उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मरों की मुख्य प्रौद्योगिकियाँ और चुनौतियाँ

पारंपरिक विद्युत परिवर्तक अपने सेंसरों के कारण मौजूदा समस्याओं का सामना करते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, वे विद्युत संयंत्रों की निगरानी, नियंत्रण और सुरक्षा (जैसे, दोष रिकॉर्डिंग, सुरक्षा नियंत्रण) के लिए आवश्यक हैं। हालांकि, सूचना वाहकों के माध्यम से बड़ी मात्रा में विद्युत ऊर्जा के प्रसारण और डिजिटल प्रणालियों से डिजिटल सिग्नल आउटपुट की कमी द्वितीयक संचार को जटिल बनाती है। जटिल द्वितीयक तार विन्यास इकाइयों की उच्च विश्वसनीयता को संतुलित करता है, सुरक्षा और द्वितीयक उपकरणों को सरल बनाता है। यह नवीनता द्वितीयक उपकरणों को प्रणालियों में एकीकृत करेगी, उपस्थिति डिजिटलीकरण/कंप्यूटरीकरण को तेज करेगी और विद्युत प्रणाली स्वचालन/सुरक्षा को बदलेगी।

इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तक ऑप्टिकल प्रसारण अलगाव संभालते हैं, फिर भी उच्च-वोल्टेज लाइनों के लिए सिग्नल रिकॉर्डिंग/प्रसारण के लिए स्थिर, विश्वसनीय DC पावर की आवश्यकता होती है - भौतिकी की दृष्टि से एक प्रमुख तकनीकी चुनौती। मापी गई उच्च-वोल्टेज चालक के चारों ओर एक परिवर्तनीय इलेक्ट्रोमैग्नेटिक क्षेत्र, जिसे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक प्रेरण से प्राप्त किया जा सकता है, आदर्श है (ऊर्जा "स्व-प्रेरक" है, मापी गई वस्तु से निकाली जाती है और AC इलेक्ट्रोमैग्नेटिक प्रेरण पर आधारित है)। फिर भी, तकनीकी बाधाएँ महंगी विधियों (जैसे, लेजर, माइक्रोवेव) पर निर्भरता को बढ़ावा देती हैं। यह शोधपत्र कटिंग-एज इलेक्ट्रॉनिक तकनीक के माध्यम से पावर सप्लाई स्व-नियमन पर विचार करता है, ऑप्टिकल कम्युनिकेशन और चुंबकीय सामग्रियों को शामिल करता है।

1 हवा-कोर कुंडल

इस चरण में, उच्च-वोल्टेज ETA हवा-कोर कुंडलों का उपयोग सेंसिंग तत्वों के रूप में करता है। उच्च-वोल्टेज मॉड्यूलेटेड लाइनों पर ऑप्टिकल फाइबरों द्वारा संचालित निम्न-वोल्टेज सेमीकंडक्टर लेजर्स, वोल्टेज सिग्नल को परिवर्तित करते हैं। मापी गई विद्युत जानकारी (डिजिटल सिग्नल के रूप में इनपुट) LED को चलाती है, जिससे ऑप्टिकल फाइबर निम्न-वोल्टेज पक्ष पर सिग्नल को ऑप्टिकल पल्स के रूप में प्रसारित करते हैं।

पारंपरिक परिवर्तक वाइंडिंग के विपरीत, हवा-कोर कुंडल नियमों का पालन करते हैं: द्वितीयक वाइंडिंग गैर-धातु चुंबकीय ढांचे पर समान रूप से वितरित होते हैं (समान अनुप्रस्थ काट); कुंडल समान आकार के होते हैं; प्रत्येक वाइंडिंग का क्षैतिज तल कुंडल के खोल की स्पर्श रेखा के लंबवत रखा जाना चाहिए (नहीं तो, मापन त्रुटियाँ बढ़ जाती हैं)। अर्ध-मैनुअल वाइंडिंग व्यावहारिक रूप से इन मानदंडों को पूरा नहीं कर पाती, जिससे दूरस्थ उत्पादन में शक्ति की खपत बढ़ जाती है। आमतौर पर, हवा-कोर कुंडल संरचनात्मक यथार्थता 0.1% (औसत 2%) पर शीर्ष पर पहुंचती है।

जबकि तापमान-संबंधी संचालन सरल है, IEC मानकों के अनुसार रेटेड धारा के तहत द्वितीयक आउटपुट के लिए स्पष्ट मात्रात्मक आवश्यकताएं होती हैं - सभी प्रारंभिक विचलन मापन त्रुटियों में गिने जाते हैं। उत्पादन में हवा-कोर परिवर्तक के अणुकरण को हल करना महत्वपूर्ण है। प्रतिरोध लेबल वाले परिवर्तकों को द्वितीयक आउटपुट के लिए विशेष मंजूरी (विद्युत और यांत्रिक सेवा विभाग से) की आवश्यकता होती है, जो औद्योगिकीकरण को रोकती है। इसलिए, नए हवा-कोर कुंडल ऑप्टिकल सेंसर संरचनाओं की आवश्यकता है। PCB तकनीक के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने नवीन डिजाइन विकसित किए, जो मापन यथार्थता और स्थिरता को बढ़ाते हैं।

