Nghiên cứu về biến áp chống dòng DC điện áp thấp và các phương pháp phát hiện của chúng

1. Tổng quan về các thành phần và vấn đề

TA (biến áp dòng điện hạ thế) và đồng hồ đo điện năng là các thành phần chính của hệ thống đo đếm điện năng hạ thế. Dòng tải của các đồng hồ này không nhỏ hơn 60A. Đồng hồ đo điện năng có nhiều loại, mẫu mã và khả năng chống DC khác nhau, và được kết nối theo chuỗi trong thiết bị đo đếm. Do thiếu khả năng chống DC, chúng gặp phải lỗi đo đếm dưới tải có thành phần DC, thường do tải phi tuyến gây ra. Với việc sử dụng ngày càng tăng của thiết bị DC hoặc điều khiển bằng silicon, đặc biệt là trong ngành đường sắt điện hóa và công nghiệp nhựa, rủi ro từ thành phần DC đã tăng lên. Phân tích biến áp dòng điện hạ thế chống DC và thiết bị phát hiện có ý nghĩa lớn trong việc giải quyết vấn đề này.

2. Nguyên nhân gây sai số TA do thành phần DC

Sự phổ biến của nhiễu DC trong biến áp dòng điện hạ thế xuất phát từ ảnh hưởng của thành phần DC bên phía sơ cấp. Theo lý thuyết, sóng hài do DC tạo ra làm gián đoạn truyền tải đo đếm, và sự thay đổi dòng kích từ lõi sắt không tạo ra sự thay đổi tương ứng của thông lượng từ, cuối cùng dẫn đến sai số TA. Sử dụng thử nghiệm dòng nửa sóng (32% thành phần DC là dòng nửa sóng), tính thẩm thấu từ giảm sau cuộn dây sơ cấp, làm tăng đáng kể sai số (với sự dịch chuyển âm, gần bão hòa). Sự dịch chuyển của cuộn dây thứ cấp làm tăng sự thay đổi hình dạng sóng. Các thử nghiệm cho thấy dòng nửa sóng gây ra sai số lớn, tăng theo cấp số nhân trong các biến áp truyền thống; thậm chí các thành phần DC nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến biến áp dòng điện hạ thế chống DC, dẫn đến sai số vượt quá giới hạn cho phép.

3. Nghiên cứu và phát triển biến áp dòng điện hạ thế chống DC

Các biến áp dòng điện hạ thế truyền thống sử dụng lõi từ hình vòng (chủ yếu là dải vô định hình, có tính thẩm thấu từ cao, hệ số bão hòa thấp và không bị ảnh hưởng bởi thành phần DC bên phía sơ cấp). Lõi từ vô định hình dựa trên sắt, mặc dù có tính thẩm thấu từ thấp hơn một chút, nhưng được sử dụng rộng rãi trong các biến áp điện lực do tổn thất sắt thấp. Chúng có tính thẩm thấu từ ban đầu mạnh và độ co ép thấp, với khả năng chống DC xuất sắc. Sóng điện từ cuộn dây thứ cấp có thể khôi phục hình dạng sóng dòng sơ cấp. Bằng cách kết hợp các tính chất từ tính bổ sung của vật liệu vô định hình dựa trên sắt và siêu vi tinh thể để tạo thành lõi composite, độ chính xác đo đếm của biến áp dòng điện hạ thế chống DC truyền thống có thể được cải thiện.

4. Nghiên cứu phương pháp phát hiện hiệu suất chống DC của TA

Các biến áp dòng điện hạ thế chống DC hiện tại thường gặp vấn đề thiếu phương pháp phát hiện. Các tiêu chuẩn trước đây không được chuẩn hóa và không thể đánh giá theo các quy tắc và tiêu chuẩn thống nhất. Do đó, việc làm tốt phương pháp phát hiện hiệu suất chống DC và tối ưu hóa nó là rất cấp bách.

