Mõõtmise printsiip kombinatsiooniliste elektrooniliste transformatorkomplektide koostamisel ja testimisel

1 Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide mõõtmise põhimõte
1.1 Pingemõõtmise põhimõte

Elektroonilised transformatorkombinatsioonid mõõdavad pinget kapatsiitliku pingejagamismeetodiga. Kuna kapatsiitoril ei saa pinget järsusti muutuda, on teiseastme pingel, mis saadakse otse kapatsiitliku pingejagamisega, nõrg tühjaaja reaktsioon ja madal mõõtmistäpsus. Mõõtmistäpsuse parandamiseks on paralleelselt madala pingega kapatsiitoriga ühendatud täpsusproovresistor. Selle põhimõte on näidatud Joonisel 1.

Joonisel 1, kui

Pingejagamiskapatsiitori väljundpinge on proportsionaalne mõõdetava pingega aja suhtes. Integreerimise liidese lisamisel saab mõõta esmastiku pinget.

Joonisel 1, kuna suurim osa pingevahendist tekib C₁-l, on kapatsiitori C₁ eristusvõimele väga kõrgete nõuded. Elektromagnetilistes pingetransformatorites kasutatakse tavaliselt võimsuskapatsiitoreid, aga elektroonilistes pingetransformatorites kasutatakse võimsuskapatsiitoreid mitte, vaid vastavaid kapatsiitoreid.

Pingejagamiskapatsiitori struktuur on selline, et isolatiivmaterjalist valmistatud silinder on paigutatud juhtivale tiivil. Seejärel on silindri külge kinnitatud kahekihilane paindlik printeeritud platina. Täpsusproovresistor on chipiresistor, mis on kinnitatud paindliku printeeritud platinaga. Kapatsiitori pingejagamisseadme struktuurskeem on näidatud Joonisel 2.

Kapatsiitori C₁ kapatsiit on moodustatud siseküljelise silindri poolt. Juhtiv tiiv on võrdne ühe elektrodiga, ja paindliku printeeritud platinaga kaetud siseriikihoog on võrdne teise elektrogaga, kusjuures isolatiivmaterjal on dielektrik. Kapatsiitori C₂ kapatsiit on moodustatud välisküljelise silindri poolt. Kahekihilise paindliku printeeritud platinaga kaetud kaksikülg hoog on võrdne elektrodega, ja paindliku printeeritud platinaga kaetud alusmaterjal, näiteks polüimid, on dielektrik. Selle radiaalkirjeldus on näidatud Joonisel 3. Võrdväärne kapatsiit C saab arvutada valemiga.

Valemis: r₁ on silindri siseringjoon; r₂ on silindri välisringjoon; H on paindliku printeeritud platinaga kaetud pikkus; ε_r on elektrolüüsiva ainela relativne permittivsus; ε₀ on vakuumi permittivsus.

1.2 Voolumõõtmise põhimõte

Elektroonilised transformatorkombinatsioonid mõõdavad voolu Rogowski keele abil. Teiseastme väljundpinge ja esmastiku sisendvoolu vaheline seos on järgmine:

Valemis on M konstant, mis ei sõltu mõõdetava voolu asukohast. Rogowski keele väljundpinge on proportsionaalne mõõdetava voolu tuletisele. Seega, integreerimise liidese lisamisel Rogowski keele väljundile saab taastada mõõdetava voolu.

Selles projektis on Rogowski keel printeeritud platina peal valmistatud. Selle tundlikkus, mõõtmistäpsus, töösujuvus, tootekvootlus ja tootmise efektiivsus on traditsiooniliste kihutatud keelede omadest paremad.

Lisavarustuse magnetvälja segaduse vähendamiseks ja mõõtmistäpsuse parandamiseks kasutatakse printeeritud platina peal valmistatud Rogowski keele korral tavaliselt kahte sariseadmisena ühendatud keele, mis moodustavad diferentsiaalse sisendi. Need kaks PCB keele on kihutatud vastupidises suunas. Üks on kihutatud paremkaatelise reegli järgi, teine vasakkaatelise reegli järgi. Sellisel moel tekivad kaks vastupidist polaarset induktiivset pinget, ja sariseadmisel on väljundpinge kaks korda suurem, kui ühe Rogowski keele korral, nagu on näidatud Joonisel 4.

1.2 Voolumõõtmise põhimõte (jätka)

Kuna kupervilm ja PCB alusmaterjalil on erinevad lämmastuvad, on nende deformatsioonid temperatuuri muutuste korral erinevad. Deformatsioonipõhiste veategurite vähendamiseks ja kupervilmi katkemise ennetamiseks käivitatakse valmistatud PCB keeled läbi temperatuuri vananemisprotsessi. See protsess vabastab keelede sisesed pinged, vähendades veategureid, ja samas toimib keelede sortimiseks.

