A voltsensor , of spanningstransducer, is een essentieel detectiecomponent dat elektrisch potentieel opvangt en ruwe hoogspanningssignalen omzet in veilige, gestandaardiseerde laagniveau-uitgangen voor metingen, relaisbescherming en controle van het stroomsysteem. Het dient als het 'spanningsoog' van elektrische apparatuur, dat veel wordt gebruikt in elektriciteitsnetwerken, vermogenselektronica, industriële aandrijvingen en nieuwe energiecentrales, en werkt volgens verschillende fysieke regels, afhankelijk van het ontwerp.
Het meest basale type is gebaseerd op het weerstandsspanningsdelerprincipe. Twee precisieweerstanden zijn in serie geschakeld over de gemeten spanning. Volgens de wet van Ohm verdeelt de spanning zich proportioneel volgens de weerstandswaarde. De sensor registreert de spanningsval op de kleinere weerstand om de oorspronkelijke ingangsspanning te berekenen. Deze eenvoudige structuur werkt goed voor laagspanningsprintplaten en laboratoriumtests. Het genereert echter voortdurend warmteverlies en heeft last van temperatuurschommelingen, dus het is niet toepasbaar voor hoogspanningstransmissiescenario's.
Voor traditionele energiesystemen domineren inductieve spanningstransformatoren (VT/PT). Structureel vergelijkbaar met een conventionele transformator, gebruiken ze elektromagnetische inductie. De primaire wikkeling is verbonden met de hoogspanningslijn en wisselspanning creëert een variërende magnetische flux in de ijzeren kern. De flux induceert vervolgens een verkleinde, gestandaardiseerde lage spanning op de secundaire wikkeling, doorgaans 100 V, ter bescherming van het elektriciteitsnet. Deze volwassen technologie levert stabiele nauwkeurigheid onder nominale omstandigheden, maar heeft duidelijke zwakke punten: de ijzeren kern kan verzadigen onder foutpieken en er kunnen risico's van ferromagnetische resonantie optreden in omgevingen met ultrahoge spanning. Het is ook omvangrijk en zwaar.
Capacitieve spanningstransformatoren (CVT) zijn een andere reguliere hoogspanningsoplossing. Een stapel seriecondensatoren verdeelt de ingangsspanning door capacitieve reactantie. Een afstemspoel compenseert de fasefout en produceert een bruikbaar secundair signaal. CVT's zijn lichter dan VT's met ijzeren kern en worden gewoonlijk geïnstalleerd op bovengrondse hoogspanningstransmissielijnen.
Moderne digitale onderstations maken steeds meer gebruik van optische spanningssensoren die rond het Pockels-effect zijn gebouwd. Wanneer er spanning wordt aangelegd over een elektro-optisch kristal, verandert het kristal de polarisatiehoek van het laserlicht dat er doorheen gaat. Een fotodetector vertaalt deze polarisatieverandering in een elektrische meting. Dit optische ontwerp elimineert metalen spoelen en ijzeren kernen en biedt uitstekende isolatie en sterke immuniteit tegen elektromagnetische interferentie.
Bijna alle voltsensoren integreren naconditioneringscircuits voor filtering, versterking en elektrische isolatie. De uiteindelijke uitvoer kan bestaan uit analoge signalen zoals 4–20 mA of digitale gegevens voor beveiligingsrelais en bewakingsplatforms. In combinatie met stroomsensoren zoals Rogowski-spoelen leveren voltsensoren de kerngegevens die energiesystemen meetbaar, controleerbaar en veilig houden.
