Desafíos tecnolóxicos da calibración e contramedidas para transformadores de corrente eléctrica en CD

Nas modernas instalacións eléctricas, os transformadores de corrente electrónicos en corrente directa xogan un papel crucial. Non só se usan para medir a corrente con alta precisión, senón que tamén son ferramentas clave para a optimización da rede, a detección de fallos e a xestión enerxética. Co rápido desenvolvemento da tecnoloxía de transmisión de corrente directa de alta tensión (HVDC) e a súa amplia implementación a nivel mundial, os requisitos de rendemento para os transformadores de corrente en CD foron cada vez máis estritos, especialmente en termos de precisión na medida e compatibilidade do sistema. Polo tanto, a tecnoloxía de calibración dos transformadores de corrente electrónicos en CD converteuse na clave para garantir o funcionamento seguro, estable e eficiente das instalacións eléctricas.

1 Análise da Tecnoloxía de Calibración para Transformadores de Corrente Electrónicos en CD
1.1 Principios Básicos da Calibración

A calibración dos transformadores de corrente electrónicos en CD basease no principio do comparador de corrente en CD modulada magneticamente e na tecnoloxía de sincronización dixital por fibra óptica. Entre eles, o comparador de corrente en CD modulada magneticamente usa a tecnoloxía de modulación magnética para medir a magnitude da corrente en CD. Esta tecnoloxía depende da influencia do campo magnético xerado pola corrente nas propiedades magnéticas do núcleo de ferro. Nas aplicacións prácticas, cando a corrente flúe polo condutor principal, magnetiza o núcleo de ferro circundante. O núcleo de ferro magnetizado afecta á corrente nunha bobina secundaria a través dos seus cambios, e esta influencia pode utilizarse como base para medir a magnitude da corrente no condutor principal.

1.2 Composición do Sistema de Calibración

O sistema de calibración para transformadores de corrente electrónicos en CD compóñese principalmente dunha fonte de corrente en CD, da conexión e configuración síncrona do dispositivo estándar e do dispositivo a probar, e unha unidade de adquisición de datos de alta precisión. O deseño e a función de cada parte xogan un papel decisivo na precisión e fiabilidade do proceso de calibración.

• A fonte de corrente en CD é responsable de proporcionar unha corrente estable e axustable para a calibración. O seu deseño debe cumprir os requisitos de alta estabilidade e baixa ondulación na saída para simular o rendemento do transformador de corrente en diferentes condicións de corrente. Para lograr este obxectivo, a fonte de corrente adoita adoptar componentes electrónicos de potencia de alta precisión e un sistema de control de retroalimentación en bucle pechado para axustar a saída en tempo real e manter a estabilidade da corrente. Aínda cando cambie a carga ou fluctúe o suministro de enerxía, pode asegurar a precisión da corrente de saída.

• Cando a fonte de corrente en CD proporciona a corrente básica, a conexión correcta e a sincronización do dispositivo estándar e do dispositivo a probar son liñas clave para garantir a precisión dos resultados de calibración. O dispositivo estándar é xeralmente un instrumento de alta precisión certificado polo estado, que proporciona un valor de corrente coa precisión coñecida como referencia; o dispositivo a probar é o transformador de corrente a examinar. Durante o proceso de calibración, o dispositivo estándar e o dispositivo a probar deben operar en sincronización estrita para asegurar que todos os datos de medida se obtienen nas mesmas condicións de funcionamento.

1.3 Métodos de Calibración

No proceso de calibración dos transformadores de corrente electrónicos en CD, a selección dos métodos de calibración xoga un papel decisivo na precisión e fiabilidade dos resultados de medida. A calibración in situ e a calibración en laboratorio teñen vantaxes e desvantaxes únicas. O método de medida directa dixital de alta precisión ofrece un medio de calibración eficiente. Os métodos de calibración para salidas analóxicas e dixitais están especificamente axustados para transformadores de corrente de diferentes tipos de saída para adaptarse a varias situacións de aplicación.

(1) Comparación entre a Calibración In Situ e a Calibración en Laboratorio

Hai diferenzas significativas entre ambos en termos de métodos e entornos:

• Calibración In Situ: Realízase directamente no lugar de instalación do transformador de corrente e pode reflicir a influencia de factores ambientais como a temperatura, a humidade e a interferencia electromagnética. É adecuada para equipos grandes cuxo lugar de instalación é difícil de mover ou cuxo rendemento necesita ser verificado. No entanto, se hai moitos factores desfavorables in situ e as variables ambientais non poden controlarse eficazmente, a precisión da calibración pode verse afectada.

• Calibración en Laboratorio: O entorno pode controlarse eficazmente e as condicións de proba poden regularse con precisión, o que mellora a repetibilidade e a precisión da calibración. No entanto, o entorno de laboratorio non pode simular completamente o escenario de traballo in situ, e é difícil analizar comprehensivamente o impacto do entorno in situ no rendemento do equipo.

