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DC電子電流変換器のキャリブレーション技術に関する課題と対策

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フィールド: 変圧器解析
China

現代の電力システムにおいて、直流電子式電流変換器は重要な役割を果たしています。それらは高精度な電流測定だけでなく、グリッド最適化、障害検出、エネルギー管理のための主要ツールとしても機能します。高圧直流(HVDC)送電技術の急速な発展とその世界的な広範な導入に伴い、直流電流変換器に対する性能要件はますます厳しくなり、特に測定精度とシステム互換性においてです。そのため、直流電子式電流変換器の校正技術は、電力システムの安全で安定かつ効率的な動作を確保する鍵となっています。

1 直流電子式電流変換器の校正技術の分析
1.1 校正の基本原理

直流電子式電流変換器の校正は、磁気変調DC電流コンパレータと光ファイバデジタル同期技術に基づいています。その中でも、磁気変調DC電流コンパレータは磁気変調技術を使用して直流電流の大きさを測定します。この技術は、電流によって生成された磁場が鉄心の磁気特性に与える影響を利用しています。実際の応用では、電流が主導体を通過すると、周囲の鉄心が磁化されます。磁化された鉄心は二次コイルの電流に影響を与え、この影響を利用して主導体の電流の大きさを測定することができます。

1.2 校正システムの構成

直流電子式電流変換器の校正システムは、主に直流電流源、基準装置と試験対象装置の接続と同期設定、および高精度データ収集ユニットで構成されています。各部分の設計と機能は、校正プロセスの正確性と信頼性に決定的な役割を果たします。

  • 直流電流源は、校正に必要な安定した調整可能な電流を提供する責任があります。その設計は、異なる電流条件での電流変換器の性能をシミュレートするために、高い安定性と低いリップル出力を満たす必要があります。この目標を達成するために、電流源は通常、精密な電力電子部品と閉ループフィードバック制御システムを採用し、リアルタイムで出力を調整し、電流の安定性を維持します。負荷の変化や電源の揺らぎがあっても、出力電流の正確性を確保することができます。

  • 直流電流源が基本的な電流を提供するとき、基準装置と試験対象装置の正しい接続と同期は、校正結果の正確性を確保するための重要な要素です。基準装置は通常、国認証の高精度計測器であり、既知の精度を持つ電流値を参照として提供します。試験対象装置は、テストされる電流変換器です。校正プロセス中、基準装置と試験対象装置は厳密に同期して動作させることで、すべての測定データが同じ動作条件下で取得されるようにしなければなりません。

1.3 校正方法

直流電子式電流変換器の校正プロセスにおいて、校正方法の選択は測定結果の正確性と信頼性に決定的な役割を果たします。現場校正と実験室校正にはそれぞれ独自の利点と欠点があります。高精度デジタル直接測定法は効率的な校正手段を提供します。アナログ出力とデジタル出力に対する校正方法は、異なる出力タイプの電流変換器に特化しており、様々な応用シーンに対応しています。

(1) 現場校正と実験室校正の比較

両者の方法と環境には大きな違いがあります:

  • 現場校正:これは電流変換器の設置場所で直接行われ、温度、湿度、電磁干渉などの環境要因の影響を反映します。移動が困難な大規模設備や性能確認が必要な場合に適しています。ただし、現場に多くの不利な要因があり、環境変数を効果的に制御できない場合、校正の正確性が影響を受けやすいです。

  • 実験室校正:環境を効果的に制御でき、試験条件を精密に調整できるため、校正の再現性と正確性が向上します。しかし、実験室環境では現場の作業状況を完全にシミュレートすることは難しく、現場環境が機器性能に及ぼす影響を総合的に分析するのが難しい場合があります。

(2) 高精度デジタル直接測定法

高精度デジタル測定装置を使用することで、電流変換器の出力を直接読み取り、既知の基準値と比較することで、迅速かつ効率的に校正結果を得ることができます。これにより、中間工程での誤差を減らすことができます。

(3) アナログ出力とデジタル出力に対する校正方法

この方法の利点は、異なるタイプの電流変換器の出力特性を十分に考慮していることです:

  • アナログ出力法:高精度電流測定器を使用して出力値を読み取り、その後基準値と比較して校正することで、アナログ信号の変換と測定の正確性を確保します。

  • デジタル出力法:校正プロセスでは、解析ソフトウェアと同期技術を組み合わせてデータ伝送と処理を行い、デジタル出力を持つ電流変換器の校正ニーズに適合するように校正の正確性を確保します。

2 直流電子式電流変換器の校正技術の適用における課題と対策
2.1 現場でのノイズ対策

直流電子式電流変換器の現場校正を行う際、深刻な電磁干渉が生じます。これは高電圧グリッドの電磁環境から発生し、ケーブル/装置からの放射やシステム生成ノイズを含みます。このような干渉は測定精度に影響を与え、HVDCシステムでの校正データの偏差や部品の損傷を引き起こす可能性があります。瞬時の誤差だけでなく、長期的な安定性と信頼性の問題も引き起こします。

これを解決するためには、磁気シールド構造の最適化が重要です。その原理は、高透磁率材料を使用して敏感な部分を取り巻くシールド層を作成し、外部磁場をブロックすることです。設計時には、実際の環境(干渉の種類、強度、周波数)を評価する必要があります。これらはシールド効果に影響を与えます。多層構造で異なる透磁率の材料を使用するとより効果的です。例えば、外層に高透磁率材料を使用して大部分の磁場を吸収し、内層に高抵抗材料を使用して残りの磁場をブロックします。最適化された磁気シールド設計データは表1に示されています。

2.2 デジタル同期精度

直流電子式電流変換器の校正において、同期精度は極めて重要です。校正ではしばしば分散した場所にある複数の装置やデータソースを同期させる必要があります。データの精度と信頼性は時間同期に依存しており、小さなずれでも不正確さを引き起こし、電力システムの効率と安全性に影響します。同期技術の選択と最適化、そして光ファイバとGPS同期の比較が重要です。

選択と最適化において、複雑な電力環境と広範な地理的分布を制御して正確な同期を達成することが課題となります。強い干渉環境では従来の方法は失敗します。解決策にはIEEE1588 Precision Time Protocolの導入と、精密なタイムスタンプと近代的な通信による同期があります。

光ファイバ同期は高速で干渉に強く、高精度のシナリオ(例:データセンター)に適しています。電磁干渉の影響を受けずに信号の純粋性を確保できますが、導入コストが高いです。GPS同期はコスト効率が高く、広範な地域をカバーし、分散ネットワークに適しています。衛星信号を使用してタイムスタンプを生成しますが、強い干渉下では安定性が低くなります。異なる干渉下での同期精度の比較は図1に示されています。

これらの課題に対処するためには、アプリケーション環境と校正ニーズに基づいて適切な同期技術を選択する必要があります。低EMI、高精度のシナリオでは光ファイバ同期を優先します。地理的に分散した電力ネットワークでは、GPS同期を考慮し、受信機の配置を最適化して信号干渉を減らします。両方を組み合わせて冗長性を追加することで、同期精度とシステムの信頼性をさらに向上させることができます。

3 結論

結論として、直流電子式電流変換器の校正技術とその応用に関する深堀研究は、電流変換器の性能と信頼性の向上に大いに意義があるだけでなく、電力システムの技術革新と持続可能な発展の鍵となる要素でもあります。今後は、校正技術の継続的な最適化とともに、これらの技術が現代の電力網の高水準の要求を満たすことができるよう、実際の応用における性能にも注目する必要があります。

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