پژوهش درباره ترانسفورماتورهای ضد جریان مستقیم فشار پائین و روش های تشخیص آنها

1. جزئیات و مسائل اجزا

TA (ترانسفورماتور جریان کم فشار) و دستگاه‌های اندازه‌گیری انرژی برق اجزای کلیدی سیستم‌های اندازه‌گیری انرژی الکتریکی کم فشار هستند. جریان بار این دستگاه‌ها حداقل 60A است. دستگاه‌های اندازه‌گیری انرژی برق از نظر نوع، مدل و عملکرد ضد جریان مستقیم متفاوت هستند و به صورت سری در دستگاه اندازه‌گیری متصل می‌شوند. به دلیل فقدان قابلیت ضد جریان مستقیم، آنها تحت بارهای شامل مؤلفه‌های جریان مستقیم خطاهای اندازه‌گیری تجربه می‌کنند که معمولاً توسط بارهای غیرخطی ایجاد می‌شود. با افزایش استفاده از تجهیزات مستقیم یا کنترل شده با سیلیکون، به ویژه در راه‌آهن‌های برقی و صنعت پلاستیک، خطر مؤلفه‌های جریان مستقیم افزایش یافته است. تحلیل ترانسفورماتورهای جریان کم فشار ضد جریان مستقیم و دستگاه‌های تشخیص برای حل این مشکل بسیار مهم است.

2. دلایل عدم دقت TA ناشی از مؤلفه‌های جریان مستقیم

گسترش گسترده تعیض جریان مستقیم در ترانسفورماتورهای جریان کم فشار از تأثیر مؤلفه‌های جریان مستقیم طرف اول ناشی می‌شود. از نظر نظری، هارمونیک‌های تولید شده توسط جریان مستقیم انتقال اندازه‌گیری را perturb می‌کنند و تغییرات در جریان تحریک هسته آهنی نمی‌تواند تغییرات متناسب در شار مغناطیسی را تولید کند که در نهایت منجر به عدم دقت TA می‌شود. با استفاده از تست‌های جریان نیمه موج (32٪ از مؤلفه‌های جریان مستقیم جریان‌های نیمه موج هستند)، تراوایی مغناطیسی بعد از پیچش اولیه کاهش می‌یابد و خطاهای بزرگ (با تغییر منفی، به سمت اشباع) افزایش می‌یابد. جابجایی پیچش ثانویه تغییرات موج را تقویت می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که جریان‌های نیمه موج خطاهای بزرگ و افزایش هندسی در ترانسفورماتورهای سنتی ایجاد می‌کنند؛ حتی مؤلفه‌های جریان مستقیم کوچک نیز می‌توانند ترانسفورماتورهای جریان کم فشار ضد جریان مستقیم را تحت تأثیر قرار دهند و خطاهایی بیش از حد مجاز ایجاد کنند.

3. تحقیق و توسعه ترانسفورماتورهای جریان کم فشار ضد جریان مستقیم

ترانسفورماتورهای جریان کم فشار سنتی از هسته‌های مغناطیسی حلقه‌ای (به طور اصلی نوارهای بی‌شکل با تراوایی مغناطیسی بالا، ضریب اشباع کم و تحت تأثیر مؤلفه‌های جریان مستقیم طرف اول نیستند) استفاده می‌کنند. هسته‌های بی‌شکل مبتنی بر آهن، اگرچه تراوایی مغناطیسی کمتری دارند، به دلیل تلفات آهن کم، در ترانسفورماتورهای قدرت گسترده استفاده می‌شوند. آنها حساسیت مغناطیسی اولیه قوی و کواتانتیتی کمی دارند و قابلیت ضد جریان مستقیم عالی دارند. موج‌های الکتریکی از پیچش ثانویه می‌توانند موج جریان اولیه را بازیابی کنند. با ترکیب ویژگی‌های مغناطیسی مکمل مواد بی‌شکل مبتنی بر آهن و مواد فوق-میکروبلوری برای تشکیل هسته‌های مرکب، دقت اندازه‌گیری ترانسفورماتورهای جریان کم فشار ضد جریان مستقیم سنتی می‌تواند بهبود یابد.

4. تحقیقات روی روش‌های تشخیص عملکرد ضد جریان مستقیم TA

ترانسفورماتورهای جریان کم فشار ضد جریان مستقیم موجود عموماً از مشکل فقدان روش‌های تشخیصی رنج می‌برند. استانداردهای قبلی استانداردسازی نشده‌اند و نمی‌توان آنها را بر اساس قوانین و مشخصات یکپارچه قضاوت کرد. بنابراین، چگونگی انجام یک کار خوب در روش تشخیص عملکرد ضد جریان مستقیم و بهینه‌سازی آن ضروری است.

