Принцип на мерење Состав и тестiranje на комбинирани електронски трансформатори
1 Принцип на мерење на комбинирани електронски трансформатори
1.1 Принцип на мерење на напон
Електронските трансформатори го мерија напонот со методот на капацитивно делеење на напон. Бидејќи напонот над капацитет не може да се промени брзично, вторичниот напон добиен директно преку капацитивното делеење има слаба трасиентна одговорност и ниска точност на мерење. За да се подобри точноста на мерењето, прецизен пробен резистор е поврзан паралелно со низконапонскиот капацитет. Неговиот принцип е прикажан на Слика 1.
На Слика 1, под услов
Излезниот напон од капацитетот за делеење е правопропорционален на временската изводна на мерената величина. Со додавање на врска за интеграција, основниот напон може да се измери.
На Слика 1, бидејќи повеќето пад на напон се случува над C1, постојат многу високи барања за изолацијата на капацитетот C1. Во електромагнетните напонски трансформатори, обично се користат моќни капацитети, додека во електронските напонски трансформатори, не се користат моќни капацитети; наместо тоа, се користат еквивалентни капацитети.
Структурата на капацитетот за делеење е таква што цилиндър направен од изолационен материјал е наседнат на проводлив стаб. Потоа, двослојна флексибилна печатна плоча е поставена надвор од цилиндърот. Прецизният резистор е чип резистор поставен врз надворешниот слој на флексибилната печатна плоча. Схематичен дијаграм на структурата на капацитетот за делеење на напон е прикажан на Слика 2.
Капацитетот на C1 е формиран од внатрешниот слој на цилиндърот. Проводливият стаб е еквивалентен на една електродна плоча, а медната фолија во внатрешниот слој на флексибилната печатна плоча е еквивалентна на другата електродна плоча, со изолациониот материјал како диелектрик. Капацитетот на C2 е формиран од надворешниот слој на цилиндърот. Двостраните медни фолии на двослојната флексибилна печатна плоча се еквивалентни на електродните плочи, а базниот материјал на флексибилната печатна плоча, како полиимид, служи како диелектрик. Нејзиниот радијален пресечен преглед е прикажан на Слика 3. Еквивалентниот капацитет C може да се пресмета според формула.
Во формулата: r1 е внатрешниот радиус на цилиндърот; r2 е надворешниот радиус на цилиндърот; H е должината на флексибилната печатна плоча; εr е относителната диелектрична пермитивност на електролита; ε0 е пермитивноста на вакумот.
1.2 Принцип на мерење на строј
Електронските трансформатори користат Роговскиеви катушкови за мерење на строј. Односот помеѓу вторичниот излезен напон и основниот входен строј е следниов:
Во формулата, M е константа која не зависи од положбата на мерениот строј. Излезниот напон од Роговскиевата катушка е правопропорционален на изводната на мерениот строј. Значи, со додавање на врска за интеграција после излезот од Роговскиевата катушка, може да се врати мерениот строј.
Во овој проект, Роговскиевата катушка е Роговскиева катушка направена од печатна плоча. Њената осетливост, точност на мерење, стабилност на перформансите, интерменабилност на производот и ефикасност на производството се супериорни на онево на традиционално оплетени катушкови.
За да се намали пречењето на придатното магнетно поле и да се подобри точноста на мерење, Роговскиевата катушка направена од печатна плоча обично користи две катушки поврзани во серија за формирање на диференцијален вход. Насоките на оплетување на овие две PCB катушки се различни. Едната е оплетена според десниот регул, а другата според левиот регул. По тоа начин, се генерираат два индуцирани напони со противоположни поларитети, и излезниот напон на серијната врска е два пати поголем од онаа на една Роговскиева катушка, како што е прикажано на Слика 4.
1.2 Принцип на мерење на строј (Продолжение)
Збогувајќи на различните коефициенти на термичко проширување на медната фолија и на печатната плоча, нивните деформации се различни кога температурата се менува. За да се намалат грешките причинети од деформација и да се спречи прекинување на медната фолија, произведените PCB катушки минуваат процес на стареење на температура. Овој процес, от една страна, ја ослободува внатрешната напрегнатост на катушките за минимизирање на грешките, а от друга страна, служи за селекција на катушките.