4.1 So sánh điện năng

Sau khi sử dụng biến áp dòng điện hạ thế, hiệu suất nội bộ của đồng hồ đo điện năng AC sẽ thay đổi, và tỷ lệ sóng hài chẵn cũng sẽ thay đổi. Để thực hiện đánh giá rõ ràng, phải áp dụng thử nghiệm so sánh điện năng bằng dòng nửa sóng. Trước khi thử nghiệm, nên cải tiến thích hợp đường thử nghiệm so sánh điện năng bằng dòng nửa sóng dựa trên tình hình thực tế để đảm bảo phù hợp với hiệu suất chống DC của biến áp dòng điện hạ thế, từ đó cải thiện độ chính xác của việc phát hiện điện năng.

4.2 Tự hiệu chuẩn 1/1

Sơ đồ mạch được chọn cho thử nghiệm này dựa trên dữ liệu của JJ G1021-2007 "Quy định Kiểm định Biến áp Đo", và chi tiết được thể hiện trong Hình 1.

Để tối ưu hóa tự hiệu chuẩn 1/1, thí nghiệm quấn lại cuộn dây thứ cấp với số vòng tương đương với biến áp dòng điện hạ thế thử nghiệm. Điều này tránh được sự giới thiệu lỗi từ các biến áp chuẩn. Mạch đo dòng nửa sóng và làm rõ lỗi. Lưu ý: biến áp dòng trong mạch sử dụng tỷ lệ 10/1 để tăng cường dòng điện của thiết bị kiểm tra, vì vậy các giá trị thử nghiệm phải nhân 10 để đảm bảo độ chính xác.

Các thí nghiệm chứng minh phương pháp này hiệu quả trong việc phát hiện hiệu suất chống DC, cho phép thử nghiệm mạch và tự hiệu chuẩn mà không gây lỗi đo. Tuy nhiên, cần quấn lại trước khi đo. Dòng điện và hiệu suất phát hiện có mối quan hệ ngược chiều: khi dòng điện tăng, hiệu suất giảm mạnh nhưng cường độ lao động tăng. Do đó, lỗi tổng hợp nửa sóng DC không thể phản ánh chính xác hiệu suất chống DC riêng lẻ.

5. Xác minh thử nghiệm
5.1 Phương pháp thử nghiệm

Mô phỏng hành vi trộm cắp điện bằng nửa sóng DC của người dùng lò điện, thử nghiệm lắp đặt ba thiết bị đo đếm điện năng khác nhau. Việc so sánh lặp đi lặp lại kết quả hiệu suất cho thấy đồng hồ đo điện năng manganin có khả năng chống phân lưu DC tốt hơn, đáp ứng nhu cầu ổn định tại hiện trường.

5.2 Dữ liệu thử nghiệm

Chuẩn bị đầy đủ, kế hoạch khoa học và xác minh tại hiện trường trước khi thử nghiệm là những yếu tố then chốt. Trong quá trình đánh giá 80 ngày, điện năng được so sánh/tính toán lặp đi lặp lại, với các ghi chép chi tiết.Kết quả: Đồng hồ biến áp thông thường ban đầu cho thấy sai số tương đối là 40,08%, tăng lên 90,58% sau 80 ngày. Đồng hồ manganin giữ sai số ≤1% ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt, trong khi các thiết bị truyền thống vượt quá 90% theo thời gian. Nâng cao nghiên cứu biến áp chống DC là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu tại hiện trường.

6. Kết luận

Biến áp dòng điện hạ thế chống DC lõi composite mới đo dòng chính xác, đáp ứng tiêu chuẩn ngay cả dưới tải DC. Khác với thiết kế truyền thống, nó giữ nguyên quy trình quấn và đổ khuôn quen thuộc, dễ dàng quảng bá.Các biến áp dựa trên tiêu chuẩn DC-AC có khả năng vận hành mạnh mẽ, giải quyết vấn đề truy xuất và nâng cao độ chính xác phát hiện.