Výzkum nízkonapěťových proti-DC transformátorů a jejich detekčních metod

1. Přehled komponent a problémů

TA (náplavový transformátor pro nízké napětí) a elektrické energetické měřiče jsou klíčovými komponenty měření elektrické energie v nízkém napětí. Zátěžový proud těchto měřičů není nižší než 60A. Elektrické energetické měřiče se liší typem, modelem a odolností vůči stejnosměrnému proudu a jsou připojeny v řadu v měřicím zařízení. V důsledku nedostatku odolnosti vůči stejnosměrnému proudu trpí chybami při měření pod zátěží s komponentou stejnosměrného proudu, obvykle způsobenou nelineárními zátěžemi. S rostoucím používáním zařízení s DC nebo thyristorovým ovládáním, zejména v elektrovaných železnicích a plastovém průmyslu, se riziko komponenty stejnosměrného proudu zvýšilo. Analýza náplavových transformátorů pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu a detekčních zařízení má velký význam pro řešení tohoto problému.

2. Důvody nepřesnosti TA způsobené komponentou stejnosměrného proudu

Široce rozšířená DC polarizace v náplavových transformátorech pro nízké napětí pochází z vlivu DC komponent na straně primární cesty. Teoreticky, harmoniky generované DC ruší přenos měření a změny v excitačním proudu železného jádra nezpůsobují odpovídající změny magnetického toku, což nakonec vedou k nepřesnosti TA. Použitím testů s polovlnou vlnou proudu (32% komponenty DC je polovlný proud) dochází po primárném cívi k poklesu magnetické pronikavosti, což značně zvyšuje chyby (s negativním posunem blížícím se k nasycení). Posun sekundárního cívu zvětšuje změny vlnového tvaru. Testy ukazují, že polovlné proudy způsobují velké, geometricky rostoucí chyby v tradičních transformátorech; i malé komponenty DC mohou ovlivnit náplavové transformátory pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu, což vede k chybám překračujícím povolený rozsah.

3. Vývoj náplavových transformátorů pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu

Tradiční náplavové transformátory pro nízké napětí používají okrouhlá magnetická jádra (především amorfní pásky s vysokou magnetickou pronikavostí, nízkými koeficienty nasycení a neovlivněná komponentou DC na straně primární cesty). Železné jádra z amorfního materiálu, i když mají mírně nižší magnetickou pronikavost, jsou široce používány v elektrických transformátorech kvůli nízkým železným ztrátám. Mají silnou počáteční magnetickou citlivost a nízkou koercivitu, s vynikající odolností vůči stejnosměrnému proudu. Elektrické vlny ze sekundárního cívu mohou obnovit vlnový tvar proudu na straně primární cesty. Kombinací doplňkových magnetických vlastností železných amorfních a ultramikrokristalických materiálů do kompozitních jader lze zlepšit přesnost měření tradičních náplavových transformátorů pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu.

4.Výzkum metod detekce odolnosti vůči stejnosměrnému proudu

Stávající náplavové transformátory pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu obecně trpí nedostatkem metod detekce. Předchozí normy nejsou standardizovány a nelze je hodnotit podle unifikovaných pravidel a specifikací. Proto je naléhavé dobře zvládnout metodu detekce odolnosti vůči stejnosměrnému proudu a její optimalizaci.

4.1 Porovnání elektrické energie

Po použití náplavového transformátoru pro nízké napětí se změní vnitřní vlastnosti měřiče AC elektrické energie a také poměr sudých harmonických složek. Pro jasné hodnocení tohoto je třeba použít testovací linku pro porovnání elektrické energie s polovlnou úpravou. Před testem by měla být testovací linka pro porovnání elektrické energie s polovlnou úpravou vhodně upravena vzhledem k aktuální situaci, aby byla v souladu s odolností vůči stejnosměrnému proudu náplavového transformátoru, čímž se zlepší přesnost detekce elektrické energie.

4.2 1/1 samo-kalibrace

Pro tento test byla vybrána schémata podle dat JJ G1021-2007 "Předpisy pro kalibraci elektrických transformátorů", detaily jsou uvedeny na obrázku 1.

Pro optimalizaci 1/1 samo-kalibrace byl ve experimentu sekundární cívka opětovně navinuta s týmž počtem otáček jako u testovaného náplavového transformátoru pro nízké napětí. Tím se zabránilo zavádějícím chybám ze strany standardních transformátorů. Okruh měří polovlný proud a zpřesňuje chyby. Poznámka: transformátor proudu v okruhu používá poměr 10/1 pro zvýšení proudu verifikátoru, proto musí být hodnoty měření vynásobeny 10 pro správnou přesnost.

Experimenty prokázaly, že tato metoda efektivně detekuje odolnost vůči stejnosměrnému proudu, umožňuje testování okruhu a samo-kalibraci, zatímco se vyhýbá měřicím chybám. Nicméně, před měřením je třeba provést opětovné navíjení. Proud a efektivita detekce jsou inverzně související: s rostoucím proudem klesá efektivita, ale roste pracovní náročnost. Proto nemůže polovlná DC složená chyba přesně odrážet individuální odolnost vůči stejnosměrnému proudu.

5. Testovací ověření
5.1 Metoda testu

Simulací krádeže elektrické energie pomocí polovlného DC uživatelům elektrických pecí byly instalovány tři různé měřicí zařízení. Opakované srovnání výsledků výkonu ukázalo, že manganínové měřiče energie mají lepší schopnost odolávat odvětvování stejnosměrného proudu, splňují potřeby stability na místě.

5.2 Testovací data

Adekvátní příprava, vědecké plány a předběžné ověření na místě jsou klíčové. Během 80denních hodnocení se energie opakovaně porovnává a vypočítává s podrobnými záznamy.Výsledky: Počáteční běžné transformátorové měřiče ukazují relativní chybu 40,08 %, po 80 dnech stoupne na 90,58 %. Manganínové měřiče udržují chyby ≤1 % i v náročných podmínkách, zatímco tradiční zařízení překračují 90 % s časem. Zlepšení výzkumu transformátorů s odolností vůči stejnosměrnému proudu je klíčové pro potřeby na místě.

6. Závěr

Nový kompozitní náplavový transformátor pro nízké napětí s odolností vůči stejnosměrnému proudu přesně měří proud a splňuje normy i za zátěže s DC. Na rozdíl od tradičních designů zachovává známé procesy navíjení a lisování pro snadnou propagaci.Transformátory založené na DC-AC standardech nabízejí silnou operabilitu, řeší problémy sledovatelnosti a zvyšují přesnost detekce.