Tehnološki izazovi i merdevine u kalibraciji DC elektronskih strujnih transformatora

U modernim električnim sistemima, DC-elektronski transformatori struje igraju ključnu ulogu. Koriste se ne samo za merenje struje visokog preciznosti, već i kao ključni alati za optimizaciju mreže, otkrivanje grešaka i upravljanje energijom. Sa brzim razvojem tehnologije prijenosa niskotrajne struje visokog napona (HVDC) i njihovom širom primenom širom sveta, zahtevi za performanse DC-transformatora struje postaju sve stroži, posebno u pogledu tačnosti merenja i kompatibilnosti sistema. Stoga je tehnologija kalibracije DC-elektronskih transformatora struje postala ključna za osiguranje sigurnog, stabilnog i efikasnog funkcionisanja električnih sistema.

1 Analiza tehnologije kalibracije DC-elektronskih transformatora struje
1.1 Osnovni principi kalibracije

Kalibracija DC-elektronskih transformatora struje zasnovana je na principu magneto-modulacionog DC-usporednika struje i tehnologiji digitalne sinhronizacije optičkih vlakana. Među njima, magneto-modulacioni DC-usporednik struje koristi magneto-modulacionu tehnologiju za merenje intenziteta DC-struje. Ova tehnologija se oslanja na uticaj magnetnog polja generisanog strujom na magnetne osobine željeznog jezgra. U praktičnoj primeni, kada struja prođe kroz glavni vod, magnetizuje okolno željezno jezgro. Magnetizirano željezno jezgro utiče na struju u sekundarnoj spulji putem svojih promena, a ovaj uticaj može poslužiti kao osnova za merenje intenziteta struje u glavnom vodu.

1.2 Sastav sistema za kalibraciju

Sistem za kalibraciju DC-elektronskih transformatora struje sastoji se uglavnom od izvora DC-struje, povezivanja i sinhronizacije standardnog uređaja i ispitivanih uređaja, kao i jedinice za visokoprecizno skupljanje podataka. Dizajn i funkcija svake pojedine komponente imaju odlučujući uticaj na tačnost i pouzdanost kalibracionog procesa.

• Izvor DC-struje je odgovoran za pružanje stabilne i podešive struje za kalibraciju. Njegov dizajn treba da ispuni zahteve za visoku stabilnost i nisku oscilaciju izlaza kako bi simulirao performanse transformatora struje pod različitim uslovima struje. Da bi se postigla ova cilj, izvor struje obično koristi precizne komponente strujnih elektronika i zatvoreni krug povratne kontrole kako bi podešavao izlaz u stvarnom vremenu i održavao stabilnost struje. Čak i kada se opterećenje menja ili fluktuira snabdevanje, može se osigurati tačnost izlazne struje.

• Kada izvor DC-struje pruža osnovnu struju, ispravno povezivanje i sinhronizacija standardnog uređaja i ispitivanih uređaja su ključni elementi za osiguranje tačnosti rezultata kalibracije. Standardni uređaj obično predstavlja visokoprecizan instrument certificiran državom, koji pruža vrednost struje poznate tačnosti kao referent; ispitivani uređaj je transformator struje koji se testira. Tijekom kalibracionog procesa, standardni uređaj i ispitivani uređaj moraju raditi u strogoj sinhronizaciji kako bi se osiguralo da su svi podaci merenja dobiveni pod istim uslovima rada.

1.3 Metode kalibracije

U procesu kalibracije DC-elektronskih transformatora struje, odabir metoda kalibracije ima odlučujući uticaj na tačnost i pouzdanost rezultata merenja. Kalibracija na mestu i laboratorijska kalibracija imaju svoje unikalne prednosti i mane. Visoko-tačna digitalna direktna metoda merenja pruža efikasan način kalibracije. Metode kalibracije analognih i digitalnih izlaza specifično se prilagođavaju transformatorima struje različitih tipova izlaza kako bi se prilagodile različitim scenarijima primene.

(1) Uporedba kalibracije na mestu i laboratorijske kalibracije

Postoje značajne razlike između ove dvije metode u pogledu metoda i okruženja:

• Kalibracija na mestu: Obavlja se direktno na lokaciji instalacije transformatora struje i može odraziti uticaj faktora okruženja poput temperature, vlage i elektromagnetne interferencije. Pogodna je za veliku opremu čija lokacija instalacije nije lako pomjeriva ili čija performansa treba biti verifikovana. Međutim, ako postoji veliki broj nepovoljnih faktora na mestu i varijable okruženja ne mogu biti efikasno kontrolisane, tačnost kalibracije može biti uticnuta.

• Laboratorijska kalibracija: Okruženje može biti efikasno kontrolisano, a uslovi testiranja mogu biti precizno regulisani, što unapređuje ponovljivost i tačnost kalibracije. Međutim, laboratorijsko okruženje ne može potpuno simulirati radno okruženje na mestu, te je teško komprehensivno analizirati uticaj okruženja na performanse opreme.

