پژوهش درباره ترانسفورماتورهای جریان ضد جریان مستقیم فشار کم و روشهای آنها
1. مروری بر اجزا و مشکلات
TA (ترانسفورماتور جریان کمولتاژ) و دستگاههای اندازهگیری انرژی الکتریکی اجزای کلیدی سیستمهای اندازهگیری انرژی الکتریکی کمولتاژ هستند. جریان بار این دستگاهها حداقل ۶۰ آمپر است. دستگاههای اندازهگیری انرژی الکتریکی در نوع، مدل و قابلیت مقاومت در برابر جریان مستقیم متفاوت هستند و به صورت سری در دستگاه اندازهگیری متصل میشوند. به دلیل نداشتن قابلیت مقاومت در برابر جریان مستقیم، تحت بارهای شامل مؤلفههای DC، معمولاً ناشی از بارهای غیرخطی، خطاهای اندازهگیری رخ میدهند. با افزایش استفاده از تجهیزات DC یا کنترل شده با سیلیکون، به خصوص در راهآهنهای برقی و صنعت پلاستیک، خطر مؤلفههای DC افزایش یافته است. تحلیل ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC و دستگاههای تشخیصی برای حل این مشکل اهمیت زیادی دارد.
2. دلایل عدم دقت TA ناشی از مؤلفههای DC
پراکندگی گسترده DC در ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ ناشی از تأثیر مؤلفههای DC در سمت اولیه است. نظریاً، هارمونیکهای تولید شده توسط DC موجب اختلال در انتقال اندازهگیری میشود و تغییرات در جریان تحریک هسته فولادی نمیتواند تغییرات مغناطیسی متناسب را ایجاد کند، که در نهایت منجر به عدم دقت TA میشود. با استفاده از آزمایشهای جریان نیم موج (۳۲٪ از مؤلفههای DC جریانهای نیم موج هستند)، نفوذپذیری مغناطیسی بعد از سیمپیچ اولیه کاهش مییابد و خطاهای موجود به طور قابل توجهی افزایش مییابند (با انتقال منفی، به سمت اشباع). جابجایی سیمپیچ ثانویه تغییرات موج را تقویت میکند. آزمایشها نشان میدهند که جریانهای نیم موج خطاهای بزرگ و افزایش هندسی را در ترانسفورماتورهای سنتی ایجاد میکنند؛ حتی مؤلفههای DC کوچک نیز میتوانند ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC را تحت تأثیر قرار دهند و خطاهایی بیش از حد مجاز ایجاد کنند.
3. تحقیق و توسعه ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC
ترانسفورماتورهای کمولتاژ سنتی از هستههای مغناطیسی حلقهای (به طور اصلی نوارهای بدون ساختار بلوری با نفوذپذیری مغناطیسی بالا، ضریب اشباع کم و ناپذیری از مؤلفههای DC سمت اولیه) استفاده میکنند. هستههای بدون ساختار بلوری بر پایه فولاد، با وجود نفوذپذیری مغناطیسی کمتر، به دلیل کمبرد فولادی در ترانسفورماتورهای قدرت گسترده استفاده میشوند. آنها دارای حساسیت مغناطیسی اولیه قوی و کمبرد مجبوری کم هستند و قابلیت مقاومت در برابر DC عالی دارند. موجهای الکتریکی از سیمپیچ ثانویه میتوانند موج جریان اولیه را بازیابی کنند. با ترکیب خواص مغناطیسی مکمل هستههای بدون ساختار بلوری بر پایه فولاد و مواد ابرمیکروبلوری برای تشکیل هستههای مرکب، دقت اندازهگیری ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC سنتی میتواند بهبود یابد.
4. تحقیق در روشهای تشخیص عملکرد مقاوم در برابر DC ترانسفورماتورهای جریان
ترانسفورماتورهای جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC موجود عموماً دارای مشکل عدم وجود روشهای تشخیصی هستند. استانداردهای قبلی استانداردسازی نشده و نمیتوان بر اساس قوانین و مشخصات یکپارچه آنها را داوری کرد. بنابراین، چگونگی انجام کار خوب در روشهای تشخیص عملکرد مقاوم در برابر DC و بهینهسازی آن امری فوری است.
