A czujnik napięcia lub przetwornik napięcia to istotny element wykrywający, który wychwytuje potencjał elektryczny i przekształca surowe sygnały wysokiego napięcia w bezpieczne, znormalizowane sygnały wyjściowe niskiego poziomu do celów pomiarów, ochrony przekaźników i sterowania systemem zasilania. Służy jako „oko napięciowe” sprzętu elektrycznego, szeroko stosowanego w sieciach elektroenergetycznych, energoelektronice, napędach przemysłowych i nowych elektrowniach, i działa według różnych zasad fizycznych w zależności od jego konstrukcji.
Najbardziej podstawowy typ opiera się na zasadzie rezystancyjnego dzielnika napięcia. Dwa precyzyjne rezystory są połączone szeregowo na zmierzonym napięciu. Zgodnie z prawem Ohma napięcie rozkłada się proporcjonalnie do wartości rezystancji. Czujnik rejestruje spadek napięcia na mniejszym rezystorze, aby obliczyć pierwotne napięcie wejściowe. Ta prosta konstrukcja sprawdza się dobrze w przypadku płytek drukowanych niskiego napięcia i testów laboratoryjnych. Jednakże generuje ciągłe straty mocy cieplnej i podlega dryftowi temperatury, dlatego nie ma zastosowania w scenariuszach przesyłu wysokiego napięcia.
W tradycyjnych systemach elektroenergetycznych dominują indukcyjne przekładniki napięciowe (VT/PT). Strukturalnie podobne do konwencjonalnego transformatora, wykorzystują indukcję elektromagnetyczną. Uzwojenie pierwotne łączy się z linią wysokiego napięcia, a napięcie przemienne wytwarza zmienny strumień magnetyczny wewnątrz żelaznego rdzenia. Strumień następnie indukuje zmniejszone, znormalizowane niskie napięcie na uzwojeniu wtórnym, zwykle 100 V dla ochrony sieci. Ta dojrzała technologia zapewnia stabilną dokładność w warunkach znamionowych, ma jednak oczywiste wady: żelazny rdzeń może nasycić się pod wpływem przepięć zwarciowych, a w środowiskach o bardzo wysokim napięciu może pojawić się ryzyko rezonansu ferromagnetycznego. Jest również nieporęczny i ciężki.
Pojemnościowe przekładniki napięciowe (CVT) to kolejne popularne rozwiązanie wysokiego napięcia. Stos kondensatorów szeregowych dzieli napięcie wejściowe przez reaktancję pojemnościową. Cewka strojeniowa kompensuje błąd fazy, wytwarzając użyteczny sygnał wtórny. Przekładniki CVT są lżejsze niż przekładniki napięciowe z rdzeniem żelaznym i są powszechnie instalowane w napowietrznych liniach przesyłowych wysokiego napięcia.
Nowoczesne podstacje cyfrowe coraz częściej wykorzystują optyczne czujniki napięcia zbudowane w oparciu o efekt Pockelsa. Kiedy napięcie zostanie przyłożone do kryształu elektrooptycznego, kryształ zmienia kąt polaryzacji przechodzącego przez niego światła laserowego. Fotodetektor przekształca tę zmianę polaryzacji w odczyt elektryczny. Ta konstrukcja optyczna eliminuje cewki metalowe i rdzenie żelazne, zapewniając doskonałą izolację i dużą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
Prawie wszystkie czujniki napięcia integrują obwody końcowego kondycjonowania w celu filtrowania, wzmacniania i izolacji galwanicznej. Końcowym sygnałem wyjściowym mogą być sygnały analogowe, takie jak 4–20 mA, lub dane cyfrowe dla przekaźników zabezpieczeniowych i platform monitorujących. W połączeniu z czujnikami prądu, takimi jak cewki Rogowskiego, czujniki napięcia dostarczają podstawowych danych, dzięki którym systemy zasilania są mierzalne, sterowalne i bezpieczne.