(2) Método de Medida Directa Dixital de Alta Precisión

Coa axuda de equipos de medida dixital de alta precisión, a saída do transformador de corrente léeuse directamente e compárase co valor estándar coñecido, de maneira que o resultado de calibración poida obterse rapidamente e eficientemente, reducindo os erros nos eslabóns intermedios.

(3) Métodos de Calibración para Salidas Analóxicas e Dixitais

A vantaxe deste método reside en considerar plenamente as características de saída de diferentes tipos de transformadores de corrente:

• Método de Saída Analógica: Usa un instrumento de medida de corrente de alta precisión para ler o valor de saída, e despois compárase co valor estándar para a calibración, a fin de asegurar a precisión da conversión e medida da sinal analógica.

• Método de Saída Dixital: No proceso de calibración, combínase o software de análise e a tecnoloxía de sincronización para a transmisión e procesamento de datos, a fin de asegurar que a precisión da calibración cumpra os requisitos, o que é adecuado para as necesidades de calibración de transformadores de corrente con saída dixital.

2 Desafíos e Contramedidas na Aplicación da Tecnoloxía de Calibración de Transformadores de Corrente Electrónicos en CD
2.1 Anticontracción de Interferencias In Situ

Ao aplicar a calibración de transformadores de corrente electrónicos en CD in situ, xórrense graves interferencias electromagnéticas. Proceden do entorno electromagnético da rede de alta tensión, incluíndo a radiación de cables/equipos e o ruido xerado polo sistema. Esta interferencia afecta a precisión da medida, provocando desvío dos datos de calibración nos sistemas HVDC e incluso danos nos componentes. Tráe tanto erros instantáneos como problemas de estabilidade e fiabilidade a longo prazo.

Para facer fronte a isto, a optimización da estrutura de blindaxe magnético é clave. O principio consiste en usar materiais de alta permeabilidade para construír unha capa de blindaxe arredor das partes sensibles, bloqueando os campos magnéticos externos. Ao deseñar, avalía o entorno real (tipo, intensidade e frecuencia da interferencia), xa que afectan a efectividade do blindaxe. Unha estrutura laminada con múltiples capas de materiais de diferentes permeabilidades funciona mellor. Por exemplo, a capa exterior usa materiais de alta permeabilidade para absorber a maioría dos campos magnéticos, e a capa interior usa materiais de alta resistividade para bloquear os campos residuais. Os datos do deseño de blindaxe magnético optimizado están na Táboa 1.

2.2 Precisión de Sincronización Dixital

Na calibración de transformadores de corrente electrónicos en CD, a precisión de sincronización é crítica. A calibración adoita precisar sincronizar múltiplos dispositivos/fontes de datos en ubicacións dispersas. A precisión e fiabilidade dos datos dependen da sincronización temporal; pequenos desvíos causan inexactitudes, afectando a eficiencia e seguridade do sistema eléctrico. A selección e optimización da tecnoloxía de sincronización e a comparación da sincronización por fibra óptica e GPS son vitais.

Na selección e optimización, o desafío é controlar os complexos entornos de enerxía e a ampla distribución xeográfica para unha sincronización precisa. En entornos de forte interferencia, os métodos tradicionais fallan. As solucións inclúen a introdución do Protocolo de Tempo Preciso IEEE1588 e o uso de marcado de tempo preciso e comunicación moderna para a sincronización.

A sincronización por fibra óptica, de alta velocidade e anticontracción, é adecuada para escenarios de alta precisión (por exemplo, centros de datos). Non se ve afectada pola interferencia electromagnética, asegurando a pureza da sinal, pero ten custos de implantación altos. A sincronización por GPS é económica, cubre áreas amplias e é adecuada para redes dispersas. Usa sinais de satélite para marcas de tempo, pero é menos estable baixo forte interferencia. A comparación da precisión de sincronización baixo diferentes interferencias está na Figura 1.

Para abordar estes desafíos, seleccione a tecnoloxía de sincronización apropiada segundo o entorno de aplicación e as necesidades de calibración. Priorice a sincronización por fibra óptica para escenarios de baixa EMI e alta precisión. Para redes de enerxía geograficamente dispersas, considere a sincronización por GPS e optimice a colocación do receptor para reducir a interferencia da sinal. Combinar ambas para engadir redundancia tamén aumenta a precisión de sincronización e a fiabilidade do sistema.

3 Conclusión

En conclusión, ao realizar unha investigación en profundidade sobre a tecnoloxía de calibración de transformadores de corrente electrónicos en CD e as súas aplicacións, non só ten gran significado para mellorar o rendemento e a fiabilidade dos transformadores de corrente, senón que tamén é un factor clave para impulsar a innovación tecnolóxica e o desenvolvemento sostenible dos sistemas eléctricos. No futuro, mentres continúe optimizando a tecnoloxía de calibración, tamén debe prestar atención ao rendemento destas tecnoloxías nas aplicacións prácticas para asegurar que poidan cumprir os elevados estándares das redes eléctricas modernas.