Prinsip Pagsukat Komposisyon at Pagsubok ng Nakombinadong Electronic Transformers
1 Pagsasabi ng Pagsukat ng Pagsasama-samang Electronic Transformer
1.1 Prinsipyo ng Pagsukat ng Voltaje
Ang mga electronic transformer ay nagsusukat ng voltaje gamit ang paraan ng capacitive voltage division. Dahil hindi maaaring mag-iba bigla ang voltaje sa isang capacitor, ang secondary voltaje na nakuhang direkta sa pamamagitan ng capacitive voltage division ay may mahinang transient response at mababang katumpakan ng pagsukat. Upang mapabuti ang katumpakan ng pagsukat, isinasangguni ang isang precision sampling resistor na konektado sa parallel sa low-voltage capacitor. Ang prinsipyong ito ay ipinapakita sa Figure 1.
Sa Figure 1, sa kondisyong
Ang output voltaje ng voltage - dividing capacitor ay proporsyonal sa time - derivative ng sinukat na voltaje. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang integration link, maaaring sukatin ang primary voltaje.
Sa Figure 1, dahil karamihan ng pagbaba ng voltaje ay nangyayari sa C1, may napakahigpit na pangangailangan para sa insulation ng capacitor C1. Sa electromagnetic voltage transformers, karaniwang ginagamit ang power capacitors, habang sa electronic voltage transformers, hindi ginagamit ang power capacitors; sa halip, ang equivalent capacitors ang tinatanggap.
Ang estruktura ng voltage - dividing capacitor ay isang cylinder na gawa sa insulating material na isinuot sa isang conductive rod. Pagkatapos, isinasama ang isang double - layer flexible circuit board sa labas ng cylinder. Ang precision resistor ay isang chip resistor na isinuot sa outer layer ng flexible circuit board. Ang structural schematic diagram ng capacitor voltage divider ay ipinapakita sa Figure 2.
Ang capacitance ng C1 ay nabubuo sa pamamagitan ng inner - layer cylinder. Ang conductive rod ay katumbas ng isa sa mga electrode plate, at ang inner copper film ng flexible circuit board ay katumbas ng iba pang electrode plate, na may insulating material bilang dielectric. Ang capacitance ng C2 ay nabubuo sa pamamagitan ng outer - layer cylinder. Ang double - sided copper films ng double - layer flexible circuit board ay katumbas ng mga electrode plates, at ang base material ng flexible circuit board, tulad ng polyimide, ay gumagana bilang dielectric. Ang radial cross - sectional view nito ay ipinapakita sa Figure 3. Ang equivalent capacitance C ay maaaring makalkula gamit ang Formula.
Sa formula: r1 ay ang inner radius ng cylinder; r2 ay ang outer radius ng cylinder; H ay ang haba ng flexible printed circuit board; εr ay ang relative permittivity ng electrolyte; ε0 ay ang vacuum permittivity.
1.2 Prinsipyo ng Pagsukat ng Kuryente
Ang mga electronic transformer ay gumagamit ng Rogowski coils upang sukatin ang kuryente. Ang relasyon sa pagitan ng secondary output voltaje at primary input current ay sumusunod:
Sa formula, M ay isang constant na walang kaugnayan sa posisyon ng sinukat na kuryente. Ang output voltaje ng Rogowski coil ay proporsyonal sa derivative ng sinukat na kuryente. Kaya, sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang integration link pagkatapos ng output ng Rogowski coil, maaaring ibalik ang sinukat na kuryente.
Sa proyektong ito, ang Rogowski coil ay isang Rogowski coil na gawa sa printed circuit board. Ang sensitivity, katumpakan ng pagsukat, performance stability, product interchangeability, at production efficiency nito ay mas mataas kaysa sa tradisyonal na wound coils.
Upang bawasan ang interference ng accessory magnetic field at mapabuti ang katumpakan ng pagsukat, ang Rogowski coil na gawa sa printed circuit board ay karaniwang gumagamit ng dalawang coils na konektado sa series upang bumuo ng differential input. Ang winding directions ng dalawang PCB coils ay iba-iba. Isa ay inilapat batay sa right - hand rule, at ang isa ay inilapat batay sa left - hand rule. Sa ganitong paraan, binubuo ang dalawang induced voltages na may kabaligtarang polarity, at ang output voltaje ng series connection ay dalawang beses ang isang single Rogowski coil, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
1.2 Prinsipyo ng Pagsukat ng Kuryente (Patuloy)
Dahil sa iba't ibang thermal expansion coefficients ng copper film at PCB substrate, ang kanilang deformation amounts ay iba-iba kapag nagbabago ang temperatura. Upang bawasan ang mga error na dulot ng deformation at iwasan ang pagkasira ng copper film, ang mga nabuong PCB coils ay dadaanan ng isang temperature aging process. Ang prosesong ito, sa isa pang banda, ay naglilipas ng internal stress ng coils upang bawasan ang mga error, at sa isa pang banda, ay ginagamit upang iscreen ang mga coils.
