А Датчик напруги або перетворювач напруги є важливим сенсорним компонентом, який фіксує електричний потенціал і перетворює необроблені сигнали високої напруги в безпечні стандартизовані вихідні сигнали низького рівня для вимірювання, релейного захисту та керування енергосистемою. Він служить «очем напруги» електричного обладнання, яке широко використовується в електромережах, силовій електроніці, промислових приводах і нових енергетичних станціях, і працює за різними фізичними правилами залежно від своєї конструкції.
Основний тип базується на принципі резистивного дільника напруги. Два прецизійних резистори з’єднані послідовно через вимірювану напругу. За законом Ома напруга розподіляється пропорційно відповідно до значення опору. Датчик вловлює падіння напруги на меншому резисторі, щоб обчислити вихідну вхідну напругу. Ця проста структура добре працює для низьковольтних друкованих плат і лабораторних випробувань. Однак він генерує постійні втрати теплової енергії та страждає від температурного дрейфу, тому його не можна застосовувати для сценаріїв передачі високої напруги.
У традиційних системах живлення домінують індуктивні трансформатори напруги (VT/PT). Конструктивно схожі на звичайний трансформатор, вони використовують електромагнітну індукцію. Первинна обмотка підключається до лінії високої напруги, а змінна напруга створює змінний магнітний потік всередині залізного сердечника. Потім потік індукує зменшену стандартизовану низьку напругу на вторинній обмотці, зазвичай 100 В для захисту мережі. Ця зріла технологія забезпечує стабільну точність за номінальних умов, але вона має очевидні слабкі сторони: залізний сердечник може насититися під час стрибків збоїв, а ризики феромагнітного резонансу можуть виникнути в середовищах з надвисокою напругою. Він також громіздкий і важкий.
Ємнісні трансформатори напруги (CVT) є ще одним основним високовольтним рішенням. Стек послідовних конденсаторів ділить вхідну напругу на ємнісний реактивний опір. Настроювальний індуктор компенсує фазову похибку, виробляючи корисний вторинний сигнал. CVT легші, ніж VT із залізним сердечником, і зазвичай встановлюються на повітряних лініях електропередач високої напруги.
Сучасні цифрові підстанції все частіше використовують оптичні датчики напруги, побудовані на основі ефекту Поккельса. Коли на електрооптичний кристал подається напруга, кристал змінює кут поляризації лазерного світла, що проходить через нього. Фотодетектор перетворює цю зміну поляризації в електричне зчитування. Ця оптична конструкція виключає металеві котушки та залізні сердечники, пропонуючи чудову ізоляцію та надійний імунітет до електромагнітних перешкод.
Майже всі датчики напруги мають інтегровані схеми посткондиціонування для фільтрації, підсилення та електричної ізоляції. Остаточним виходом можуть бути аналогові сигнали, такі як 4–20 мА, або цифрові дані для реле захисту та платформ моніторингу. У поєднанні з датчиками струму, такими як котушки Роговського, датчики напруги надають основні дані, завдяки яким енергосистеми можна вимірювати, контролювати та безпечно.
