Desafios Tecnológicos de Calibração e ContraMedidas para Transformadores Eletrônicos de Corrente Contínua

Nos sistemas de energia modernos, os transformadores eletrônicos de corrente contínua desempenham um papel crucial. Eles não são usados apenas para medição de corrente de alta precisão, mas também servem como ferramentas-chave para otimização da rede, detecção de falhas e gerenciamento de energia. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) e sua implantação generalizada em todo o mundo, os requisitos de desempenho para transformadores de corrente contínua tornaram-se cada vez mais rigorosos, especialmente em termos de precisão de medição e compatibilidade do sistema. Portanto, a tecnologia de calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua tornou-se fundamental para garantir a operação segura, estável e eficiente dos sistemas de energia.

1 Análise da Tecnologia de Calibração de Transformadores Eletrônicos de Corrente Contínua
1.1 Princípios Básicos da Calibração

A calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua baseia-se no princípio do comparador de corrente contínua com modulação magnética e na tecnologia de sincronização digital por fibra ótica. Entre eles, o comparador de corrente contínua com modulação magnética usa a tecnologia de modulação magnética para medir a magnitude da corrente contínua. Esta tecnologia depende da influência do campo magnético gerado pela corrente nas propriedades magnéticas do núcleo de ferro. Em aplicações práticas, quando a corrente flui pelo condutor principal, ela magnetiza o núcleo de ferro circundante. O núcleo de ferro magnetizado afeta a corrente em uma bobina secundária através de suas mudanças, e esta influência pode ser usada como base para medir a magnitude da corrente no condutor principal.

1.2 Composição do Sistema de Calibração

O sistema de calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua é composto principalmente por uma fonte de corrente contínua, a conexão e configuração síncrona do dispositivo padrão e do dispositivo sob teste, e uma unidade de aquisição de dados de alta precisão. O design e a função de cada parte desempenham um papel decisivo na precisão e confiabilidade do processo de calibração.

• A fonte de corrente contínua é responsável por fornecer uma corrente estável e ajustável para a calibração. Seu design precisa atender aos requisitos de alta estabilidade e baixo ruído de saída para simular o desempenho do transformador de corrente em diferentes condições de corrente. Para atingir esse objetivo, a fonte de corrente geralmente utiliza componentes eletrônicos de potência de precisão e um sistema de controle de feedback em loop fechado para ajustar a saída em tempo real e manter a estabilidade da corrente. Mesmo quando a carga muda ou a alimentação flutua, pode-se garantir a precisão da corrente de saída.

• Quando a fonte de corrente contínua fornece a corrente básica, a conexão correta e a sincronização do dispositivo padrão e do dispositivo sob teste são links-chave para garantir a precisão dos resultados de calibração. O dispositivo padrão geralmente é um instrumento de alta precisão certificado pelo estado, fornecendo um valor de corrente com precisão conhecida como referência; o dispositivo sob teste é o transformador de corrente a ser testado. Durante o processo de calibração, o dispositivo padrão e o dispositivo sob teste devem ser operados em sincronização estrita para garantir que todos os dados de medição sejam obtidos nas mesmas condições de operação.

1.3 Métodos de Calibração

No processo de calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua, a seleção dos métodos de calibração desempenha um papel decisivo na precisão e confiabilidade dos resultados de medição. A calibração no local e a calibração em laboratório têm vantagens e desvantagens únicas. O método de medição direta digital de alta precisão fornece um meio de calibração eficiente. Os métodos de calibração para saídas analógicas e digitais são ajustados especificamente para transformadores de corrente de diferentes tipos de saída para se adaptarem a vários cenários de aplicação.

(1) Comparação entre Calibração no Local e Calibração em Laboratório

Há diferenças significativas entre os dois em termos de métodos e ambientes:

• Calibração no Local: É realizada diretamente no local de instalação do transformador de corrente e pode refletir a influência de fatores ambientais, como temperatura, umidade e interferência eletromagnética. É adequada para equipamentos grandes cujo local de instalação é difícil de mover ou cujo desempenho precisa ser verificado. No entanto, se houver muitos fatores desfavoráveis no local e as variáveis ambientais não puderem ser controladas efetivamente, a precisão da calibração provavelmente será afetada.

• Calibração em Laboratório: O ambiente pode ser controlado efetivamente, e as condições de teste podem ser reguladas com precisão, o que melhora a repetibilidade e a precisão da calibração. No entanto, o ambiente de laboratório não pode simular completamente o cenário de trabalho no local, e é difícil analisar de forma abrangente o impacto do ambiente no local no desempenho do equipamento.