Bagaman ang Rogowski coils na may differential output ay may malakas na common - mode suppression capability, ang 10 kV electric field interference ay patuloy na significant. Kaya, kinakailangan ang pagbalot ng Rogowski coils ng copper foil at pag-ground ng copper foil.
2 Prinsipyo ng Komposisyon ng Pagsasama-samang Electronic Transformers
2.1 Composition Block Diagram ng Pagsasama-samang Electronic Transformers
Ang block diagram ng pagsasama-samang electronic transformer ay ipinapakita sa Figure 5. Ang primary voltaje at kuryente ay inconvert sa secondary signals sa pamamagitan ng capacitor at Rogowski coil. Sa pamamagitan ng integration at phase shifting ng secondary signals, maaaring makuhang ang signals na proporsyonal sa primary signals. Upang mapabuti ang katumpakan, ang integration at phase compensation ng measurement signals ay maaaring matamo sa pamamagitan ng digital signal processing methods. Gayunpaman, ang digital signal processing ay may tiyak na delay at hindi maaaring ireflect ang primary signals sa real - time. Kaya, ang prosesong ito ay hindi angkop para sa protection signals. Dahil ang protection signals ay may mas mababang pangangailangan para sa katumpakan ng pagsukat, maaaring gamitin ang analog circuits para sa amplification, integration, at phase compensation processing.
2.2 Estruktura ng Sensing Head ng Pagsasama-samang Electronic Transformer
Ang pagsasama-samang electronic transformer ay inencapsulate ang voltage measurement unit at current measurement unit sa estrukturang ipinapakita sa Figure 6 gamit ang epoxy resin vacuum casting.
Ang Rogowski coil ay incast sa current - carrying busbar. Pagkatapos ng amplification, ang coil output signal ay isinend sa output terminal sa pamamagitan ng isang signal line. Dahil ang amplifier ay nangangailangan ng dual power supply, 3 ng multi - core signal lines ay ginagamit para sa power transmission.
Dahil wala ring kuryente na lumalabas sa conductive rod ng voltage transformer, at upang mapataas ang creepage distance, ang estrukturang kung saan ang conductive rod at current - carrying busbar ay perpendicular sa isa't isa ay inadopt.
Dahil ang sensing head ay aktibo, ang buhay ng mga electronic components ay nangangailangan ng aging screening bago gamitin.
Upang mapabuti ang signal - to - noise ratio, ang current at voltage signals ay inamplify sa loob ng sensing head. Ang amplification circuit para sa current signal ay nasa PCB coil, at ang amplification circuit para sa voltage signal ay nasa flexible circuit board. Ginagamit ang high - performance instrumentation amplifiers para sa mga amplifiers.
3 Pagsubok ng Pagsasama-samang Electronic Transformer
Ayon sa nabanggit na prinsipyo at estruktura, kasama ang IEC 60044 - 7 at IEC 60044 - 8 standards, isinulong ang isang 10 kV/600 A integrated voltage/current electronic transformer prototype. Para sa voltage transformer, ang katumpakan ng pagsukat ay Class 0.5, at ang protection level ay 3P; para sa current transformer, ang katumpakan ng pagsukat ay Class 0.2, at ang protection accuracy ay 5P20.
Sa panahon ng pagsubok, iba't ibang kuryente ay ipinasa sa electronic transformer at iba't ibang voltaje ay inilapat dito. Ang secondary output ay inoutput sa pamamagitan ng isang digital port. Pagkatapos maipakita ng digital display unit, ito ay kinumpara sa reference current transformer at reference voltage transformer. Ang katumpakan ng pagsukat nito ay tumutugon sa mga disenyo requirements.
Sa parehong oras, isinagawa ang power frequency withstand voltage, partial discharge, lightning impulse, at electromagnetic compatibility tests sa prototype. Ang pagpasok ng mga test na ito ay nagpapakita ng tama ang disenyo scheme.
4 Mga Kasimpulan
(1) Sa pamamagitan ng paggamit ng voltage - dividing capacitor na binubuo ng equivalent capacitors at Rogowski coil na gawa sa printed circuit board bilang voltage at current sensors, ito ay may simple structure, mabuting product interchangeability, at mataas na katumpakan ng pagsukat.
(2) Sa pamamagitan ng paggamit ng printed circuit board at flexible printed circuit board technologies, maaaring itayo ang amplification circuit sa loob ng sensing head, na nagpapabuti ng signal - to - noise ratio ng measurement signal.
(3) Ang pagpagsama ng electronic voltage transformer at electronic current transformer sa isang pagsasama-samang voltage - current transformer ay hindi lamang maaaring bawasan ang cost ng primary equipment kundi maaari din itong mapabuti ang katumpakan at capacity ng secondary circuit para sa voltaje ng isang linya. Ito ay tumutugon sa bagong mga requirement para sa secondary metering at protection, at sumasang-ayon sa control concept ng modern power systems na ang switchgear intervals ang units.