Иако Роговскиевите катушки со диференцијален излез имаат силна способност за потиснување на заеднички мод, пречењето од 10 кV електрично поле останува значајно. Затоа, е потребно да се обвие Роговскиевите катушки со медна фолија и да се заземи медната фолија.
2 Принцип на составување на комбинирани електронски трансформатори
2.1 Дијаграм на блокови на комбинирани електронски трансформатори
Дијаграмот на блокови на комбинираниот електронски трансформатор е прикажан на Слика 5. Основниот напон и строј се конвертираат во вторични сигнали со капацитетот и Роговскиевата катушка. Со интеграција и фазно компенсирање на вторичните сигнали, може да се добијат сигнали пропорционални на основните сигнали. За да се подобри точноста, интеграцијата и фазното компенсирање на мерните сигнали може да се постигне преку методи за цифрово обработка на сигнали. Меѓутоа, цифриската обработка на сигнали има одредена забава и не може да реално време да ги рефлектира основните сигнали. Значи, овој метод на обработка не е прифатлив за сигналите за заштита. Бидејќи сигналите за заштита имаат пониски барања за точност на мерење, аналогните кола може директно да се користат за амплификација, интеграција и фазно компенсирање.
2.2 Структура на сензорската глава на комбинираниот електронски трансформатор
Комбинираниот електронски трансформатор е упакован во структура како што е прикажана на Слика 6 со епоксидна смола и вакуумско ливање.
Роговскиевата катушка е ливана на стројната шина. Последователно, излезниот сигнал од катушката е испратен до излезната клема преку сигнална жица. Бидејќи амплификаторот бара двојна напонска заедница, три од многожиличните сигнални жици се користат за пренос на напон.
Бидејќи нема строј кој текува низ проводливия стаб на напонскиот трансформатор, и за да се зголеми креепаџијата, се користи структура каде што проводлив стаб и стројната шина се нормални една на друга.
Бидејќи сензорската глава е активна, животот на електронските компоненти силно ограничува животот на сензорската глава на електронскиот трансформатор. Затоа, сите компоненти мора да преминат процес на стареење и селекција пред употреба.
За да се подобри соодношението сигнал-шум, стројните и напонските сигнали се амплифицирани внатрешно во сензорската глава. Амплификационата кола за стројниот сигнал е на PCB катушката, а амплификационата кола за напонскиот сигнал е на флексибилната печатна плоча. Користат се високоперформантни инструментални амплификатори.
3 Тестирање на комбинираниот електронски трансформатор
Според претходно споменатите принципи и структури, како и стандардите IEC 60044-7 и IEC 60044-8, е дизајниран прототип на интегриран напонски/стројен електронски трансформатор од 10 кV/600 A. За напонскиот трансформатор, точноста на мерење е класа 0.5, а нивоот на заштита е 3P; за стројниот трансформатор, точноста на мерење е класа 0.2, а точноста на заштита е 5P20.
Тоа време на тест, различни строеви минуваат низ електронскиот трансформатор и различни напони се применуваат на него. Вторичниот излез е испратен преку цифрен порт. После што е прикажан на цифрен приказ, се споредува со референтниот стројен трансформатор и референтниот напонски трансформатор. Точноста на мерење му одговара на дизајнерските барања.
В исто време, се извршуваат тестови на издржливост на мрежниот напон, делни прашања, граѓански удар и електромагнетна компатибилност на прототипот. Прохожењето на овие тестови покажува дека дизајнерскиот план е точен.
4 Заклучоци
(1) Со користење на капацитет за делеење составен од еквивалентни капацитети и Роговскиева катушка направена со печатна плоча како сензори за напон и строј, има проста структура, добра интерменабилност на продуктот и висока точност на мерење.
(2) Со користење на технологии за печатни плочи и флексибилни печатни плочи, амплификационата кола може да се изгради внатрешно во сензорската глава, што подобрува соодношението сигнал-шум на мерниот сигнал.
(3) Комбинирањето на електронскиот напонски трансформатор и електронскиот стројен трансформатор во еден за да се формира комбиниран напонски-стројен трансформатор не само намалува цената на основното опрема, туку и подобрува точноста и капацитетот на вторичната кола за напонот на една линија. Тоа задоволува новите барања за вторично мерење и заштита, и исто така одговара на контролниот концепт на современите системи за електропревоз кои ги земаат интервалите на комутаторите како единици.
