Ključne tehnologije i izazovi visokonaponskih elektroničkih transformatora

Tradicionalni transformatori struje suočavaju se s ugrađenim problemima izazvanim njihovim senzorima. Kritično je da su oni vitalni za nadzor kontrolu i zaštitu elektranama (npr. snimanje grešaka, kontrola sigurnosti). Međutim, velika prenos električne energije putem nosača informacija i nedostatak digitalnog signala izlaza iz digitalnih sistema komplicira sekundarnu komunikaciju. Kompleksna sekundarna provodnica kompenzira visoku pouzdanost mikoračunara, pojednostavljujući zaštitu i sekundarne uređaje. Ova inovacija će integrirati sekundarne uređaje u sustave, ubrzavajući digitalizaciju/racunalizaciju podstaničkih objekata i transformirajući automatizaciju/zaštitu sustava snage.

Elektronički transformatori rukuju optičkom izolacijom prijenosa, ali visokonaponske linije za snimanje/prenos signala trebaju stabilnu i pouzdanu DC struju - ključni tehnički izazov temeljen na fizici. Promjenjivo elektromagnetsko polje oko mjerene visokonaponske vodiče, dostupno putem elektromagnetske indukcije, idealno je (energija je "samoodrživa", ekstrahirana i korištena za mjereni predmet, temeljena na AC elektromagnetskoj stimulaciji). Ipak, tehnički prepreke prisiljavaju ovisnost o skupim metodama (npr. laserskih zraka, mikrovalova). Ovaj rad istražuje samoregulaciju napajanja putem savremenih elektroničkih tehnologija, pokrivajući optičku komunikaciju i magnetske materijale.

1 Bobina s zračnim jezgrom

U ovom fazi, ETA visokog napon stvara upotrebu bobina s zračnim jezgrom kao elementi osjetila. Niskonaponski poluprovodnički laserski svjetlovi, pohranjeni od optičkih vlakana na visokonaponskim moduliranim linijama, pretvaraju signale naponske struje. Mjerene električne informacije (ulaz kao digitalni signal) pokreću LED-e, s optičkim vlaknama koje prenose signale na niskonaponsku stranu kao optičke impulsi.

U suprotnosti sa tradicionalnim namotajem transformatora, bobine s zračnim jezgrom slijede stroge pravilnice: Sekundarni namotaji ravnomjerno su raspoređeni na nemetalne magnetske skelete (uniformni presjek); bobine dijele isti oblik; horizontalna ravnina svakog namotaja mora biti okomita na tangentu ljuske bobine (inače, povećavaju se pogreške mjerenja). Polu-manualni namotaj često ne ispunjava ova kriterija u praksi, povećavajući potrošnju energije tijekom masovne proizvodnje. Obično, točnost strukture bobine s zračnim jezgrom doseže vrhunac od 0,1% (prosječno 2%).

Iako je rad vezan uz temperaturu jednostavan, standardi IEC propisuju jasne kvantitativne zahtjeve za sekundarnim izlazom pod nominiranoj strujom - sve početne odstupanja brojaju se prema pogreškama mjerenja. Rješavanje atomizacije transformatora s zračnim jezgrom u proizvodnji je ključno. Transformatori s etiketama otpora trebaju posebnu odobrenju (od Ureda za električne i mehaničke usluge) za sekundarni izlaz, sprečavajući industrializaciju. Stoga su potrebne nove strukture optičkih senzora bobina s zračnim jezgrom. Putem tehnologije PCB-a, istraživači razvili su inovativne dizajne, poboljšavajući točnost i stabilnost mjerenja.

2 Prehodne karakteristike

U visokonaponskim mrežama, velika kapacitet sistema dovodi do konstantnog, relativno dugog primarnog ciklusa. Relé zaštita aktivira se tijekom prijelaza, s dugotrajnim kratičnim strujama. Da bi se osiguralo funkcioniranje uređaja za zaštitu, transformatori moraju ostati blago deformed; drugi izlazni signal zamjenjuje prvu prekidnu struju, a prehodne defekte unutar postavljenog vremenskog okvira ne smiju prekoračiti granice. Prehodna performansa elektronskih transformatora snage bazirana na bobinama s zračnim jezgrom jest ključna jačina.

Integrator s ograničenim vremenskim konstantama obnavlja mjerene električne signale. Ako krugovi imaju jod-periodične komponente, karakteristike grešaka više ovisi o niskim frekvencijama. Niže frekvencije poboljšavaju praćenje i smanjuju greške (npr. oslabljenje otvarajućeg elementa sustava za 0,5s zahtijeva da frekvencija niske struje ostane ispod 2Hz za bolje praćenje demping ciklusa). Sporiji prehodni pad i atenuacija izlaznog signala događaju se kada se transformatori struje s zračnim jezgrom i integratori isključe kod nule primarne struje. Neslaganje s sustavima isključivanja na poziciji nule uzrokuje pogreške mjerenja. Stoga je dizajn i optimizacija integratora ključna za performanse transformatora s zračnim jezgrom.

3 Napajanje visokonaponske strane

Transformatori struje s zračnim jezgrom koriste "napajanje uzimajuće energiju" kako bi povukli energiju iz primarnog vodiča na visokom naponu. Elektronički krugovi pružaju energiju, ali vrlo niske primarne struje (npr. ≤5% nominirane struje) sprječavaju pretvarače struje u održavanju normalne pobude ili prenošenju energije, stvarajući mrtvu zonu napajanja. Dizajniranje napajanja optičkih vlakana za niskonaponske poluprovodničke lasere u visokonaponskim modulacijskim krugovima suočava se s visokom potrošnjom energije (≈60mW).

Balansiranje upotrebe energije i performansi je ključno: s 30% učinkovitosti fotoelektrične pretvorbe, poluprovodnički laserski svjetlovi trebaju barem 180mW izlaza - skraćujući njihov životni vijek i povećavajući troškove. Hibridi nosača energije rješavaju ovo: KT pruža napajanje za visoke primarne struje; laserska napajanja produžuju životni vijek za niske struje. Ovisnost o laserima naraža na opasnost prestanka rada transformatora ako se oni isključe, pa su potrebni dva optička modulatora i inteligentne strategije kontrole (za predviđanje prelaza moda i rukovanje kratkim spojevima), povećavajući troškove, ali osiguravaju pouzdano napajanje.

4 Dizajn pouzdanosti

Elektronički gaseći elementi prevladavaju tradicionalne, ali ovisi o složenim tehnologijama (npr. transfer tehnologije, stručnjaci za visok napon), eventualno ih zamjenjuju. Redundancija povećava pouzdanost: kanali za zaštitu koriste dvostruku redundanciju bobina s zračnim jezgrom i pretvarača. Ključni alati (npr. pretvarači napajanja modula) trebaju jednostavnu automatizaciju. Zaštite obrađuju utjecaje kratkih spojeva na uzorkovanje ciklusa i visoko performantne lasere u kanalima zaštitne mreže ATM. Visoko performantni laseri predstavljaju opasnost za operatere, ali se isključuju s modulima napajanja kako bi se spriječile opasnosti.