Défis technologiques de l'étalonnage et mesures correctives pour les transformateurs de courant électroniques en courant continu

Dans les systèmes électriques modernes, les transformateurs de courant électroniques en courant continu jouent un rôle crucial. Ils sont non seulement utilisés pour la mesure de courant à haute précision, mais servent également d'outils clés pour l'optimisation du réseau, la détection des pannes et la gestion de l'énergie. Avec le développement rapide de la technologie de transmission en courant continu à haute tension (HVDC) et son déploiement généralisé dans le monde, les exigences de performance pour les transformateurs de courant en courant continu sont devenues de plus en plus strictes, en particulier en termes de précision de mesure et de compatibilité système. Par conséquent, la technologie d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu est devenue la clé pour assurer le fonctionnement sûr, stable et efficace des systèmes électriques.

1 Analyse de la technologie d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu
1.1 Principes de base de l'étalonnage

L'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu repose sur le principe du comparateur de courant continu à modulation magnétique et de la technologie de synchronisation numérique par fibre optique. Parmi eux, le comparateur de courant continu à modulation magnétique utilise la technologie de modulation magnétique pour mesurer l'intensité du courant continu. Cette technologie s'appuie sur l'influence du champ magnétique généré par le courant sur les propriétés magnétiques du noyau de fer. Dans les applications pratiques, lorsque le courant circule dans le conducteur principal, il magnétise le noyau de fer environnant. Le noyau de fer magnétisé affecte le courant dans une bobine secondaire par ses changements, et cette influence peut être utilisée comme base pour mesurer l'intensité du courant dans le conducteur principal.

1.2 Composition du système d'étalonnage

Le système d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu est principalement composé d'une source de courant continu, de la connexion et de la configuration synchrone de l'appareil standard et de l'appareil à tester, et d'une unité d'acquisition de données de haute précision. La conception et la fonction de chaque partie jouent un rôle décisif dans la précision et la fiabilité du processus d'étalonnage.

• La source de courant continu est responsable de fournir un courant stable et ajustable pour l'étalonnage. Sa conception doit répondre aux exigences de stabilité élevée et de sortie à faible ondulation pour simuler les performances du transformateur de courant dans différentes conditions de courant. Pour atteindre cet objectif, la source de courant adopte généralement des composants électroniques de puissance de précision et un système de contrôle en boucle fermée pour ajuster la sortie en temps réel et maintenir la stabilité du courant. Même lorsque la charge change ou que l'alimentation fluctue, elle peut garantir la précision du courant de sortie.

• Lorsque la source de courant continu fournit le courant de base, la connexion correcte et la synchronisation de l'appareil standard et de l'appareil à tester sont des maillons clés pour assurer la précision des résultats d'étalonnage. L'appareil standard est généralement un instrument de haute précision certifié par l'État, fournissant une valeur de courant avec une précision connue comme référence ; l'appareil à tester est le transformateur de courant à tester. Pendant le processus d'étalonnage, l'appareil standard et l'appareil à tester doivent être opérés en stricte synchronisation pour s'assurer que toutes les données de mesure sont obtenues dans les mêmes conditions de fonctionnement.

1.3 Méthodes d'étalonnage

Dans le processus d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu, le choix des méthodes d'étalonnage joue un rôle décisif dans la précision et la fiabilité des résultats de mesure. L'étalonnage sur site et en laboratoire ont chacun des avantages et des inconvénients uniques. La méthode de mesure directe numérique de haute précision offre un moyen d'étalonnage efficace. Les méthodes d'étalonnage pour les sorties analogiques et numériques sont spécifiquement adaptées aux transformateurs de courant de différents types de sortie pour s'adapter à divers scénarios d'application.

(1) Comparaison entre l'étalonnage sur site et en laboratoire

Il existe des différences significatives entre les deux en termes de méthodes et d'environnements :

• Étalonnage sur site : Il est effectué directement au lieu d'installation du transformateur de courant et peut refléter l'influence des facteurs environnementaux tels que la température, l'humidité et les interférences électromagnétiques. Il est adapté aux équipements volumineux dont le lieu d'installation est difficile à déplacer ou dont les performances doivent être vérifiées. Cependant, s'il y a de nombreux facteurs défavorables sur site et que les variables environnementales ne peuvent pas être contrôlées efficacement, la précision de l'étalonnage risque d'être affectée.

• Étalonnage en laboratoire : L'environnement peut être efficacement contrôlé, et les conditions de test peuvent être régulées de manière précise, ce qui améliore la reproductibilité et la précision de l'étalonnage. Cependant, l'environnement de laboratoire ne peut pas complètement simuler le scénario de travail sur site, et il est difficile d'analyser de manière exhaustive l'impact de l'environnement sur site sur les performances de l'équipement.