Kuigi diferentsiaalse väljundiga Rogowski keelidel on tugev ühise režiimi takistus, on 10 kV elektrivälja segadus ikkagi oluline. Seetõttu on vaja Rogowski keeleid kattaa kupervilmega ja maandada kupervili.

2 Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide koostamise põhimõte
2.1 Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide koostamise blokkdiagramm

Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide blokkdiagramm on näidatud Joonisel 5. Esmastiku pinged ja voolud on teisendatud teiseastmeks signaaliks kapatsiitori ja Rogowski keele poolt. Teiseastme signaalide integreerimise ja faasisiirdamise kaudu saab signaale, mis on proportsionaalsed esmastiku signaalidega. Mõõtmistäpsuse parandamiseks saab mõõtmisignaalide integreerimist ja faasisiirdust saavutada digitaalsete signaalide töötlemise meetoditega. Kuid digitaalne signaalide töötlemine tekitab mingi viivitu ja ei suuda esmastiku signaale reaalajas väljendada. Seetõttu ei sobi see töötlemismeetod ebasoodsate signaalide jaoks. Kuna ebasoodsate signaalide mõõtmistäpsuse nõuded on madalamad, saab analoogseid skeeme otse kasutada tugevdamiseks, integreerimiseks ja faasisiirdamiseks.

2.2 Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide andurite struktuur

Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide pingemõõtmise ja voolumõõtmise ühikud on kombineeritud struktuuris, nagu on näidatud Joonisel 6, epoksi resiini vakuumkatmismehaanikaga.

Rogowski keel on katmata voolujoonel. Keelse väljundsignaali tugevdamise järel saadetakse see signaaliviilade kaudu väljundkontaktile. Kuna tugevdamiseks on vaja kahepolunevat võimet, kasutatakse mitmekordsest signaaliviiladest kolme võimu edastamiseks.

Kuna pingetransformatoril pole voolu joonel kulgemist, ja et suurendada kriipsuvahemaad, on kasutatud struktuur, kus joonel ja voolujoonel on risti.

Kuna andur on aktiivne, piirab elektronkomponentide eluajat tõsiselt elektroniliste transformatorkombinatsioonide andurite eluajad. Seetõttu tuleb kõik komponendid enne kasutamist läbi vananemisprotsessi ja sortimise.

Signaal-müraraadio suurendamiseks tugevdatakse voolu ja pingesignale anduris. Voolusignaali tugevdamise skeem on PCB keelel, ja pingesignaali tugevdamise skeem on paindlikul printeeritud platinaga. Tugevdamiseks kasutatakse kõrgetehnoloogilisi instrumendiamplifikaatoreid.

3 Kombineeritud elektrooniliste transformatorkombinatsioonide testimine

Eelnimetatud põhimõtet ja struktuuri ning IEC 60044-7 ja IEC 60044-8 standardite järgi on disainitud 10 kV/600 A integreeritud pingea/voolua elektrooniline transformatorkombinatsioon. Pingetransformatori mõõtmistäpsus on klass 0.5, ja kaitseaste on 3P; voolutransformatori mõõtmistäpsus on klass 0.2, ja kaitsetäpsus on 5P20.

Testides edastatakse erinevaid voolusid ja pingi elektroonilisele transformatorkombinatsioonile. Teiseastme väljund edastatakse digitaalse portaali kaudu. Kui seda kuvatakse digitaalse kuvamise üksuse kaudu, võrreldakse seda referentpingetransformatoriga ja referentvoolutransformatoriga. Selle mõõtmistäpsus vastab disaininõudmistele.

Samal ajal tehakse prototüübile võrkpinge, osaline laeng, äikeimpuls ja elektromagnetiline ühilduvuse testid. Nende testide läbimine näitab disaini õigsust.

4 Järeldused

(1) Printeeritud platina peal valmistatud kapatsiitliku pingejagamiskeele ja Rogowski keele kasutamine pingea ja voolua andurina annab lihtsa struktuuri, head tootevahetuvuse ja kõrge mõõtmistäpsuse.

(2) Printeeritud platina ja paindliku printeeritud platinaga tehnoloogiate kasutamine võimaldab luua tugevdamise skeemi anduris, parandades mõõtmisignaali signaal-müraraadiot.

(3) Elektrooniliste pingetransformatorite ja voolutransformatorite kombinatsioon üheks kombineeritud pingea-voolua transformatorkombinatsiooniks võimaldab vähendada esmastiku varustuse kulusid ja parandada teiseastme tsirkuitide täpsust ja suutlikkust ühe joone pingemõõtmiseks. See vastab uutele nõudmistele teiseastme mõõtmise ja kaitse jaoks ning vastab ka kaasaegse energiasüsteemi kontseptsioonile, mis hõlmab lülitiintervalle.