(2) Visoko-tačna digitalna direktna metoda merenja

Sa pomoću visokoprecizne digitalne opreme za merenje, izlaz transformatora struje se direktno čita i upoređuje sa poznatom standardnom vrednošću, što omogućava brzo i efikasno dobijanje rezultata kalibracije, smanjujući greške u međuspojnicama.

(3) Metode kalibracije za analogni i digitalni izlaz

Prednost ove metode leži u potpunom razmatranju karakteristika izlaza različitih tipova transformatora struje:

• Metoda analognog izlaza: Koristi se visokoprecizni instrument za merenje struje za čitanje vrednosti izlaza, a zatim se upoređuje sa standardnom vrednošću za kalibraciju kako bi se osigurala tačnost pretvaranja i merenja analognog signala.

• Metoda digitalnog izlaza: U procesu kalibracije, softver za analizu i tehnologija sinhronizacije kombinuju se za prenos i obradu podataka kako bi se osigurala tačnost kalibracije koja odgovara zahtevima, što je pogodno za kalibraciju transformatora struje sa digitalnim izlazom.

2 Izazovi i protivrečja u primeni tehnologije kalibracije DC-elektronskih transformatora struje
2.1 Protivrečja na mestu - odbrana od interferencije

Pri primeni kalibracije DC-elektronskih transformatora struje na mestu, javlja se ozbiljna elektromagnetska interferencija. Ona proizlazi iz elektromagnetskog okruženja visokonaponske mreže, uključujući radijaciju kabla/opreme i sistemske šume. Takva interferencija utiče na tačnost merenja, uzrokujući odstupanja kalibracionih podataka u HVDC sistemima i čak oštećujući komponente. To dovodi do trenutnih grešaka i dugoročnih problema sa stabilnošću i pouzdanosti.

Za rešavanje ovog problema, ključno je optimizovati strukturu magnete štitnice. Princip je korišćenje materijala visoke permeabilnosti za izgradnju sloja štite oko osjetljivih delova, blokirajući vanjska magnetna polja. Prilikom dizajna, procenjuje se stvarno okruženje (tip, intenzitet, frekvencija interferencije) jer to utiče na efikasnost štita. Slojevita struktura sa više slojeva materijala različite permeabilnosti daje bolje rezultate. Na primer, spoljni sloj koristi materijale visoke permeabilnosti da apsorbira većinu magnetnih polja, a unutrašnji sloj koristi materijale visokog otpora da blokira ostatak polja. Optimizovani podaci o dizajnu magnete štitnice date su u Tabeli 1.

2.2 Preciznost digitalne sinhronizacije

U kalibraciji DC-elektronskih transformatora struje, preciznost sinhronizacije je ključna. Kalibracija često zahteva sinhronizaciju više uređaja/izvora podataka na različitim lokacijama. Tačnost i pouzdanost podataka zavise od vremenske sinhronizacije; male odstupanja dovode do grešaka, što utiče na efikasnost i sigurnost električnih sistema. Odabir i optimizacija tehnologije sinhronizacije, kao i uporedba sinhronizacije putem optičkih vlakana i GPS-a, su vitalni.

U odabiru i optimizaciji, izazov je kontrola složenih električnih okruženja i široko rasprostranjene geografske distribucije za tačnu sinhronizaciju. U okruženjima s jakom interferencijom, tradicionalne metode ne uspevaju. Rešenja uključuju uvodjenje IEE-Business 1588 Protokola tačnog vremena i korišćenje preciznog označavanja vremena i moderne komunikacije za sinhronizaciju.

Sinhronizacija putem optičkih vlakana, sa visokom brzinom i odbojnošću na interferenciju, odgovara visokopreciznim scenarijima (npr. data centri). Nije utičena elektromagnetskom interferencijom, što osigurava čistoću signala, ali ima visoku cenu implementacije. Sinhronizacija putem GPS-a je ekonomična, pokriva široke područje i odgovara raspoređenim mrežama. Koristi satelitske signale za označavanje vremena, ali je manje stabilna pod jakom interferencijom. Usporedba preciznosti sinhronizacije pod različitim interferencijama dat je u Slici 1.

Za rešavanje ovih izazova, odaberite odgovarajuću tehnologiju sinhronizacije u zavisnosti od okruženja primene i potreba kalibracije. Prioritet dajte sinhronizaciji putem optičkih vlakana za niske EMI i visokoprecizne scenarije. Za geografski raspoređene električne mreže, razmotrite sinhronizaciju putem GPS-a i optimizujte položaj prijemnika kako biste smanjili interferenciju signala. Kombinovanje oboje takođe povećava preciznost sinhronizacije i pouzdanost sistema.

3 Zaključak

Zaključno, provedbom dubinskog istraživanja tehnologije kalibracije DC-elektronskih transformatora struje i njihove primene, to ne samo što je od velike važnosti za poboljšanje performansi i pouzdanosti transformatora struje, već je i ključni faktor u poticanju tehnoloških inovacija i održivog razvoja električnih sistema. U budućnosti, dok se nastavlja optimizacija tehnologije kalibracije, treba paziti i na performanse ove tehnologije u praktičnoj primeni kako bi se osiguralo da ona zadovoljava visoke standarde modernih električnih mreža.