(2) Método de Medição Direta Digital de Alta Precisão

Com a ajuda de equipamentos de medição digital de alta precisão, a saída do transformador de corrente é lida diretamente e comparada com o valor padrão conhecido, permitindo obter o resultado de calibração rapidamente e de forma eficiente, reduzindo o erro em etapas intermediárias.

(3) Métodos de Calibração para Saídas Analógicas e Digitais

A vantagem deste método reside em considerar plenamente as características de saída de diferentes tipos de transformadores de corrente:

• Método de Saída Analógica: Usa-se um instrumento de medição de corrente de alta precisão para ler o valor de saída, que é então comparado com o valor padrão para calibração, garantindo a precisão da conversão e medição do sinal analógico.

• Método de Saída Digital: No processo de calibração, combina-se software de análise e tecnologia de sincronização para transmissão e processamento de dados, garantindo que a precisão da calibração atenda aos requisitos, o que é adequado para as necessidades de calibração de transformadores de corrente com saída digital.

2 Desafios e Contra-medidas na Aplicação da Tecnologia de Calibração de Transformadores Eletrônicos de Corrente Contínua
2.1 Anti-interferência no Local

Ao aplicar a calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua no local, surge uma interferência eletromagnética severa. Ela decorre do ambiente eletromagnético da rede de alta tensão, incluindo radiação de cabos/equipamentos e ruído gerado pelo sistema. Essa interferência impacta a precisão da medição, causando desvios nos dados de calibração em sistemas HVDC e até danificando componentes. Isso traz tanto erros instantâneos quanto problemas de estabilidade e confiabilidade a longo prazo.

Para enfrentar isso, a otimização da estrutura de blindagem magnética é fundamental. O princípio é usar materiais de alta permeabilidade para construir uma camada de blindagem ao redor das partes sensíveis, bloqueando campos magnéticos externos. Ao projetar, avalie o ambiente real (tipo, intensidade e frequência de interferência), pois esses fatores afetam a eficácia da blindagem. Uma estrutura laminada com múltiplas camadas de materiais de diferentes permeabilidades funciona melhor. Por exemplo, a camada externa usa materiais de alta permeabilidade para absorver a maioria dos campos magnéticos, e a camada interna usa materiais de alta resistividade para bloquear os campos residuais. Os dados do projeto de blindagem magnética otimizada estão na Tabela 1.

2.2 Precisão de Sincronização Digital

Na calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua, a precisão de sincronização é crucial. A calibração frequentemente requer a sincronização de vários dispositivos/fontes de dados em locais dispersos. A precisão e confiabilidade dos dados dependem da sincronização temporal; pequenos desvios causam imprecisões, afetando a eficiência e segurança do sistema de energia. Selecionar e otimizar a tecnologia de sincronização e comparar a sincronização por fibra ótica e GPS são vitais.

Na seleção e otimização, o desafio é controlar ambientes de energia complexos e distribuições geográficas amplas para sincronização precisa. Em ambientes de forte interferência, os métodos tradicionais falham. As soluções incluem a introdução do Protocolo de Tempo Preciso IEEE1588 e o uso de marcação de tempo precisa e comunicação moderna para sincronização.

A sincronização por fibra ótica, com alta velocidade e anti-interferência, é adequada para cenários de alta precisão (por exemplo, centros de dados). Não é afetada pela interferência eletromagnética, garantindo a pureza do sinal, mas tem custos de implantação elevados. A sincronização por GPS é econômica, cobre áreas amplas e é adequada para redes dispersas. Usa sinais de satélite para marcação de tempo, mas é menos estável sob forte interferência. A comparação de precisão de sincronização sob diferentes interferências está na Figura 1.

Para enfrentar esses desafios, selecione a tecnologia de sincronização apropriada com base no ambiente de aplicação e nas necessidades de calibração. Priorize a sincronização por fibra ótica para cenários de baixa EMI e alta precisão. Para redes de energia geograficamente dispersas, considere a sincronização por GPS e otimize a colocação dos receptores para reduzir a interferência do sinal. Combinar ambos para adicionar redundância também aumenta a precisão de sincronização e a confiabilidade do sistema.

3 Conclusão

Em conclusão, ao realizar pesquisas aprofundadas sobre a tecnologia de calibração de transformadores eletrônicos de corrente contínua e suas aplicações, não só é de grande importância para melhorar o desempenho e confiabilidade dos transformadores de corrente, mas também é um fator chave para impulsionar a inovação tecnológica e o desenvolvimento sustentável dos sistemas de energia. No futuro, enquanto continua a otimizar a tecnologia de calibração, também deve-se prestar atenção ao desempenho dessas tecnologias em aplicações práticas para garantir que possam atender aos requisitos de alto padrão das redes de energia modernas.