А Датчик напряжения , или преобразователь напряжения, является важным чувствительным компонентом, который улавливает электрический потенциал и преобразует необработанные сигналы высокого напряжения в безопасные стандартизированные выходные сигналы низкого уровня для измерения, релейной защиты и управления энергосистемой. Он служит «глазом напряжения» электрооборудования, широко используемого в электрических сетях, силовой электронике, промышленных приводах и новых энергетических станциях, и работает по различным физическим правилам в зависимости от его конструкции.
Самый простой тип основан на принципе резистивного делителя напряжения. Два прецизионных резистора соединены последовательно по отношению к измеряемому напряжению. По закону Ома напряжение распределяется пропорционально величине сопротивления. Датчик улавливает падение напряжения на меньшем резисторе для расчета исходного входного напряжения. Эта простая структура хорошо подходит для низковольтных печатных плат и лабораторных испытаний. Однако он приводит к постоянным потерям тепловой энергии и страдает от температурного дрейфа, поэтому он неприменим для сценариев передачи высокого напряжения.
В традиционных энергосистемах преобладают индуктивные трансформаторы напряжения (VT/PT). Конструктивно они аналогичны обычному трансформатору, но используют электромагнитную индукцию. Первичная обмотка подключается к линии высокого напряжения, а переменное напряжение создает переменный магнитный поток внутри железного сердечника. Затем поток индуцирует уменьшенное стандартизированное низкое напряжение на вторичной обмотке, обычно 100 В для защиты сети. Эта проверенная технология обеспечивает стабильную точность в номинальных условиях, однако у нее есть очевидные недостатки: железный сердечник может насыщаться при скачках напряжения, а в средах сверхвысокого напряжения могут возникнуть риски ферромагнитного резонанса. Он также громоздкий и тяжелый.
Емкостные трансформаторы напряжения (CVT) — еще одно распространенное решение для высоковольтных систем. Стопка последовательно соединенных конденсаторов делит входное напряжение на емкостное реактивное сопротивление. Настроечный дроссель компенсирует фазовую ошибку, создавая полезный вторичный сигнал. Вариаторы легче, чем ТН с железным сердечником, и обычно устанавливаются на высоковольтных воздушных линиях электропередачи.
Современные цифровые подстанции все чаще используют оптические датчики напряжения, построенные на эффекте Поккельса. Когда напряжение прикладывается к электрооптическому кристаллу, кристалл изменяет угол поляризации лазерного света, проходящего через него. Фотодетектор преобразует это изменение поляризации в электрические показания. Эта оптическая конструкция исключает использование металлических катушек и железных сердечников, обеспечивая превосходную изоляцию и надежную устойчивость к электромагнитным помехам.
Почти все датчики напряжения имеют схемы посткондиционирования для фильтрации, усиления и электрической изоляции. Конечным выходом могут быть аналоговые сигналы, например 4–20 мА, или цифровые данные для реле защиты и платформ мониторинга. В сочетании с датчиками тока, такими как катушки Роговского, датчики напряжения предоставляют основные данные, которые обеспечивают измеримость, управляемость и безопасность энергосистем.
