Desafiaments i mesures de contrareacció en la tecnologia de calibratge per a transformadors electrònics de corrent contínua

En els sistemes elèctrics moderns, els transformadors de corrent contínua electrònica juguen un paper crucial. No només es fan servir per a mesures de corrent d'alta precisió, sinó que també serveixen com a eines clau per a l'optimització de la xarxa, la detecció de falles i la gestió energètica. Amb el desenvolupament ràpid de la tecnologia de transmissió de corrent contínua d'alta tensió (HVDC) i la seva implementació global, els requisits de rendiment per als transformadors de corrent contínua han esdevingut cada vegada més estrictes, especialment en termes de precisió de mesura i compatibilitat del sistema. Per tant, la tecnologia de calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica ha esdevingut la clau per assegurar el funcionament segur, estable i eficient dels sistemes elèctrics.

1 Anàlisi de la tecnologia de calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica
1.1 Principis bàsics de calibratge

El calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica es basa en el principi del comparador de corrent contínua amb modulació magnètica i la tecnologia de sincronització digital d'fibra òptica. Dintre d'aquests, el comparador de corrent contínua amb modulació magnètica utilitza la tecnologia de modulació magnètica per mesurar la magnitud de la corrent contínua. Aquesta tecnologia es basa en l'influència del camp magnètic generat per la corrent sobre les propietats magnètiques del nucli de ferro. En aplicacions pràctiques, quan la corrent flueix a través del conductor principal, magnetitza el nucli de ferro circumdant. El nucli de ferro magnetitzat afecta la corrent en una bobina secundària a través dels seus canvis, i aquesta influència es pot utilitzar com base per mesurar la magnitud de la corrent en el conductor principal.

1.2 Composició del sistema de calibratge

El sistema de calibratge per a transformadors de corrent contínua electrònica està compost principalment per una font de corrent contínua, la connexió i configuració sincrònica del dispositiu estàndard i el dispositiu sota prova, i una unitat d'adquisició de dades d'alta precisió. El disseny i la funció de cada part juguen un paper decisiu en la precisió i la fiabilitat del procés de calibratge.

• La font de corrent contínua és responsable de proporcionar una corrent estable i ajustable per al calibratge. El seu disseny ha de complir els requisits d'alta estabilitat i baixa ondulació de sortida per simular el rendiment del transformador de corrent en diferents condicions de corrent. Per aconseguir aquest objectiu, la font de corrent sol adoptar components electrònics de potència de precisió i un sistema de control de retroalimentació tancat per ajustar la sortida en temps real i mantenir l'estabilitat de la corrent. Això permet assegurar la precisió de la corrent de sortida fins i tot quan canvien la càrrega o fluctuen l'abastament d'energia.

• Quan la font de corrent contínua proporciona la corrent bàsica, la connexió correcta i la sincronització del dispositiu estàndard i el dispositiu sota prova són enllaços clau per assegurar la precisió dels resultats de calibratge. El dispositiu estàndard és generalment un instrument d'alta precisió certificat per l'estat, que proporciona un valor de corrent amb una precisió coneguda com a referència; el dispositiu sota prova és el transformador de corrent que s'ha de provar. Durant el procés de calibratge, el dispositiu estàndard i el dispositiu sota prova han de funcionar en sincronització estricta per assegurar que totes les dades de mesura s'obtinguin en les mateixes condicions d'operació.

1.3 Mètodes de calibratge

En el procés de calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica, la selecció dels mètodes de calibratge té un paper decisiu en la precisió i la fiabilitat dels resultats de mesura. El calibratge in situ i el calibratge en laboratori tenen avantatges i desavantatges únics. El mètode de mesura directa digital d'alta precisió proporciona un mitjà de calibratge eficient. Els mètodes de calibratge per a sortides analògiques i digitals es reajusten específicament per adaptar-se a transformadors de corrent de diferents tipus de sortida per adaptar-se a diversos escenaris d'aplicació.

(1) Comparació entre el calibratge in situ i el calibratge en laboratori

Hi ha diferències significatives entre els dos en termes de mètodes i entorns:

• Calibratge in situ: Es duu a terme directament al lloc d'instal·lació del transformador de corrent i pot reflectir l'influència de factors ambientals com la temperatura, l'humitat i la interferència electromagnètica. És adequat per a maquinària gran cuyu lloc d'instal·lació és difícil de moure o necessita la verificació del seu rendiment. Tanmateix, si hi ha molts factors desfavorables in situ i les variables ambientals no es poden controlar efectivament, la precisió del calibratge pot veure's afectada.

• Calibratge en laboratori: L'entorn es pot controlar efectivament, i les condicions de prova es poden regular amb precisió, el que millora la repetibilitat i la precisió del calibratge. Tanmateix, l'entorn de laboratori no pot simular completament l'escenari de treball in situ, i és difícil analitzar de manera exhaustiva l'impacte de l'entorn in situ en el rendiment del dispositiu.