2 प्रत्यागामी विशेषताएं

उच्च-वोल्टेज ग्रिड में, बड़ी प्रणाली की क्षमता एक निरंतर, अपेक्षाकृत लंबे प्राथमिक चक्र का कारण बनती है। रिले सुरक्षा अंतराल के दौरान सक्रिय होती है, लंबी अवधि के छोटे-सर्किट धाराओं के साथ। सुरक्षा उपकरणों के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, परिवर्तक थोड़ा विकृत रहना चाहिए; द्वितीयक आउटपुट सिग्नल पहले के अवरोधन धारा को बदलता है, और निर्धारित समय के भीतर प्रत्यागामी दोष सीमा से अधिक नहीं होने चाहिए। हवा-कोर कुंडल-आधारित इलेक्ट्रॉनिक पावर परिवर्तकों की प्रत्यागामी प्रदर्शन एक प्रमुख शक्ति है।

सीमित समय स्थिरांक के साथ एक इंटीग्रेटर, मापी गई विद्युत सिग्नलों को पुनर्प्राप्त करता है। यदि सर्किट में आयोडीन-परियोजित घटक हों, तो त्रुटि विशेषताएं निम्न-सिरे आवृत्तियों पर अधिक निर्भर करती हैं। निम्न-सिरे आवृत्तियों ने ट्रैकिंग को सुधारती हैं और त्रुटियों को कम करती हैं (जैसे, एक प्रणाली का खुलने वाला तत्व 0.5s में कमजोर होने पर, पावर कन्वर्टर की निम्न-आवृत्ति 2Hz से नीचे रहनी चाहिए बेहतर डैम्पिंग चक्र ट्रैकिंग के लिए)। जब हवा-कोर धारा परिवर्तक और इंटीग्रेटर शून्य प्राथमिक धारा पर बंद होते हैं, तो धीमी प्रत्यागामी क्षय और आउटपुट सिग्नल का कम होना होता है। शून्य-स्थिति बंद प्रणालियों के साथ असंगति मापन त्रुटियों का कारण बनती है। इसलिए, हवा-कोर परिवर्तक के प्रदर्शन के लिए इंटीग्रेटर डिजाइन और अनुकूलन महत्वपूर्ण हैं।

3 उच्च-वोल्टेज पक्ष पावर सप्लाई

हवा-कोर पावर परिवर्तक "ऊर्जा-लेने वाली पावर सप्लाई" का उपयोग करते हैं उच्च वोल्टेज पर प्राथमिक चालक से ऊर्जा लेने के लिए। इलेक्ट्रॉनिक सर्किट पावर प्रदान करते हैं, लेकिन बहुत कम प्राथमिक धाराएँ (जैसे, ≤5% रेटेड धारा) धारा कन्वर्टरों को सामान्य प्रेरण या ऊर्जा प्रसारण बनाए रखने से रोकती हैं, ऊर्जा मृत जोन बनाती हैं। निम्न-पक्ष सेमीकंडक्टर लेजर्स के लिए उच्च-वोल्टेज मॉड्यूलेटेड सर्किट के लिए ऑप्टिकल फाइबर पावर डिजाइन करना उच्च शक्ति खपत (≈60mW) का सामना करता है।

ऊर्जा उपयोग और प्रदर्शन के बीच संतुलन आवश्यक है: 30% फोटोइलेक्ट्रिक कन्वर्जन दक्षता के साथ, सेमीकंडक्टर लेजर्स को कम से कम 180mW आउटपुट की आवश्यकता होती है - जो उनकी लंबाई को कम करती है और लागत बढ़ाती है। हाइब्रिड ऊर्जा वाहक इस समस्या का समाधान करते हैं: KT उच्च प्राथमिक धाराओं के लिए पावर प्रदान करता है; लेजर-आधारित सप्लाई निम्न धाराओं के लिए लंबाई बढ़ाते हैं। लेजरों पर निर्भरता लेजरों की रोक जाने पर परिवर्तक की विफलता का खतरा बन जाती है, इसलिए दो ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर और स्मार्ट कंट्रोल स्ट्रेटेजी (मोड स्विचिंग की भविष्यवाणी करने और छोटे-सर्किट का संभालने के लिए) की आवश्यकता होती है, जो लागत बढ़ाती है लेकिन विश्वसनीय पावर सुनिश्चित करती है।

4 विश्वसनीयता डिजाइन

इलेक्ट्रॉनिक डैम्पर पारंपरिक डैम्परों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं लेकिन जटिल तकनीकों (जैसे, टेक ट्रांसफर, उच्च-वोल्टेज विशेषज्ञता) पर निर्भर करते हैं, अंततः उन्हें प्रतिस्थापित कर देते हैं। विश्वसनीयता को बढ़ाने के लिए गैर-संगति: सुरक्षा चैनल द्वितीयक रेडंडेंट हवा-कोर कुंडल और कन्वर्टर का उपयोग करते हैं। महत्वपूर्ण उपकरण (जैसे, पावर मॉड्यूल कन्वर्टर) को सरल स्वचालन की आवश्यकता होती है। संरक्षण उपाय नमूना चक्रों पर छोटे-सर्किट के प्रभाव और ATM सुरक्षा चैनल में उच्च-प्रदर्शन लेजरों को संबोधित करते हैं। उच्च-प्रदर्शन लेजर ऑपरेटरों के लिए जोखिम पैदा करते हैं लेकिन पावर मॉड्यूल के साथ बंद हो जाते हैं ताकि हानिकारक घटनाओं से बचा जा सके।