4.1 مقایسه انرژی الکتریکی
بعد از استفاده از ترانسفورماتور جریان کمولتاژ، عملکرد داخلی دستگاه اندازهگیری انرژی AC تغییر میکند و نسبت هارمونیکهای زوج نیز تغییر میکند. برای انجام ارزیابی واضح از آن، باید خط آزمایش مقایسه انرژی الکتریکی نیم موج استفاده شود. قبل از آزمون، باید خط آزمایش مقایسه انرژی الکتریکی نیم موج بر اساس شرایط واقعی به طور مناسب بهبود یابد تا با عملکرد مقاوم در برابر DC ترانسفورماتور جریان کمولتاژ سازگار باشد و بدین ترتیب دقت تشخیص انرژی الکتریکی افزایش یابد.
4.2 خودکالیبراسیون ۱/۱
مدار انتخاب شده برای این آزمون بر اساس دادههای JJ G1021-2007 "مقررات تأیید ترانسفورماتورهای قدرت" است و جزئیات آن در شکل ۱ نشان داده شده است.
برای بهینهسازی خودکالیبراسیون ۱/۱، آزمایش سیمپیچ ثانویه را با تعداد دورهای مشابه ترانسفورماتور جریان کمولتاژ آزمایشی بازپیچی میکند. این کار موجب میشود که خطاهای ناشی از ترانسفورماتورهای استاندارد مورد استفاده حذف شوند. مدار جریان نیم موج را اندازهگیری میکند و خطاهای موجود را مشخص میکند. توجه داشته باشید که ترانسفورماتور جریان در مدار از نسبت ۱۰/۱ استفاده میکند تا جریان تأییدکننده را افزایش دهد، بنابراین مقادیر آزمون باید برای دقت ضربدر ۱۰ شوند.
آزمایشها نشان میدهند که این روش به طور موثر عملکرد مقاوم در برابر DC را تشخیص میدهد و امکان آزمون مدار و خودکالیبراسیون را فراهم میکند و در عین حال خطاهای اندازهگیری را میطلبد. با این حال، قبل از اندازهگیری بازپیچی لازم است. جریان و کارایی تشخیص رابطه معکوس دارند: با افزایش جریان، کارایی به طور قابل توجهی کاهش مییابد اما شدت کاری افزایش مییابد. بنابراین، خطای ترکیبی DC نیم موج نمیتواند به طور دقیق عملکرد مقاوم در برابر DC را منعکس کند.
5. تأیید آزمون
5.1 روش آزمون
با شبیهسازی دزدی برق نیم موج DC توسط کاربران فرن آهنی، آزمون سه دستگاه متفاوت اندازهگیری انرژی را نصب میکند. مقایسههای مکرر نتایج عملکرد نشان میدهد که دستگاههای اندازهگیری انرژی مقاوم در برابر DC با مقاومت منگانین دارای توانایی شکست DC بهتری هستند و نیازهای پایداری میدانی را برآورده میکنند.
5.2 دادههای آزمون
آمادگی کافی، برنامههای علمی و تأیید میدانی قبل از آزمون کلیدی هستند. در طول ۸۰ روز ارزیابی، انرژی مکرراً مقایسه و محاسبه میشود و ثبتهای دقیق انجام میشود.نتایج: دستگاههای اندازهگیری انرژی معمولی اولیه خطای نسبی ۴۰.۰۸٪ را نشان میدهند که پس از ۸۰ روز به ۹۰.۵۸٪ افزایش مییابد. دستگاههای اندازهگیری انرژی با مقاومت منگانین حتی در شرایط سخت خطاهای کمتر از ۱٪ را حفظ میکنند، در حالی که دستگاههای سنتی با گذر زمان بیش از ۹۰٪ خطای نسبی دارند. تحقیقات بیشتر در زمینه ترانسفورماتورهای مقاوم در برابر DC برای نیازهای میدانی ضروری است.
6. نتیجهگیری
ترانسفورماتور جریان کمولتاژ مقاوم در برابر DC با هسته مرکب جدید قادر به اندازهگیری دقیق جریان است و حتی تحت بارهای DC نیز استانداردها را برآورده میکند. متفاوت از طراحیهای سنتی، این ترانسفورماتور فرآیندهای پیچش و ریختهگری آشنای خود را حفظ میکند که موجب آسانی ترویج آن میشود.ترانسفورماتورهای بر پایه استاندارد DC-AC توانایی عملکرد قوی دارند، مشکل قابلیت ردیابی را حل میکنند و دقت تشخیص را افزایش میدهند.
