Mérési elv kombinált elektronikus transzformátorok összetételének és tesztelésének
1 Kombinált elektronikus transzformátorok mérési elve
1.1 Feszültségmérés elve
Az elektronikus transzformátorok a feszültséget a kapacitív feszültségosztás módszerével mérik. Mivel a kondenzátoron átmenő feszültség nem változik meg hirtelen, a kapacitív feszültségosztással közvetlenül kivont másodlagos feszültség gyenge tranzienst válaszol és alacsony mérési pontossággal rendelkezik. A mérési pontosság javítása érdekében egy precíziós mintavételi ellenállást kapcsolnak párhuzamosan a nagy feszültségű kondenzátorral. Az elv a 1. ábrán látható.
A 1. ábrán, a következő feltétel mellett
A feszültségosztó kondenzátor kimeneti feszültsége arányos a mérni kívánt feszültség idő szerinti deriváltjával. Integrálási szakasz hozzáadásával a primáris feszültség mérhető.
A 1. ábrán, mivel a legnagyobb feszültségcsökkenés a C1 kondenzáton történik, nagyon magas az izolációs követelmények a C1 kondenzátornak. Elektromos feszültségtranszformátorokban általában erőkondenzátorokat használnak, míg az elektronikus feszültségtranszformátorokban nem használnak erőkondenzátort, hanem ekvivalens kondenzátort.
A feszültségosztó kondenzátor szerkezete olyan, hogy egy izolációs anyagból készült henger kerítve van egy vezető rúdon. Ezt követően egy kétszeres rétegű rugalmas tanács csatlakoztatva van a henger külső részére. A precíziós ellenállás egy chip-ellenállás, amely a rugalmas tanác külső rétegére van rögzítve. A kondenzátor feszültségosztó strukturális sémája a 2. ábrán látható.
A C1 kapacitását a belső rétegű henger alkotja. A vezető rúd egy elektrodapadat jelent, míg a rugalmas tanác belső rézfilmje a másik elektrodapadat, az izolációs anyag pedig a dielektrikus anyag. A C2 kapacitását a külső rétegű henger alkotja. A kétszeres rézfilmek a kétszeres rétegű rugalmas tanácon az elektrodapadatokat jelentik, a rugalmas tanác alapanyaga, például a poliimid pedig a dielektrikus anyag. A sugárirányú szerszámkereszt a 3. ábrán látható. Az ekvivalens kapacitás C kiszámítható a képlet segítségével.
A képletben: r1 a henger belső sugara; r2 a henger külső sugara; H a rugalmas nyomtatott tanác hossza; εr a relatív dielektrikus állandó; ε0 a vakuum dielektrikus állandó.
1.2 Árammérés elve
Az elektronikus transzformátorok Rogowski tekercsekkel mérnek áramot. A másodlagos kimeneti feszültség és a primáris bemeneti áram közötti összefüggés a következő:
A képletben M egy konstans, ami független a mérni kívánt áram helyzetétől. A Rogowski tekercs kimeneti feszültsége arányos a mérni kívánt áram deriváltjával. Ezért, ha a Rogowski tekercs kimenetéhez integráló szakaszt adunk, a mérni kívánt áram visszaállítható.
Ebben a projektben a Rogowski tekercs egy nyomtatott tanácból készült Rogowski tekercs. Érzékenysége, mérési pontossága, teljesítménye, cserélhetősége és termelési hatékonysága mind jobb, mint a hagyományosan forgatott tekercseké.
A melléktestek által okozott interferencia csökkentése és a mérési pontosság javítása érdekében a nyomtatott tanácból készült Rogowski tekercs általában két egymásután csatlakoztatott tekercs formájában jön létre. Ezek két PCB tekercs különböző irányban van forgatva. Az egyik a jobb kézzel forgató szabály alapján, a másik pedig a bal kézzel forgató szabály alapján. Így két ellentétes polaritású indukált feszültség keletkezik, és a soros kapcsolás kimeneti feszültsége kétszerese egyetlen Rogowski tekercs kimeneti feszültségének, ahogy a 4. ábra mutatja.
1.2 Árammérés elve (folytatás)
Mivel a rézfilm és a PCB alaplap hőmérsékleti bővítési együtthatói eltérőek, deformációik is eltérőek a hőmérséklet változásakor. A deformáció miatti hibák csökkentése és a rézfilm törések megelőzése érdekében a készített PCB tekercseket hőidőszakadásra állítják. Ez a folyamat, egyrészt a tekercsek belső feszültségének enyhítésével csökkenti a hibákat, másrészt a tekercsek selejtezését is lehetővé teszi.
