Sfide tecnologiche e contromisure per la taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua

Nei moderni sistemi di potenza, i trasformatori elettronici di corrente continua (DC) svolgono un ruolo cruciale. Non sono utilizzati solo per misurazioni di corrente ad alta precisione, ma servono anche come strumenti chiave per l'ottimizzazione della rete, la rilevazione dei guasti e la gestione dell'energia. Con lo sviluppo rapido della tecnologia di trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC) e la sua diffusione globale, i requisiti di prestazione per i trasformatori di corrente DC sono diventati sempre più rigorosi, specialmente in termini di precisione di misura e compatibilità del sistema. Pertanto, la tecnologia di taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua è diventata la chiave per garantire il funzionamento sicuro, stabile ed efficiente dei sistemi di potenza.

1 Analisi della Tecnologia di Taratura per Trasformatori Elettronici di Corrente Continua
1.1 Principi Fondamentali di Taratura

La taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua si basa sul principio del comparatore di corrente continua a modulazione magnetica e sulla tecnologia di sincronizzazione digitale via fibra ottica. Tra questi, il comparatore di corrente continua a modulazione magnetica utilizza la tecnologia di modulazione magnetica per misurare l'entità della corrente continua. Questa tecnologia si basa sull'influenza del campo magnetico generato dalla corrente sulle proprietà magnetiche del nucleo di ferro. Nelle applicazioni pratiche, quando la corrente fluisce attraverso il conduttore principale, magnetizza il nucleo di ferro circostante. Il nucleo di ferro magnetizzato influenza la corrente in una bobina secondaria attraverso le sue variazioni, e questa influenza può essere utilizzata come base per misurare l'entità della corrente nel conduttore principale.

1.2 Composizione del Sistema di Taratura

Il sistema di taratura per i trasformatori elettronici di corrente continua è composto principalmente da una sorgente di corrente continua, dalla connessione e configurazione sincrona del dispositivo standard e del dispositivo in prova, e da un'unità di acquisizione dati ad alta precisione. La progettazione e la funzione di ciascuna parte giocano un ruolo decisivo nella precisione e affidabilità del processo di taratura.

• La sorgente di corrente continua è responsabile per fornire una corrente stabile e regolabile per la taratura. La sua progettazione deve soddisfare i requisiti di alta stabilità e bassa ondulazione dell'uscita per simulare le prestazioni del trasformatore di corrente in diverse condizioni di corrente. Per raggiungere questo obiettivo, la sorgente di corrente solitamente adotta componenti elettronici di precisione e un sistema di controllo a feedback chiuso per regolare l'uscita in tempo reale e mantenere la stabilità della corrente. Anche quando il carico cambia o la fornitura di energia fluttua, può assicurare la precisione della corrente di uscita.

• Quando la sorgente di corrente continua fornisce la corrente di base, la connessione e la sincronizzazione corrette del dispositivo standard e del dispositivo in prova sono collegamenti chiave per garantire la precisione dei risultati di taratura. Il dispositivo standard è generalmente uno strumento ad alta precisione certificato dallo stato, che fornisce un valore di corrente con una precisione nota come riferimento; il dispositivo in prova è il trasformatore di corrente da testare. Durante il processo di taratura, il dispositivo standard e il dispositivo in prova devono essere operati in sincronizzazione stretta per assicurare che tutti i dati di misura siano ottenuti nelle stesse condizioni operative.

1.3 Metodi di Taratura

Nel processo di taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua, la scelta dei metodi di taratura gioca un ruolo decisivo nella precisione e affidabilità dei risultati di misura. La taratura sul campo e la taratura in laboratorio hanno ciascuno vantaggi e svantaggi unici. Il metodo di misura diretta digitale ad alta precisione fornisce un mezzo di taratura efficiente. I metodi di taratura per uscite analogiche e digitali sono specificamente adattati ai trasformatori di corrente di diversi tipi di uscita per adattarsi a vari scenari di applicazione.

(1) Confronto tra Taratura sul Campo e Taratura in Laboratorio

Ci sono differenze significative tra i due in termini di metodi e ambienti:

• Taratura sul Campo: Viene eseguita direttamente al luogo di installazione del trasformatore di corrente e può riflettere l'influenza di fattori ambientali come temperatura, umidità e interferenze elettromagnetiche. È adatta per grandi apparecchiature il cui luogo di installazione è difficile da spostare o la cui performance deve essere verificata. Tuttavia, se ci sono molti fattori sfavorevoli sul campo e le variabili ambientali non possono essere controllate efficacemente, la precisione della taratura potrebbe essere influenzata.

• Taratura in Laboratorio: L'ambiente può essere controllato efficacemente e le condizioni di test possono essere regolate con precisione, migliorando la ripetibilità e la precisione della taratura. Tuttavia, l'ambiente di laboratorio non può simulare completamente lo scenario di lavoro sul campo, e risulta difficile analizzare in modo completo l'impatto dell'ambiente sul campo sulle prestazioni dell'apparecchiatura.

(2) Metodo di Misura Diretta Digitale ad Alta Precisione

Con l'aiuto di attrezzature di misura digitali ad alta precisione, l'uscita del trasformatore di corrente viene letta direttamente e confrontata con il valore standard noto, in modo che il risultato di taratura possa essere ottenuto rapidamente ed efficientemente, riducendo gli errori negli intermedi passaggi.

