Ricerca sui trasformatori di corrente a bassa tensione anti-CC e sui loro metodi di rilevamento

1. Panoramica dei componenti e dei problemi

TA (trasformatore di corrente a bassa tensione) e contatori di energia elettrica sono componenti chiave della misurazione dell'energia elettrica a bassa tensione. La corrente di carico di tali contatori non è inferiore a 60A. I contatori di energia variano per tipo, modello e capacità anti-DC, ed sono collegati in serie nel dispositivo di misurazione. A causa della mancanza di capacità anti-DC, subiscono errori di misurazione sotto carichi con componenti DC, solitamente causati da carichi non lineari. Con l'aumento dell'uso di dispositivi a corrente continua o a controllo silicio, specialmente nelle ferrovie elettrificate e nell'industria delle materie plastiche, il rischio di componenti DC è aumentato. L'analisi dei trasformatori di corrente a bassa tensione anti-DC e dei dispositivi di rilevamento è di grande importanza per affrontare questo problema.

2. Cause dell'inesattezza del TA dovuta ai componenti DC

La diffusa polarizzazione DC nei trasformatori di corrente a bassa tensione deriva dall'influenza dei componenti DC sul lato primario. Teoricamente, gli armonici generati dalla corrente continua disturbano la trasmissione di misurazione, e le variazioni della corrente di eccitazione del nucleo di ferro non producono cambiamenti corrispondenti del flusso magnetico, portando infine all'inesattezza del TA. Utilizzando test di corrente a mezza onda (il 32% dei componenti DC sono correnti a mezza onda), la permeabilità magnetica diminuisce dopo l'avvolgimento primario, aumentando significativamente gli errori (con uno spostamento negativo, avvicinandosi alla saturazione). Lo spostamento dell'avvolgimento secondario amplifica i cambiamenti di forma d'onda. I test mostrano che le correnti a mezza onda causano grandi errori geometricamente crescenti nei trasformatori tradizionali; anche piccoli componenti DC possono influire sui trasformatori a bassa tensione anti-DC, causando errori superiori al range ammesso.

3. Ricerca e sviluppo di trasformatori di corrente a bassa tensione anti-DC

I trasformatori a bassa tensione tradizionali utilizzano nuclei magnetici anulari (principalmente nastri amorfi, con alta permeabilità magnetica, coefficienti di saturazione bassi e non influenzati dai componenti DC del lato primario). I nuclei basati su ferro amorfo, sebbene leggermente inferiori in permeabilità magnetica, sono ampiamente utilizzati nei trasformatori di potenza a causa della bassa perdita di ferro. Hanno una forte suscettività magnetica iniziale e una coercitività bassa, con eccellente capacità anti-DC. Le onde elettriche provenienti dall'avvolgimento secondario possono ripristinare la forma d'onda della corrente primaria. Combinando le proprietà magnetiche complementari dei materiali basati su ferro amorfo e ultra-microcristallini per formare nuclei compositi, si può migliorare l'accuratezza di misurazione dei trasformatori a bassa tensione anti-DC tradizionali.

4. Ricerche sui metodi di rilevamento delle prestazioni anti-DC del TA

I trasformatori di corrente a bassa tensione anti-DC esistenti presentano generalmente il problema della mancanza di metodi di rilevamento. Gli standard precedenti non sono standardizzati e non possono essere giudicati secondo regole e specifiche unificate. Pertanto, è urgente fare un buon lavoro sui metodi di rilevamento delle prestazioni anti-DC e ottimizzarli.

4.1 Confronto dell'energia elettrica

Dopo l'uso del trasformatore di corrente a bassa tensione, le prestazioni interne del contatore di energia AC cambieranno, e la proporzione degli armonici pari cambierà. Per condurre una valutazione chiara, deve essere applicata una linea di test di confronto dell'energia elettrica a rettificazione a mezza onda. Prima del test, la linea sperimentale di confronto dell'energia elettrica a rettificazione a mezza onda dovrebbe essere adeguatamente migliorata in base alla situazione effettiva per assicurare che sia coerente con le prestazioni anti-DC del trasformatore di corrente a bassa tensione, migliorando così l'accuratezza del rilevamento dell'energia elettrica.

4.2 Autocalibrazione 1/1

Il diagramma di circuito scelto per questo test si basa sui dati della norma JJ G1021-2007 "Regolamento per la verifica dei trasformatori di potenza", e i dettagli sono mostrati nella Figura 1.

Per ottimizzare l'autocalibrazione 1/1, l'esperimento riavvolge l'avvolgimento secondario con lo stesso numero di spire del trasformatore di corrente a bassa tensione in prova. Questo evita l'introduzione di errori da parte dei trasformatori standard. Il circuito misura la corrente a mezza onda e chiarisce gli errori. Nota: il trasformatore di corrente nel circuito utilizza un rapporto 10/1 per aumentare la corrente del verificatore, quindi i valori di prova devono essere moltiplicati per 10 per l'accuratezza.

Gli esperimenti dimostrano che questo metodo rileva efficacemente le prestazioni anti-DC, consentendo la verifica del circuito e l'autocalibrazione mentre evita errori di misurazione. Tuttavia, è necessario riavvolgere prima della misurazione. Corrente e efficienza di rilevamento sono inversamente correlate: man mano che la corrente aumenta, l'efficienza diminuisce ma l'intensità del lavoro aumenta. Pertanto, l'errore composto a mezza onda DC non può riflettere accuratamente le prestazioni individuali anti-DC.

5. Verifica sperimentale
5.1 Metodo di prova

Simulando il furto di energia elettrica a mezza onda DC da parte di utenti di forni elettrici, il test installa tre diversi dispositivi di misurazione dell'energia. Ripetuti confronti dei risultati delle prestazioni mostrano che i contatori di energia a resistenza di manganesio hanno una superiore capacità di deviazione anti-DC, soddisfacendo le esigenze di stabilità in loco.

5.2 Dati di prova

Un'adeguata preparazione, piani scientifici e la verifica in loco pre-test sono fondamentali. Durante le valutazioni di 80 giorni, l'energia viene ripetutamente confrontata/calcolata, con registrazioni dettagliate.Risultati: i contatori iniziali con trasformatori ordinari mostrano un errore relativo del 40,08%, che aumenta al 90,58% dopo 80 giorni. I contatori a manganesio mantengono errori ≤1% anche in condizioni difficili, mentre i dispositivi tradizionali superano il 90% nel tempo. Migliorare la ricerca sui trasformatori anti-DC è vitale per le esigenze in loco.

6. Conclusione

Il nuovo trasformatore di corrente a bassa tensione anti-DC a nucleo composito misura con precisione la corrente, rispettando gli standard anche sotto carichi DC. A differenza dei disegni tradizionali, mantiene processi di avvolgimento e colata familiari, facilitandone la promozione.I trasformatori basati su standard DC-AC offrono una forte operatività, risolvendo problemi di tracciabilità e migliorando l'accuratezza del rilevamento.