Bár a differenciálisan kimeneti Rogowski tekercsek erős közös mód szűrési képességgel rendelkeznek, a 10 kV elektromos mező interferencia továbbra is jelentős. Ezért szükséges a Rogowski tekercseket rézfolával bepakolni és a rézfolát földelni.
2 Kombinált elektronikus transzformátorok szerkezeti elve
2.1 Kombinált elektronikus transzformátorok blokkdiagramja
A kombinált elektronikus transzformátor blokkdiagramja a 5. ábrán látható. A primáris feszültség és áram másodlagos jelekké alakul a kondenzátor és a Rogowski tekercs révén. Az integrálással és fáziseltolással a másodlagos jelek a primáris jelekkel arányos jelekké alakulhatnak. A pontosság javítása érdekében a mérési jelek integrálása és fáziskiegyenlítése digitális jel Feldolgozási módszerekkel is elérhető. Viszont a digitális jel feldolgozásnak bizonyos késése van, és nem tudja valós időben tükrözni a primáris jeleket. Emiatt ez a feldolgozási módszer nem alkalmas a védelmi jelekhez. Mivel a védelmi jelek alacsonyabb mérési pontosságot igényelnek, analóg áramkörök használhatók közvetlenül a megnöveléshez, integráláshoz és fáziskiegyenlítéshez.
2.2 A kombinált elektronikus transzformátor érzékelő fejének szerkezete
A kombinált elektronikus transzformátor a feszültségmérő egységet és az árammérő egységet a 6. ábrán látható szerkezetbe építi be epoxid reszina vakuum öntésével.
A Rogowski tekercset a vezető buszra öntik. A tekercs kimeneti jele, amit megnövelnek, jelvezetékön keresztül jut a kimeneti terminálhoz. Mivel a megnövelő kettős tápegységre szükséges, a többmagos jelvezeték három vonala a tápegység továbbítására szolgál.
Mivel nincs áram a feszültségtranszformátor vezető rúdján, és a húzódási távolság növelése érdekében, a vezető rúd és a vezető busz egymásra merőleges szerkezetet alkotnak.
Mivel az érzékelő fej aktív típusú, az elektromos komponensek élettartama szigorúan korlátozza az elektronikus transzformátor érzékelő fejének élettartamát. Ezért minden komponens először időzítést kell átvennie, mielőtt használatba kerül.
A jel-zaj arány javítása érdekében a jelenlegi és a feszültség jelei az érzékelő fejen belül megnövelték. Az áram jel megnövelő áramköre a PCB tekercsen, a feszültség jel megnövelő áramköre pedig a rugalmas tanácon található. A megnövelőkre magas teljesítményű mérőeszköz-amplifikátorokat használnak.
3 A kombinált elektronikus transzformátor tesztelése
A fent említett elvek és szerkezet, valamint az IEC 60044-7 és IEC 60044-8 szabványok alapján, egy 10 kV/600 A integrált feszültség/áram elektronikus transzformátor prototípus tervezésre került. A feszültségtranszformátor esetében a mérési pontosság 0,5 osztály, a védelmi szint 3P; az áramtranszformátor esetében a mérési pontosság 0,2 osztály, a védelmi pontosság 5P20.
A teszt során különböző áramokat vezetnek át az elektronikus transzformátoron, és különböző feszültségeket alkalmaznak rajta. A másodlagos kimenetet digitális porton keresztül adják ki. A digitális kijelző egységen megjelenítés után összevetik a referencia áramtranszformátorral és a referencia feszültségtranszformátorral. A mérési pontosság megfelel a tervezési követelményeknek.
Ugyanakkor a prototípuson hajtják végre a hőmérsékleti ellenállás, a részleges lelógás, a villámütköző és az elektromágneses kompatibilitás tesztjeit. A tesztek sikeres letörlése azt jelzi, hogy a tervezési séma helyes.
4 Következtetések
(1) Ekvivalens kondenzátorokból álló feszültségosztó kondenzátor és nyomtatott tanácból készült Rogowski tekercs alkalmazása feszültség- és áramszenzorként egyszerű szerkezetet, jó termék cserélhetőséget és magas mérési pontosságot biztosít.
(2) Nyomtatott tanács és rugalmas nyomtatott tanács technológiák alkalmazásával a megnövelő áramkör beépíthető az érzékelő fejbe, így javítva a mérési jel zaja-arányát.
(3) Az elektronikus feszültségtranszformátor és az elektronikus áramtranszformátor kombinálása egy kombinált feszültség-áramtranszformátorra, nem csak csökkenti a primáris berendezések költségeit, de javítja a másodlagos áramkör pontosságát és kapacitását egyetlen vonal feszültségére. Ez megfelel a másodlagos mérések és védelem új követelményeinek, és megfelel a modern villamosenergia rendszerek szegmens-egységek egységeként történő ellenőrzési elvének.
