Виклики та протидія при технології калібрування DC електронних перетворювачів струму

У сучасних електроенергетичних системах пристрої для вимірювання струму постійного струму грають ключову роль. Вони не тільки використовуються для високоточного вимірювання струму, але й служать ключовими інструментами для оптимізації мережі, виявлення аварій та управління енергією. Зі швидким розвитком технології передачі електроенергії постійного струму (HVDC) та її широкого розповсюдження по всьому світу, вимоги до продуктивності пристроїв для вимірювання струму постійного струму стали все більш строгими, особливо з точки погляду точності вимірювання та сумісності з системою. Тому технологія калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму стала ключем до забезпечення безпечного, стабільного та ефективного функціонування електроенергетичних систем.

1 Аналіз технології калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму
1.1 Основні принципи калібрування

Калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму базується на принципі магнітно-модульованого компаратора струму постійного струму та оптико-волоконної цифрової синхронізації. Серед них, магнітно-модульований компаратор струму постійного струму використовує магнітну модуляцію для вимірювання величини струму постійного струму. Ця технологія спирається на вплив магнітного поля, утвореного струмом, на магнітні властивості залізного сердечника. На практиці, коли струм проходить через головний провідник, він намагнічувує оточуючий залізний сердечник. Намагнічений залізний сердечник впливає на струм в додатковій обмотці через свої зміни, і цей вплив можна використовувати як основу для вимірювання величини струму в головному провіднику.

1.2 Склад калібрувальної системи

Калібрувальна система для електронних пристроїв вимірювання струму постійного струму складається з джерела струму постійного струму, підключення та синхронізації стандартного приладу та перевіряемого пристрою, а також високоточного блоку збору даних. Дизайн та функції кожного елемента мають вирішальне значення для точності та надійності процесу калібрування.

• Джерело струму постійного струму відповідає за забезпечення стабільного та регульованого струму для калібрування. Його дизайн повинен задовольняти вимоги високої стабільності та низької ряби виводу, щоб імітувати роботу трансформатора струму в різних умовах струму. Для досягнення цієї мети, джерело струму зазвичай використовує прецизійні електронні компоненти та замкнуту систему зворотного зв'язку для реального часу налаштування виводу та підтримки стабільності струму. Навіть при зміні навантаження або коливаннях живлення, він може гарантувати точність виводного струму.

• Коли джерело струму постійного струму забезпечує основний струм, правильне підключення та синхронізація стандартного приладу та перевіряемого пристрою є ключовими елементами для забезпечення точності результатів калібрування. Стандартний прилад зазвичай є високоточним приладом, сертифікованим державою, який надає значення струму з відомою точністю як відлік; перевіряемий пристрій - це трансформатор струму, який потрібно перевірити. Під час процесу калібрування, стандартний прилад та перевіряемий пристрій повинні працювати в строгій синхронізації, щоб забезпечити, що всі вимірювані дані отримані в однакових умовах роботи.

1.3 Методи калібрування

В процесі калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму, вибір методів калібрування має вирішальне значення для точності та надійності результатів вимірювання. Калібрування на місці та лабораторне калібрування мають власні переваги та недоліки. Високоточний цифровий метод прямого вимірювання надає ефективний спосіб калібрування. Методи калібрування для аналогових та цифрових виводів спеціально налаштовані для трансформаторів струму різних типів виводу, щоб адаптуватися до різних сценаріїв застосування.

(1) Порівняння калібрування на місці та лабораторного калібрування

Між двома методами існують значні відмінності щодо методів та середовища:

• Калібрування на місці: Відбувається безпосередньо на місці встановлення трансформатора струму і може відображати вплив факторів середовища, таких як температура, вологість та електромагнітні завади. Це підходить для великих пристроїв, чиє місце встановлення важко перемістити, або чиє роботу потрібно перевірити. Однак, якщо на місці є багато неблагоприятних факторів, а змінні середовища неможливо ефективно контролювати, точність калібрування може бути вплинута.

• Лабораторне калібрування: Середовище можна ефективно контролювати, а умови випробувань можна точно регулювати, що покращує повторюваність та точність калібрування. Однак, лабораторне середовище не може повністю імітувати робочий сценарій на місці, і важко комплексно аналізувати вплив середовища на місці на характеристики пристрою.

(2) Високоточний цифровий метод прямого вимірювання

З допомогою високоточного цифрового вимірювального обладнання, вивід трансформатора струму читається безпосередньо та порівнюється з відомим стандартним значенням, щоб швидко та ефективно отримати результат калібрування, зменшивши помилки в проміжних етапах.