(2) Mètode de mesura directa digital d'alta precisió

Amb l'ajuda d'equips de mesura digital d'alta precisió, la sortida del transformador de corrent es llegeix directament i es compara amb el valor estàndard conegut, així es pot obtenir el resultat de calibratge de manera ràpida i eficient, i es redueix l'error en els passos intermedis.

(3) Mètodes de calibratge per a sortides analògiques i digitals

L'avantatge d'aquest mètode consisteix en considerar plenament les característiques de sortida de diferents tipus de transformadors de corrent:

• Mètode de sortida analògica: S'utilitza un instrument de mesura de corrent d'alta precisió per llegir el valor de sortida, i després es compara amb el valor estàndard per al calibratge, així s'assegura la precisió de la conversió i la mesura del senyal analògic.

• Mètode de sortida digital: En el procés de calibratge, es combinen el programari d'anàlisi i la tecnologia de sincronització per a la transmissió i processament de dades, així s'assegura que la precisió del calibratge compleixi els requisits, i és adequat per a les necessitats de calibratge de transformadors de corrent amb sortida digital.

2 Desafiaments i mesures en l'aplicació de la tecnologia de calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica
2.1 Anti-interferència in situ

Quan s'aplica el calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica in situ, surt una interferència electromagnètica severa. Prové de l'entorn electromagnètic de la xarxa d'alta tensió, incloent-hi la radiació dels cables/maquinària i el soroll generat pel sistema. Aquesta interferència afecta la precisió de la mesura, causant desviacions en les dades de calibratge en sistemes HVDC i fins i tot danificant components. Aporta errors instantanis i problemes de llarga durada de stabilitat i fiabilitat.

Per abordar això, l'optimització de l'estructura de blindatge magnètic és clau. El principi consisteix en utilitzar materials d'alta permeabilitat per construir una capa de blindatge al voltant de les parts sensibles, bloquejant els camps magnètics externs. Al dissenyar, s'avalua l'entorn real (tipus d'interferència, intensitat, freqüència), ja que aquests afecten l'eficàcia del blindatge. Una estructura laminada amb diverses capes de materials de diferents permeabilitats funciona millor. Per exemple, la capa exterior utilitza materials d'alta permeabilitat per absorir la major part dels camps magnètics, i la capa interior utilitza materials d'alta resistivitat per bloquejar els camps residuels. Les dades del disseny de blindatge magnètic optimitzat es troben a la Taula 1.

2.2 Precisió de sincronització digital

En el calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica, la precisió de la sincronització és crítica. Sovint, el calibratge necessita sincronitzar diversos dispositius/font dades en ubicacions disperses. La precisió i fiabilitat de les dades depenen de la sincronització temporal; petites desviacions causen inexactituds, afectant l'eficiència i la seguretat del sistema elèctric. La selecció i optimització de la tecnologia de sincronització, i la comparació entre la sincronització d'fibra òptica i GPS, són vitals.

En la selecció i optimització, el repte és controlar entorns de potència complexos i distribucions geogràfiques amplies per a una sincronització precisa. En entorns d'alta interferència, els mètodes tradicionals fallen. Les solucions inclouen l'introducció del Protocol de Temps Precís IEEE1588 i l'ús de marques de temps precises i comunicació moderna per a la sincronització.

La sincronització d'fibra òptica, amb alta velocitat i anti-interferència, és adequada per a escenaris d'alta precisió (per exemple, centres de dades). No es veu afectada per la interferència electromagnètica, assegurant la purezza del senyal, però té costos d'implementació elevats. La sincronització GPS és econòmica, cobreix àrees extenses i s'ajusta a xarxes disperses. Utilitza senyals satèl·lits per a les marques de temps, però és menys estable en interferències severes. La comparació de la precisió de sincronització en diferents interferències es troba a la Figura 1.

Per abordar aquests reptes, s'ha de seleccionar la tecnologia de sincronització adequada basant-se en l'entorn d'aplicació i les necessitats de calibratge. Prioritzeu la sincronització d'fibra òptica per a escenaris d'alta precisió i baixa EMI. Per a xarxes elèctriques geogràficament disperses, considereu la sincronització GPS i optimiseu la posició del receptor per reduir la interferència del senyal. Combinar ambdós per afegir redundància també augmenta la precisió de la sincronització i la fiabilitat del sistema.

3 Conclusió

En conclusió, a través de la recerca en profunditat de la tecnologia de calibratge dels transformadors de corrent contínua electrònica i les seves aplicacions, no només té una gran importància per a millorar el rendiment i la fiabilitat dels transformadors de corrent, sinó que també és un factor clau per impulsar la innovació tecnològica i el desenvolupament sostenible dels sistemes elèctrics. En el futur, mentre es continua optimitzant la tecnologia de calibratge, també s'ha de prestar atenció al rendiment d'aquestes tecnologies en les aplicacions pràctiques per assegurar que puguin complir amb els requisits d'alta norma dels grills elèctrics moderns.