú v blízkosti stavu naprázdno. Pripájajú sa buď medzi fázu a zem (jednopólovo izolované) alebo medzi fázy meranej siete (dvojpólovo izolované). Svorky sekundárneho vinutia sa nesmú spojiť nakrátko. Menovité sekundárne napätie je 100 V resp. 100/(odmocnina)3 V (výnimočne 110 V).

      Takýto transformátor môže pravdaže poslúžiť aj ako dobrý zdroj vysokého napätia na rôzne pokusy s VN o frekvencii 50Hz alebo na napájanie napr. veľkého Teslovho transformátora. Stačí ho zapojiť naopak a na 100V sekundárnu cievku privedieme napätie zo siete napr. cez regulačný autotransformátor a tlmivky na obmedzenie skratového prúdu. Pokiaľ nie sú vhodné tlmivky dá sa v núdzi použiť aj MOT, ktorých je zvyčajne dostatok so skratovaným sekundárom, ako tlmivka. Ja momentálne používam jeden 800W MOT pre jedno PTN na “bežné” pokusy. Pravdaže pri použití MOTu, treba dávať obzvlášť pozor, aby sa neprehrial a nespálil MOT. PTN je možné krátkodobo napäťovo preťažiť aj o dvojnásobok, čiže na 100V sekundár až do 200V. Pokiaľ je izolácia transformátora v poriadku, nič sa mu nestane. Bežné 22kV PTN sú testované, aby počas jednej minúty zniesli 50kVrms krátkodobo a 125kV impulzne (úder blesku do vedenia VN). Presne hodnoty napätí zvyknú byť udané na štítku napr. ako 25/50/125kV. Prvé napätie 25kV je najvyššie napätie sústavy, čiže menovité napätie 22kV, druhé napätie 50kV je skúšobné striedavé rms zvyčajne počas jednej minúty a posledné 125kV je impulzné skúšobné napätie (štandardný špičkový impulz pre simuláciu pulzu z blesku).

      Pri PTN rozoznávame merací výkon a tepelný výkon. Merací výkon, je výkon pri ktorom má merací transformátor uvedenú maximálnu meraciu chybu napätia. Tepelný výkon, je výkon s ohľadom na oteplenie pri ktorom je chyba merania už značne vyššia, ako je uvedená tolerancia. Trvalý výkon je preto značne väčší, možno tak 1,5kVA pri maximálnom napätí, pokiaľ sa nepresýti. Tepelný výkon 500-700VA je braný pri menovitom napätí, ale transformátor znesie oveľa viac, pretože tiež je tam rezerva v sýtení jadra, práve z dôvodu presnosti prevodu meraného napätia.

Pozor!! PTN je obzvlášť nebezpečný transformátor s výstupným napätím desiatok kV, ktoré je absolútne smrtiace pri danom výkone. Je to veľmi tvrdý zdroj napätia. Výboj pri danom napätí transformátora skáče na značné vzdialenosti ! Všetko robíte na vlastné nebezpečenstvo. Autor článku nezodpovedá za pripadne škody na majetku, zdravia či živote.

---

      Jednopólovo izolované PTN s primárnym napätím 22000/(odmocnina)3 V (12,7kV). Na fotkách zapojené 2x PTN proti sebe, obmedzený prúd dvoma 40W tlmivkami a na druhej fotke dvoma 800W MOTmi. Napätie na jednom PTN je do 45kVpk, regulujem cez autotrafo, oblúk sa zapaľuje na 13-14cm, napätie je tu cca 84kVpk, Uef cca 57kV (max. Upk proti sebe 90kV). Na ľavo poistka 3-25kV 300mA 50-60Hz.

• 
• 
• 
• 
•  

      Ďalší jednopólovo izolovaný PTN, prúd obmedzený dvoma paralelne zapojenými MOTmi. Vstupné napätie je Uin=150V, na výstupe je Uef=21kV a špičkové cca Upk=30kV. Na výstupe PTN je malá titánová elektróda rozžeravená až do biela. Toto PTN ma na štítku udávaný tepelný výkon až 700VA.

• 
• 
• 
•  

      Dvojpólovo izolované PTN s primárnym napätím 22kV. 2x PTN zapojene proti sebe, obmedzenie prúdu s dvoma 800W MOTmi paralelne, regulácia cez autotrafo, vzdialenosť elektród nastavená na 16cm. Upk=93kV, Uef=66kV.

• 
• 
• 
•  

      Schéma zapojenia dvoch dvojpólovo izolovaných PTN. Pri použití jedného PTN sa použije jeden MOT.

  

---

19.2.2018
      Robil som nové pokusy s čiastkovými výbojmi po skle a najmä skúšal fotiť so zrkadlovkou, tak zároveň som nafotil aj nejaké obyčajné oblúčiky z PTN (Prístrojový transformátor napätia). Dole na fotkách je celá zostava s dvoma PTN zapojenými v sérií proti sebe s uzemneným stredom. Sú to dvojpólovo izolované PTN 22000/100V od ABB. Pre fotky som limitoval výkon dvoch PTN jedným MOTom so skratovaným sekundárom a na videu už ťahám veľké žlté oblúky, kde som použil na limitáciu výkonu až 3 MOTy paralelne, ako je aj na fotke dole (a na schéme hore). Pravdaže tlmivky by boli vhodnejšie, ako MOT, no momentálne nemám žiadne vhodné tlmivky doma, takže improvizácia s MOTmi. Napätie medzi výstupnými svorkami dosahuje okolo 100kVp, teda špičková hodnota napätia je okolo 100kV. Výboje, ako je vidieť na videu a aj na fotkách majú pri, alebo skôr pred naskočením oblúka impulzný charakter, čo bude spôsobené nie zrejme malou kapacitou vinutí PTN. Pre ťahanie oblúkov používam keramickú tyč.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

~100kV_pk 2x PTN:

   

---

19.4.2019
      Ďalšie rovnaké PTN, ktoré možno zapojiť do série proti sebe. Tieto sú jednopólové 22kV, ich napätie na primárnej cievke je 22000/odmocnina(3) = 12,7kV. Špičkové napätie je teda 17,96kVp, čo nás najviac zaujíma pre vzdialenosť preskoku výboja. Sekundárne cievky sú tu dva, 100/odmocnina(3) a 100/3 cievka, teda 57,74V a 33,33V. Zapojením do série (91,07V) a pripojením na 200V získame na VN cievke 39,44kVp. Spojením dvoch PTN do série proti sebe VN cievkami, máme medzi nimi takmer 80kVp. Limitácia prúdu je znova s dvoma MOTmi zapojenými, ako tlmivky so skratovanou sekundárnou VN cievkou. Odber prúdu zo siete je do 27A. Hlavným cieľom tento krát neboli fotky a ďalšie ťahanie oblúčikov, ale potreboval som na niečom otestovať a vyskúšať si požičanú 240fps čínsku kameru YI 4K. Môj mobil síce tiež vie 240fps pri rovnakom rozlíšení 720p, ale ta kvalita je podstatne horšia, ako som to porovnával.

~40kV_pk 1x PTN:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

~80kV_pk 2x PTN:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Slow motion video s dvoma PTN 80kV_pk: