Mērīšanas princips kombinēto elektronisko transformatoru sastāvam un testēšanai
1 Kombinēto elektronisko transformatoru mērīšanas princips
1.1 Sprieguma mērīšanas princips
Elektroniskie transformatori mēra spriegumu, izmantojot kondensatora sprieguma sadalīšanas metodi. Tā kā kondensatora virsotnes spriegums nevar mainīties nenozīmīgi, tiektais sekundārais spriegums, kas iegūts caur kondensatora sprieguma sadalīšanu, ir sliktas īstermiņa atbildes un zemas mērīšanas precizitātes. Lai uzlabotu mērīšanas precizitāti, pievieno precīzu mērsistēmas rezistoru, kas savienots paralēli ar zema sprieguma kondensatoru. Tā princips ir attēlots 1. zīmē.
1. zīmē, apstākļos
Sprieguma dalītāja kondensatora izvades spriegums ir proporcionāls mērāmajam sprieguma laika atvasinājumam. Pievienojot integrācijas saiti, var mērīt primāro spriegumu.
1. zīmē, tā kā lielākā daļa sprieguma samazinājuma notiek C1, ir augsti prasības pret kondensatora C1 izolāciju. Elektromagnētajos sprieguma transformatoros parasti tiek izmantoti enerģijas kondensatori, bet elektroniskajos sprieguma transformatoros enerģijas kondensatori netiek izmantoti; vietā tos izmanto ekvivalentus kondensatorus.
Sprieguma dalītāja kondensatora struktūra ir tāda, ka dielektriska materiāla veidotais cilindrs ir uzmesti uz veduma šķidruma. Tad dubultslānis elastīgs plāksnes montāžas komplekss tiek pielīmēts cilindra ārpusē. Precīzais rezisors ir čipa rezisors, kas pielīmēts elastīgās plāksnes ārējam slānim. Kondensatora sprieguma dalītāja strukturālais shēmas attēls ir attēlots 2. zīmē.
Kondensators C1 ir veidots no iekšējā slāņa cilindra. Veduma šķidrums ir ekvivalenta vienam elektrodu platam, un elastīgās plāksnes iekšējā miedzgabala plāne ir ekvivalenta otram elektrodu platam, ar dielektrisku materiālu kā dielektriku. Kondensators C2 ir veidots no ārējā slāņa cilindra. Dubultslānis elastīgās plāksnes miedzgabali ir ekvivalenti elektrodu platiem, un elastīgās plāksnes pamatmateriāls, piemēram, polimid, darbojas kā dielektrisks. Tā rādījums radālā sekcijā ir attēlots 3. zīmē. Ekvivalentais kapacitāns C var tikt aprēķināts pēc formulas.
Formulā: r1 ir cilindra iekšējais rādiuss; r2 ir cilindra ārējais rādiuss; H ir elastīgās drukas plāksnes garums; εr ir relatīvais dielektriskais konstants; ε0 ir vakuumdielektriskais konstants.
1.2 Strāvas mērīšanas princips
Elektroniskie transformatori mēra strāvu, izmantojot Rogovski (Rogowski) spulles. Sekundārā izvades sprieguma un primārā ievades strāvas attiecība ir šāda:
Formulā M ir konstante, kas nav atkarīga no mērāmās strāvas pozīcijas. Rogovski spulles izvades spriegums ir proporcionāls mērāmās strāvas atvasinājumam. Tādējādi, pievienojot integrācijas saiti pēc Rogovski spulles izvades, var atjaunot mērāmo strāvu.
Šajā projektā Rogovski spulle ir izgatavota no drukas plāksnes. Tā jūtība, mērīšanas precizitāte, darbības stabilitāte, produktu aizstājamība un ražošanas efektivitāte ir labākas nekā tradicionāli pavilkto spulļu.
Lai samazinātu piekārtoto magnetiskā lauka ietekmi un uzlabotu mērīšanas precizitāti, drukas plāksnes Rogovski spulle parasti izmanto divas spulles, kas savienotas seriāli, lai veidotu diferenciālo ievadi. Abas šīs PCB spulles ir pavilkta atšķirīgos virzienos. Viens ir pavilkts saskaņā ar labās rokas likumu, bet otra saskaņā ar kreisās rokas likumu. Tādējādi tiek ģenerēti divi inducētie spriegumi ar pretējiem polāritātes zīmēm, un seriālas savienojuma izvades spriegums ir divreiz lielāks nekā vienas Rogovski spulles, kā attēlots 4. zīmē.
1.2 Strāvas mērīšanas princips (turpinājums)
Tā kā miedzgabala un PCB substrāta termiskie izplešanās koeficienti atšķiras, to deformācijas daudzums, kad temperatūra mainās, arī atšķiras. Lai samazinātu kļūdas, ko izraisa deformācija, un novērstu miedzgabala salauztumu, izgatavotajām PCB spullēm tiek veikts temperatūras novecošanas process. Šis process, no vienas puses, atbrīvo spules iekšējo spriedzi, lai samazinātu kļūdas, un, no otras puses, palīdz selektēt spules.
Lai arī Rogovski spulles ar diferenciālo izvadi ir spēcīgas pret kopējā režīma aizkaitēšanu, 10 kV elektriskā lauka ietekme joprojām ir nozīmīga. Tādēļ, ir nepieciešams apvijt Rogovski spulles ar miedzgabalu un apzemes miedzgabalu.
2 Kombinēto elektronisko transformatoru sastāva princips
2.1 Kombinēto elektronisko transformatoru sastāva blokshēma
Kombinētā elektroniskā transformatora blokshēma ir attēlota 5. zīmē. Primāro spriegumu un strāvu pārveido par sekundārajām signālām, izmantojot kondensatoru un Rogovski spuli. Integrējot un fāzes kompensējot sekundāros signālus, var iegūt signālus, kas proporcionāli primārajām signālām. Lai uzlabotu precizitāti, mērīšanas signālu integrāciju un fāzes kompensāciju var sasniegt digitālo signālu apstrādes metodēm. Tomēr digitālā signāla apstrāde rada noteiktu aizkavēšanos un nevar tūlītēji atspoguļot primāros signālus. Tādēļ šī apstrādes metode nav piemērota aizsardzības signāliem. Tā kā aizsardzības signāliem ir zemākas prasības pret mērīšanas precizitāti, analogās shēmas var tikt tieši izmantotas amplifikācijai, integrācijai un fāzes kompensācijai.
2.2 Kombinētā elektroniskā transformatora sensora struktūra
Kombinētajā elektroniskajā transformatorā sprieguma mērīšanas vienība un strāvas mērīšanas vienība tiek ieapkodēta epoksidresinas vakuumā apakšā, kā attēlots 6. zīmē.
Rogovski spulle tiek apkodēta uz strāvas nesēja busola. Pēc amplifikācijas spulles izvades signāls tiek nosūtīts uz izvades terminālu, izmantojot signāla līniju. Tā kā amplifikators prasa divu spriegumu avotu, no vairākkabeļa signāla līnijas tiek izmantoti 3 kabēļi enerģijas pārnesei.
Tā kā sprieguma transformatora veduma šķidrumā nav strāvas plūsmas, un lai palielinātu izolācijas attālumu, tiek izmantota struktūra, kur veduma šķidrums un strāvas nesēja busols ir perpendikulāri viens otram.
Tā kā sensors ir aktīvs, elektronisko elementu izmantošanas ilgums nopietni ierobežo elektronisko transformatora sensora izmantošanas ilgumu. Tādēļ visi komponenti pirms izmantošanas jāievēro novecošanas selekcijas procesā.
Lai uzlabotu signāla-skaņas attiecību, strāvas un sprieguma signāli tiek amplificēti sensora iekšienē. Strāvas signāla amplifikācijas shēma atrodas PCB spulē, bet sprieguma signāla amplifikācijas shēma atrodas elastīgā plāksnē. Amplifikatoriem tiek izmantoti augstveida instrumentu amplifikatori.
3 Kombinētā elektroniskā transformatora testēšana
Saskaņā ar minētajiem principiem un struktūru, kā arī IEC 60044-7 un IEC 60044-8 standartiem, ir izstrādāts 10 kV/600 A integrētais sprieguma/strāvas elektroniskais transformatora prototips. Sprieguma transformatoram mērīšanas precizitāte ir klase 0.5, un aizsardzības līmenis ir 3P; strāvas transformatoram mērīšanas precizitāte ir klase 0.2, un aizsardzības precizitāte ir 5P20.
Testēšanas laikā elektroniskajā transformatorā tiek nodots dažāds strāvas plūsma un piemērots dažāds spriegums. Sekundārā izvade tiek izvadīta caur digitālo portu. Pēc tās attēlošanas digitālajā displeja vienībā, tā tiek salīdzināta ar referenču strāvas transformatoru un referenču sprieguma transformatoru. Tā mērīšanas precizitāte atbilst dizaina prasībām.
Sekojoši tiek veikti tests ar tālstromu izturību, daļēju izplūšanu, bļaidzes impulsu un elektromagnētisku savietojamību. Šo testu izdošana liecina par dizaina risinājuma pareizumu.
4 Secinājumi
(1) Izmantojot sprieguma dalītāju, kas sastāv no ekvivalentiem kondensatoriem, un Rogovski spulles, kas izgatavotas no drukas plāksnes, kā sprieguma un strāvas sensori, tas ir vienkāršs, labi aizstājams un augsta mērīšanas precizitāte.
(2) Izmantojot drukas plāksnes un elastīgo drukas plāksnes tehnoloģijas, amplifikācijas shēmu var izveidot sensora iekšienē, uzlabojot mērīšanas signāla signāla-skaņas attiecību.
(3) Savienojot elektronisko sprieguma transformatoru un elektronisko strāvas transformatoru vienā, lai veidotu kombinēto sprieguma-strāvas transformatoru, var ne tikai samazināt primāro iekārtu izmaksas, bet arī uzlabot sekundārās kontūras precizitāti un jaudu viena līnijas sprieguma. Tas atbilst jaunajām prasībām sekundārai mērīšanai un aizsardzībai, kā arī atbilst moderno elektrotīklu kontrolēšanas konceptei, kas balstās uz līdzekļu intervāliem.