4.1 مقایسه انرژی الکتریکی

پس از استفاده از ترانسفورماتور جریان کم فشار، عملکرد داخلی دستگاه اندازه‌گیری انرژی AC تغییر می‌کند و نسبت هارمونیک‌های زوج نیز تغییر می‌کند. برای ارزیابی واضح آن، باید یک خط آزمایش مقایسه انرژی الکتریکی نیمه موج استفاده شود. قبل از آزمایش، باید خط آزمایش مقایسه انرژی الکتریکی نیمه موج بر اساس شرایط واقعی به صورت مناسب بهبود یابد تا با عملکرد ضد جریان مستقیم ترانسفورماتور جریان کم فشار سازگار شود و دقت تشخیص انرژی الکتریکی را افزایش دهد.

4.2 خودکالیبراسیون 1/1

مدار انتخاب شده برای این آزمایش بر اساس داده‌های JJ G1021-2007 "مقررات بررسی ترانسفورماتورهای قدرت" است و جزئیات آن در شکل 1 نشان داده شده است.

برای بهینه‌سازی خودکالیبراسیون 1/1، آزمایش پیچش ثانویه را با تعداد دورهای مشابه ترانسفورماتور جریان کم فشار آزمایشی بازپیچی می‌کند. این امر موجب می‌شود تا خطاهای معرفی شده از ترانسفورماتورهای استاندارد اجتناب شود. مدار جریان نیمه موج را اندازه‌گیری می‌کند و خطاهای موجود را مشخص می‌کند. توجه داشته باشید که ترانسفورماتور جریان در مدار از نسبت 10/1 استفاده می‌کند تا جریان تأیید کننده را افزایش دهد، بنابراین مقادیر آزمایشی باید برای دقت در 10 ضرب شوند.

آزمایش‌ها اثبات می‌کنند که این روش به طور مؤثری عملکرد ضد جریان مستقیم را تشخیص می‌دهد و امکان آزمایش مدار و خودکالیبراسیون را فراهم می‌کند و در عین حال از خطاهای اندازه‌گیری جلوگیری می‌کند. با این حال، قبل از اندازه‌گیری بازپیچی لازم است. جریان و کارایی تشخیص با یکدیگر معکوس هستند: همانطور که جریان افزایش می‌یابد، کارایی کاهش می‌یابد اما شدت کار افزایش می‌یابد. بنابراین، خطای مرکب جریان مستقیم نیمه موج نمی‌تواند به طور دقیق عملکرد ضد جریان مستقیم جداگانه را نشان دهد.

5. تأیید آزمایشی
5.1 روش آزمایش

با شبیه‌سازی دزدی برق با جریان مستقیم نیمه موج توسط کاربران فورن الکتریکی، آزمایش سه دستگاه اندازه‌گیری انرژی متفاوت نصب می‌کند. مقایسه‌های مکرر نتایج عملکرد نشان می‌دهد که دستگاه‌های اندازه‌گیری انرژی مقاومتی مانگانین دارای توانایی ضد جریان مستقیم عالی هستند و نیازهای پایداری میدانی را برآورده می‌کنند.

5.2 داده‌های آزمایشی

آماده‌سازی کافی، برنامه‌های علمی و تأیید میدانی قبل از آزمایش کلیدی هستند. در طول 80 روز ارزیابی، انرژی به طور مکرر مقایسه و محاسبه می‌شود و ضبط‌های دقیق انجام می‌شود. نتایج: در ابتدا، دستگاه‌های ترانسفورماتور معمولی خطای نسبی 40.08% را نشان می‌دهند که پس از 80 روز به 90.58% افزایش می‌یابد. دستگاه‌های مانگانین حتی در شرایط سخت خطاهای کمتر از 1% را حفظ می‌کنند، در حالی که دستگاه‌های سنتی با گذشت زمان بیش از 90% خطای نسبی دارند. تحقیق برای بهبود ترانسفورماتورهای ضد جریان مستقیم برای نیازهای میدانی ضروری است.

6. نتیجه‌گیری

ترانسفورماتور جریان کم فشار ضد جریان مستقیم با هسته مرکب جدید قادر به اندازه‌گیری دقیق جریان است و حتی تحت بارهای جریان مستقیم نیز استانداردها را برآورده می‌کند. متفاوت از طراحی‌های سنتی، این ترانسفورماتور فرآیندهای پیچش و ریخته‌گری آشنای خود را حفظ می‌کند تا ترویج آسان‌تر شود. ترانسفورماتورهای مبتنی بر استاندارد DC-AC توانایی عملکرد قوی دارند و مشکلات قابلیت ردیابی را حل می‌کنند و دقت تشخیص را افزایش می‌دهند.