(2) Méthode de mesure directe numérique de haute précision

Avec l'aide d'équipements de mesure numériques de haute précision, la sortie du transformateur de courant est lue directement et comparée à la valeur standard connue, permettant d'obtenir rapidement et efficacement le résultat d'étalonnage, tout en réduisant les erreurs dans les maillons intermédiaires.

(3) Méthodes d'étalonnage pour les sorties analogiques et numériques

L'avantage de cette méthode réside dans la prise en compte complète des caractéristiques de sortie des différents types de transformateurs de courant :

• Méthode de sortie analogique : Un instrument de mesure de courant de haute précision est utilisé pour lire la valeur de sortie, puis elle est comparée à la valeur standard pour l'étalonnage, afin de garantir la précision de la conversion et de la mesure du signal analogique.

• Méthode de sortie numérique : Dans le processus d'étalonnage, le logiciel d'analyse et la technologie de synchronisation sont combinés pour la transmission et le traitement des données, afin de garantir que la précision de l'étalonnage répond aux exigences, ce qui est adapté aux besoins d'étalonnage des transformateurs de courant avec sortie numérique.

2 Défis et contre-mesures dans l'application de la technologie d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu
2.1 Anti-brouillage sur site

Lors de l'application de l'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu sur site, des interférences électromagnétiques sévères se produisent. Elles proviennent de l'environnement électromagnétique du réseau à haute tension, y compris le rayonnement des câbles/équipements et le bruit généré par le système. Ces interférences affectent la précision de la mesure, causant des écarts dans les données d'étalonnage des systèmes HVDC et pouvant même endommager les composants. Cela entraîne à la fois des erreurs instantanées et des problèmes de stabilité et de fiabilité à long terme.

Pour y remédier, l'optimisation de la structure de blindage magnétique est essentielle. Le principe consiste à utiliser des matériaux à haute perméabilité pour construire une couche de blindage autour des parties sensibles, bloquant les champs magnétiques externes. Lors de la conception, évaluez l'environnement réel (type d'interférence, intensité, fréquence), car ces facteurs influencent l'efficacité du blindage. Une structure stratifiée avec plusieurs couches de matériaux de perméabilité différente fonctionne mieux. Par exemple, la couche extérieure utilise des matériaux à haute perméabilité pour absorber la plupart des champs magnétiques, et la couche intérieure utilise des matériaux à haute résistivité pour bloquer les champs résiduels. Les données de conception de blindage magnétique optimisé figurent dans le tableau 1.

2.2 Précision de la synchronisation numérique

Dans l'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu, la précision de la synchronisation est cruciale. L'étalonnage nécessite souvent la synchronisation de plusieurs appareils et sources de données situés à des endroits dispersés. La précision et la fiabilité des données dépendent de la synchronisation temporelle ; de petites déviations causent des imprécisions, affectant l'efficacité et la sécurité du système électrique. Le choix et l'optimisation de la technologie de synchronisation, ainsi que la comparaison de la synchronisation par fibre optique et GPS, sont essentiels.

Dans le choix et l'optimisation, le défi est de contrôler les environnements électriques complexes et les distributions géographiques étendues pour une synchronisation précise. Dans des environnements à forte interférence, les méthodes traditionnelles échouent. Les solutions incluent l'introduction du protocole de temps précis IEEE1588 et l'utilisation de marquage de temps précis et de communications modernes pour la synchronisation.

La synchronisation par fibre optique, avec sa vitesse élevée et sa résistance aux interférences, convient aux scénarios de haute précision (par exemple, les centres de données). Elle n'est pas affectée par les interférences électromagnétiques, garantissant la pureté du signal, mais présente des coûts de déploiement élevés. La synchronisation GPS est économique, couvre de grandes zones et s'adapte aux réseaux dispersés. Elle utilise des signaux satellites pour les marques de temps, mais est moins stable sous fortes interférences. La comparaison de la précision de la synchronisation sous différentes interférences est présentée dans la Figure 1.

Pour relever ces défis, sélectionnez la technologie de synchronisation appropriée en fonction de l'environnement d'application et des besoins d'étalonnage. Prioritisez la synchronisation par fibre optique pour les scénarios à faible EMI et haute précision. Pour les réseaux électriques dispersés géographiquement, envisagez la synchronisation GPS et optimisez le placement des récepteurs pour réduire les interférences de signal. La combinaison des deux pour ajouter de la redondance renforce également la précision de la synchronisation et la fiabilité du système.

3 Conclusion

En conclusion, en menant des recherches approfondies sur la technologie d'étalonnage des transformateurs de courant électroniques en courant continu et leurs applications, cela n'est pas seulement d'une grande importance pour améliorer les performances et la fiabilité des transformateurs de courant, mais aussi un facteur clé pour stimuler l'innovation technologique et le développement durable des systèmes électriques. À l'avenir, tout en continuant à optimiser la technologie d'étalonnage, il faut également prêter attention aux performances de ces technologies dans les applications pratiques pour s'assurer qu'elles peuvent répondre aux exigences de haut niveau des réseaux électriques modernes.