(3) Metodi di Taratura per Uscite Analogiche e Digitali

Il vantaggio di questo metodo sta nel considerare pienamente le caratteristiche di uscita di diversi tipi di trasformatori di corrente:

• Metodo di Uscita Analogica: Viene utilizzato uno strumento di misura di corrente ad alta precisione per leggere il valore di uscita, che poi viene confrontato con il valore standard per la taratura, garantendo la precisione della conversione e misura del segnale analogico.

• Metodo di Uscita Digitale: Nel processo di taratura, vengono combinati software di analisi e tecnologie di sincronizzazione per la trasmissione e il trattamento dei dati, garantendo che la precisione della taratura soddisfi i requisiti, il che è adatto alle esigenze di taratura dei trasformatori di corrente con uscita digitale.

2 Sfide e Contromisure nell'Applicazione della Tecnologia di Taratura dei Trasformatori Elettronici di Corrente Continua
2.1 Anti - interferenza sul Campo

Quando si applica la taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua sul campo, si verifica un'interferenza elettromagnetica severa. Essa deriva dall'ambiente elettromagnetico della rete ad alta tensione, inclusa la radiazione dai cavi/attrezzature e il rumore generato dal sistema. Tale interferenza impatta la precisione della misura, causando deviazioni nei dati di taratura nei sistemi HVDC e persino danneggiando i componenti. Causa sia errori istantanei che problemi di stabilità e affidabilità a lungo termine.

Per affrontare questo problema, l'ottimizzazione della struttura di schermatura magnetica è fondamentale. Il principio consiste nell'utilizzare materiali ad alta permeabilità per costruire uno strato di schermatura intorno alle parti sensibili, bloccando i campi magnetici esterni. Durante la progettazione, valutare l'ambiente effettivo (tipo, intensità, frequenza dell'interferenza), poiché questi fattori influenzano l'efficacia dello schermo. Una struttura a strati con materiali multipli e differenti permeabilità funziona meglio. Ad esempio, lo strato esterno utilizza materiali ad alta permeabilità per assorbire la maggior parte dei campi magnetici, mentre lo strato interno utilizza materiali ad alta resistività per bloccare i campi residui. I dati di progettazione ottimizzata della schermatura magnetica sono riportati nella Tabella 1.

2.2 Precisione della Sincronizzazione Digitale

Nella taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua, la precisione della sincronizzazione è critica. La taratura spesso richiede la sincronizzazione di più dispositivi/fonti di dati in posizioni disperse. La precisione e l'affidabilità dei dati dipendono dalla sincronizzazione temporale; piccole deviazioni causano inesattezze, influenzando l'efficienza e la sicurezza del sistema di potenza. La selezione e l'ottimizzazione delle tecnologie di sincronizzazione, nonché il confronto tra la sincronizzazione via fibra ottica e GPS, sono essenziali.

Nella selezione e ottimizzazione, la sfida è controllare ambienti di potenza complessi e distribuzioni geografiche ampie per una sincronizzazione accurata. In ambienti ad alta interferenza, i metodi tradizionali falliscono. Le soluzioni includono l'introduzione del Protocollo di Tempo Preciso IEEE1588 e l'uso di marcatura temporale precisa e comunicazione moderna per la sincronizzazione.

La sincronizzazione via fibra ottica, con alta velocità e resistenza all'interferenza, si adatta a scenari ad alta precisione (ad esempio, centri di elaborazione dati). Non è influenzata dalle interferenze elettromagnetiche, garantendo la purezza del segnale, ma ha costi di implementazione elevati. La sincronizzazione GPS è conveniente, copre aree ampie e si adatta a reti disperse. Utilizza segnali satellitari per la marcatura temporale, ma è meno stabile in presenza di forti interferenze. Il confronto della precisione di sincronizzazione sotto diverse interferenze è riportato nella Figura 1.

Per affrontare queste sfide, selezionare la tecnologia di sincronizzazione appropriata in base all'ambiente di applicazione e alle esigenze di taratura. Prioritizzare la sincronizzazione via fibra ottica per scenari a bassa EMI e ad alta precisione. Per reti di potenza geograficamente disperse, considerare la sincronizzazione GPS e ottimizzare la posizione dei ricevitori per ridurre l'interferenza del segnale. Combinare entrambe per aggiungere ridondanza aumenta anche la precisione di sincronizzazione e l'affidabilità del sistema.

3 Conclusione

In conclusione, conducendo ricerche approfondite sulla tecnologia di taratura dei trasformatori elettronici di corrente continua e le loro applicazioni, ciò non solo ha grande significato per migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei trasformatori di corrente, ma è anche un fattore chiave per promuovere l'innovazione tecnologica e lo sviluppo sostenibile dei sistemi di potenza. In futuro, mentre si continua a ottimizzare la tecnologia di taratura, si dovrebbe anche prestare attenzione alle prestazioni di queste tecnologie nelle applicazioni pratiche per assicurare che possano soddisfare i requisiti ad alto standard delle moderne reti di potenza.