Een energiesysteem werkt als een groot symfonieorkest, waarbij verschillende componenten in harmonie samenwerken om energie te leveren. Maar net zoals een orkest te maken kan krijgen met dissonante noten, krijgen elektrische systemen te maken met storende storingen. Wanneer kortsluitingen of aardfouten optreden in energienetwerken - vergelijkbaar met storende geluiden die een muzikale uitvoering onderbreken - kunnen ze de werking verstoren, apparatuur beschadigen en veiligheidsrisico's creëren. Om deze storingen snel te detecteren en te elimineren, werden differentiële beveiligingssystemen ontwikkeld, waarbij split-fase stroomtransformatoren als hun kritieke componenten dienen.

Split-fase stroomtransformatoren zijn gespecialiseerde instrumenten die voornamelijk worden gebruikt in differentiële beveiliging van energiesystemen. In tegenstelling tot conventionele stroomtransformatoren hebben ze twee onafhankelijke wikkelingen of spoelen, die elk stroomsignalen ontvangen van één fase van het energiesysteem. Door stromen van deze wikkelingen te vergelijken, kan het systeem afwijkingen detecteren, waaronder aardfouten, fase-fase kortsluitingen of prestatievermindering. Bij het detecteren van afwijkingen activeert het beveiligingssysteem onmiddellijk om het defecte circuit te isoleren, waardoor zowel apparatuur als personeel worden beschermd.

De split-fase stroomtransformator werkt op basis van de wet van Kirchhoff. Onder normale omstandigheden blijven de stromen die door beide wikkelingen lopen gelijk in grootte maar tegengesteld in richting, wat resulteert in een nul differentiële stroom. Wanneer interne fouten optreden - zoals aardfouten - verbreekt de stroombalans tussen de wikkelingen, waardoor een meetbare differentiële stroom ontstaat. Het beveiligingssysteem analyseert de grootte en richting van deze stroom om het type en de locatie van de fout te bepalen en geeft vervolgens commando's om het getroffen circuit los te koppelen.

Specifiek werken deze transformatoren in combinatie met differentiële relais die activeren wanneer de differentiële stroom vooraf gedefinieerde drempels overschrijdt, waardoor stroomonderbrekers worden geactiveerd. Om de gevoeligheid en betrouwbaarheid te verhogen, worden vaak aanvullende maatregelen zoals percentage differentiële relais gebruikt, waarbij rekening wordt gehouden met transformatorverhoudingsfouten en inschakelstromen.

Split-fase stroomtransformatoren zijn er in twee primaire configuraties:

• Venstertype: Met een cirkelvormig of rechthoekig ontwerp met een centrale opening, waardoor stroomkabels of rails er direct doorheen kunnen. Hun compacte, eenvoudige structuur vergemakkelijkt de installatie en het onderhoud over verschillende spanningsniveaus en stroomcapaciteiten.
• Staaf Type: Met een geleiderstaaf als de primaire wikkeling, vergroot dit ontwerp de nominale stroom en de kortstondige weerstand van de transformator, waardoor deze geschikt is voor toepassingen met hoge stromen.

Deze transformatoren spelen een cruciale rol in energienetwerken, waaronder:

• Generatorbescherming: Bescherming tegen wikkelingsfouten, waaronder fase-fase kortsluitingen, winding-winding fouten en aardfouten
• Transformatorbescherming: Detectie van wikkelingsfouten en tankfouten
• Busbarbescherming: Identificatie van kortsluitingen en aardfouten op stroomrails
• Motorbescherming: Voorkomen van schade door interne wikkelingsfouten

Ontwerp, fabricage en testen van split-fase stroomtransformatoren moeten voldoen aan internationale en nationale normen om prestaties en veiligheid te garanderen. Belangrijke normen zijn onder meer:

• CSA (Canadian Standards Association)
• IEC (International Electrotechnical Commission)
• NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

Deze specificaties bepalen kritieke parameters, waaronder nominale spanning/stroom, nauwkeurigheidsklasse, kortstondige weerstandsstroom, isolatieweerstand en temperatuurstijging, samen met bijbehorende testmethoden.

Het kiezen van geschikte split-fase stroomtransformatoren vereist overweging van meerdere factoren:

• Systeemspanning en stroomwaarden
• Vereiste nauwkeurigheidsklasse voor beveiligingsschema's
• Kortsluitweerstandscapaciteit die overeenkomt met de systeemvereisten
• Installatiebeperkingen en fysieke configuratie
• Speciale milieu-eisen (hoge temperatuur, vochtigheid, explosieve atmosferen)

Veel fabrikanten gebruiken epoxyhars-inkapselingstechnologie voor deze transformatoren, die het volgende biedt:

• Superieure isolatie-eigenschappen die hoogspanningsdoorbraak voorkomen
• Verbeterde mechanische sterkte die interne componenten beschermt
• Effectieve vocht- en stofbestendigheid die de betrouwbaarheid verbetert
• Vlamvertragende mogelijkheden in geselecteerde formuleringen

Verouderende energie-infrastructuur vereist vaak transformatorupgrades vanwege prestatievermindering of veranderende beveiligingsbehoeften. Belangrijke overwegingen zijn onder meer:

• Compatibiliteit met bestaande beveiligingssystemen met betrekking tot verhouding, nauwkeurigheid en bedrading
• Betrouwbaarheid en operationele stabiliteit
• Kosteneffectiviteit terwijl aan technische eisen wordt voldaan

Naarmate slimme netten en digitale onderstations evolueren, krijgen split-fase stroomtransformatoren nieuwe kansen en uitdagingen. Opkomende trends zijn onder meer:

• Digitale signaalconversie voor verbeterde gegevensverwerking
• Intelligente functies zoals zelfdiagnose en adaptieve kalibratie
• Compacte ontwerpen met behulp van geavanceerde materialen
• Geïntegreerde beveiligingsoplossingen die meerdere functies combineren

Als fundamentele componenten van differentiële beveiligingssystemen spelen split-fase stroomtransformatoren onmisbare rollen bij het handhaven van de stabiliteit en veiligheid van het net. Technologische ontwikkelingen zullen hun evolutie naar digitale, intelligente, compacte en geïntegreerde oplossingen blijven stimuleren, waardoor een betrouwbare werking van het energiesysteem voor de komende jaren wordt gewaarborgd.