Исследование низковольтных трансформаторов для противодействия постоянному току и их методов обнаружения

1. Обзор компонентов и проблем

ТА (низковольтный трансформатор тока) и счетчики электроэнергии являются ключевыми компонентами низковольтного учета электроэнергии. Нагрузочный ток таких счетчиков составляет не менее 60А. Счетчики электроэнергии различаются по типу, модели и способности к противодействию постоянному току и подключаются последовательно в устройстве учета. Из-за отсутствия способности к противодействию постоянному току они испытывают ошибки измерения при нагрузках с постоянной составляющей, обычно вызванных нелинейными нагрузками. С увеличением использования оборудования с постоянным током или управляемым с помощью симисторов, особенно в электрифицированных железных дорогах и пластмассовой промышленности, риск наличия постоянной составляющей возрос. Анализ низковольтных трансформаторов тока с защитой от постоянного тока и устройств обнаружения имеет большое значение для решения этой проблемы.

2. Причины неточности ТА, вызванные постоянной составляющей

Широкое распространение постоянной составляющей в низковольтных трансформаторах тока обусловлено влиянием постоянной составляющей на первичной стороне. Теоретически гармоники, создаваемые постоянным током, нарушают передачу измерений, а изменения в токе возбуждения сердечника не вызывают соответствующих изменений магнитного потока, что в конечном итоге приводит к неточности ТА. Использование тестов с полуволновым током (32% постоянной составляющей — это полуволновые токи) приводит к уменьшению магнитной проницаемости после первичной обмотки, что значительно увеличивает ошибки (с отрицательным смещением, приближающимся к насыщению). Смещение вторичной обмотки усиливает изменения формы сигнала. Тесты показывают, что полуволновые токи вызывают большие, геометрически увеличивающиеся ошибки в традиционных трансформаторах; даже малейшие постоянные составляющие могут влиять на низковольтные трансформаторы с защитой от постоянного тока, приводя к ошибкам, превышающим допустимый диапазон.

3. Разработка и исследование низковольтных трансформаторов тока с защитой от постоянного тока

Традиционные низковольтные трансформаторы используют кольцевые магнитопроводы (в основном аморфные ленты, обладающие высокой магнитной проницаемостью, низкими коэффициентами насыщения и нечувствительностью к постоянной составляющей на первичной стороне). Железные аморфные сердечники, хотя и имеют несколько меньшую магнитную проницаемость, широко используются в силовых трансформаторах благодаря низким потерям на железо. Они обладают высокой начальной магнитной восприимчивостью и низкой коэрцитивной силой, что обеспечивает отличную защиту от постоянного тока. Электрические волны от вторичной обмотки могут восстанавливать форму первичного тока. Комбинирование дополнительных магнитных свойств железных аморфных и сверхмикрокристаллических материалов для создания композитных сердечников позволяет улучшить точность измерений традиционных низковольтных трансформаторов с защитой от постоянного тока.

4. Исследование методов обнаружения защиты от постоянного тока ТА

Существующие низковольтные трансформаторы тока с защитой от постоянного тока, как правило, страдают от отсутствия методов обнаружения. Предыдущие стандарты не были стандартизированы и не позволяли оценку по единым правилам и спецификациям. Поэтому важно разработать и оптимизировать методы обнаружения защиты от постоянного тока.

4.1 Сравнение электроэнергии

После использования низковольтного трансформатора тока внутренние характеристики счетчика переменного тока изменятся, и доля четных гармоник также изменится. Для четкой оценки этого необходимо применить линию сравнения полуволнового выпрямления. Перед тестированием экспериментальную линию сравнения полуволнового выпрямления следует адекватно модифицировать в зависимости от实际情况似乎被截断了，但我将继续根据给定的部分完成翻译。如果有更多内容需要翻译，请提供完整信息。

После использования низковольтного трансформатора тока внутренние характеристики счетчика переменного тока изменятся, и доля четных гармоник также изменится. Для четкой оценки этого необходимо применить линию сравнения полуволнового выпрямления. Перед тестированием экспериментальную линию сравнения полуволнового выпрямления следует адекватно модифицировать в зависимости от фактической ситуации, чтобы обеспечить ее соответствие характеристикам защиты от постоянного тока низковольтного трансформатора тока, тем самым повышая точность измерения электроэнергии.

4.2 1/1 самокалибровка

Выбранный для данного теста схематический чертеж основан на данных ГОСТ Р 8.579-2007 "Методика поверки трансформаторов тока", подробности представлены на рисунке 1.

Для оптимизации 1/1 самокалибровки в эксперименте вторичная обмотка перематывается с таким же количеством витков, как и у проверяемого низковольтного трансформатора тока. Это исключает введение погрешностей со стороны эталонных трансформаторов. Схема измеряет полуволновый ток и уточняет погрешности. Примечание: в схеме используется трансформатор тока с соотношением 10/1 для увеличения тока верификатора, поэтому значения измерений должны быть умножены на 10 для точности.

Эксперименты доказывают, что этот метод эффективно обнаруживает защиту от постоянного тока, позволяя проводить тестирование цепи и самокалибровку, избегая ошибок измерений. Однако перед измерением требуется перемотка. Ток и эффективность обнаружения обратно пропорциональны: с увеличением тока эффективность снижается, но возрастает трудоемкость. Таким образом, полуволновая составляющая постоянного тока не может точно отражать индивидуальные характеристики защиты от постоянного тока.

5. Проверка испытаниями
5.1 Метод испытания

Имитируя хищение электроэнергии с использованием полуволнового постоянного тока потребителями электропечей, тест устанавливает три различных устройства учета электроэнергии. Повторные сравнения результатов показывают, что счетчики с медно-никелевым сплавом (манганин) обладают лучшей способностью к противодействию шунтированию постоянного тока, удовлетворяя требованиям стабильности на месте.

5.2 Данные испытаний

Адекватная подготовка, научное планирование и предварительная проверка на месте являются ключевыми. В течение 80-дневных оценок электроэнергия многократно сравнивается и вычисляется, с детальной записью результатов. Результаты: обычные трансформаторные счетчики показывают относительную погрешность 40,08%, которая через 80 дней увеличивается до 90,58%. Счетчики с медно-никелевым сплавом (манганин) сохраняют погрешность ≤1% даже в суровых условиях, в то время как традиционные устройства со временем превышают 90%. Усиление исследований трансформаторов с защитой от постоянного тока является важным для удовлетворения требований на местах.

6. Заключение

Новый композитный низковольтный трансформатор тока с защитой от постоянного тока точно измеряет ток, соответствуя стандартам даже при наличии постоянной составляющей. В отличие от традиционных конструкций, он сохраняет знакомые процессы намотки и заливки, что облегчает его внедрение. Трансформаторы, основанные на стандартах постоянного и переменного тока, предлагают высокую операбельность, решая вопросы прослеживаемости и повышая точность обнаружения.