(3) Методи калібрування для аналогових та цифрових виводів

Перевага цього методу полягає у повному врахуванні вивідних характеристик різних типів трансформаторів струму:

• Метод аналогового виводу: Використовується високоточний прилад для вимірювання струму для читання вивідного значення, а потім воно порівнюється зі стандартним значенням для калібрування, щоб забезпечити точність конвертації та вимірювання аналогового сигналу.

• Метод цифрового виводу: У процесі калібрування, аналітичне програмне забезпечення та технологія синхронізації поєднуються для передачі та обробки даних, щоб забезпечити, що точність калібрування відповідає вимогам, що підходить для потреб калібрування трансформаторів струму з цифровим виводом.

2 Виклики та протидія при застосуванні технології калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму
2.1 Протидія електромагнітним завадам на місці

При застосуванні калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму на місці, виникають серйозні електромагнітні завади. Вони виникають від електромагнітного середовища високовольтної мережі, включаючи радіацію від кабелів/обладнання та шум, згенерований системою. Такі завади впливають на точність вимірювання, викликаючи відхилення даних калібрування в системах HVDC та навіть пошкодження компонентів. Це призводить до моментальних помилок та довготривалих проблем зі стабільністю та надійністю.

Для вирішення цього, ключовою є оптимізація магнітної екранувальної конструкції. Принцип полягає в використанні матеріалів з високою пермеабельністю для створення екранувального шару навколо чутливих частин, що блокує зовнішні магнітні поля. При проектуванні, оцініть фактичне середовище (тип, інтенсивність та частота завад), оскільки це впливає на ефективність екранування. Ламінатна конструкція з багатошаровими, різноманітними пермеабельними матеріалами працює краще. Наприклад, зовнішній шар використовує матеріали з високою пермеабельністю, щоб поглинати більшість магнітних полів, а внутрішній шар використовує матеріали з високою опором для блокування залишкових полів. Оптимізовані дані про магнітне екранування представлені в таблиці 1.

2.2 Точність цифрової синхронізації

У калібруванні електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму, точність синхронізації є критичною. Калібрування часто потребує синхронізації багатьох пристроїв/джерел даних, розташованих в різних місцях. Точність та надійність даних залежать від часовій синхронізації; навіть невеликі відхилення можуть викликати неточності, що впливають на ефективність та безпеку електроенергетичної системи. Вибір та оптимізація технологій синхронізації, а також порівняння оптико-волоконної та GPS-синхронізації, є важливими.

При виборі та оптимізації, проблемою є контроль складних енергетичних середовищ та широкого географічного розподілу для точного синхронізації. У середовищі зі значними завадами, традиційні методи не працюють. Рішення включають введення протоколу IEEE1588 Precision Time Protocol та використання точного маркування часу та сучасних комунікацій для синхронізації.

Оптико-волоконна синхронізація, з високою швидкістю та антизавадною здатністю, підходить для сценаріїв з високою точністю (наприклад, дата-центри). Вона не впливає на електромагнітні завади, забезпечуючи чистоту сигналу, але має високі витрати на розгортання. GPS-синхронізація є економічно ефективною, охоплює широкі території та підходить для розкиданих мереж. Вона використовує супутникові сигнали для маркування часу, але менш стабільна у середовищі зі значними завадами. Порівняння точності синхронізації при різних завадах наведено на рис. 1.

Для вирішення цих проблем, виберіть відповідну технологію синхронізації, враховуючи середовище застосування та потреби калібрування. Пріоритетно використовуйте оптико-волоконну синхронізацію для сценаріїв з низьким EMI та високою точністю. Для географічно розкиданих електроенергетичних мереж, розгляньте GPS-синхронізацію та оптимізуйте розташування приймачів, щоб зменшити завади сигналу. Комбінація обох методів також збільшує точність синхронізації та надійність системи.

3 Висновки

На заключення, проведення глибоких досліджень технології калібрування електронних пристроїв для вимірювання струму постійного струму та їх застосування має велике значення не лише для покращення продуктивності та надійності трансформаторів струму, але й є ключовим фактором для стимулювання технологічних інновацій та сталого розвитку електроенергетичних систем. У майбутньому, продовжуючи оптимізацію технології калібрування, слід також приділити увагу продуктивності цих технологій у практичних застосуваннях, щоб забезпечити, що вони відповідають високим стандартам сучасних електроенергетичних мереж.