Teknologi Kunci dan Tantangan dari Trafo Elektronik Tegangan Tinggi
Transformator daya tradisional menghadapi masalah inheren karena sensor mereka. Secara kritis, mereka penting untuk pemantauan, kontrol, dan perlindungan pembangkit listrik (misalnya, perekaman kesalahan, kontrol keamanan). Namun, transmisi energi listrik besar melalui pembawa informasi dan kurangnya output sinyal digital dari sistem digital mempersulit komunikasi sekunder. Kawat sekunder yang kompleks mengkompensasi keandalan tinggi mikrokomputer, menyederhanakan perlindungan dan perangkat sekunder. Inovasi ini akan mengintegrasikan peralatan sekunder ke dalam sistem, mempercepat digitalisasi/komputerisasi substation dan mentransformasikan otomatisasi/perlindungan sistem tenaga.
Transformator elektronik menangani isolasi transmisi optik, namun garis tegangan tinggi untuk perekaman/transmisi sinyal membutuhkan daya DC yang stabil dan dapat diandalkan—sebuah tantangan teknis utama yang berakar pada fisika. Medan elektromagnetik variabel di sekitar konduktor tegangan tinggi yang diukur, yang dapat diperoleh melalui induksi elektromagnetik, adalah ideal (energi adalah "self-stimulating," diekstraksi dari dan digunakan untuk objek yang diukur, berdasarkan stimulasi elektromagnetik AC). Meskipun demikian, hambatan teknis memaksa bergantung pada metode mahal (misalnya, laser, gelombang mikro). Makalah ini menjelajahi regulasi daya sendiri melalui teknologi elektronik terkini, mencakup komunikasi optik dan bahan magnet.
1 Kumparan Inti Udara
Pada tahap ini, ETA tegangan tinggi menggunakan kumparan inti udara sebagai elemen sensor. Laser semikonduktor tegangan rendah, ditenagai oleh serat optik pada garis modulasi tegangan tinggi, mengubah sinyal tegangan. Informasi listrik yang diukur (masukan sebagai sinyal digital) menggerakkan LED, dengan serat optik mentransmisikan sinyal ke sisi tegangan rendah sebagai pulsa optik.
Berbeda dengan lilitan transformator tradisional, kumparan inti udara mengikuti aturan ketat: Lilitan sekunder didistribusikan secara merata pada rangka magnet non-logam (penampang seragam); kumparan memiliki bentuk yang sama; bidang horizontal setiap lilitan harus sejajar tegak lurus dengan tangen cangkang kumparan (jika tidak, kesalahan pengukuran meningkat). Penyimpangan sering terjadi dalam praktik penyusunan semi-manual, meningkatkan konsumsi daya selama produksi massal. Biasanya, akurasi struktural kumparan inti udara puncak pada 0,1% (rata-rata 2%).
Sementara operasi terkait suhu relatif sederhana, standar IEC mensyaratkan persyaratan kuantitatif jelas untuk output sekunder di bawah arus nominal—semua penyimpangan awal dihitung sebagai kesalahan pengukuran. Menyelesaikan atomisasi transformator inti udara dalam produksi sangat penting. Transformator dengan label resistansi memerlukan persetujuan khusus (dari Departemen Layanan Listrik dan Mekanik) untuk output sekunder, menghambat industrialisasi. Oleh karena itu, struktur sensor optik kumparan inti udara baru diperlukan. Melalui teknologi PCB, peneliti mengembangkan desain inovatif, meningkatkan akurasi dan stabilitas pengukuran.
2 Karakteristik Transien
Dalam jaringan tegangan tinggi, kapasitas sistem yang besar menyebabkan siklus primer yang konstan dan relatif panjang. Perlindungan relai aktif selama transisi, dengan arus pendek berdurasi panjang. Untuk memastikan operasi perangkat perlindungan, transformator harus tetap sedikit distorsi; sinyal output kedua menggantikan arus putus pertama, dan cacat transien dalam waktu tertentu tidak boleh melebihi batas. Kinerja transien transformator daya elektronik berbasis kumparan inti udara adalah kekuatan utama.
Integrator, dengan konstanta waktu terbatas, memulihkan sinyal listrik yang diukur. Jika sirkuit memiliki komponen iodine-periodic, karakteristik kesalahan lebih bergantung pada frekuensi rendah. Frekuensi rendah yang lebih rendah meningkatkan pelacakan dan mengurangi kesalahan (misalnya, elemen pembukaan sistem melemah dalam 0,5 detik memerlukan frekuensi rendah konverter daya tetap di bawah 2Hz untuk pelacakan siklus redaman yang lebih baik). Penurunan transien yang lebih lambat dan penurunan sinyal output terjadi saat transformator arus inti udara dan integrator mati pada arus primer nol. Ketidaksesuaian dengan sistem shutdown posisi nol menyebabkan kesalahan pengukuran. Oleh karena itu, desain dan optimasi integrator sangat kritis untuk kinerja transformator inti udara.
3 Sumber Daya Sisi Tegangan Tinggi
Transformator daya inti udara menggunakan "sumber daya ambil energi" untuk mengambil energi dari konduktor primer pada tegangan tinggi. Rangkaian elektronik menyediakan daya, tetapi arus primer yang sangat rendah (misalnya, ≤5% arus nominal) mencegah konverter arus mempertahankan eksitasi normal atau mentransmisikan energi, menciptakan zona mati daya. Merancang daya serat optik untuk sirkuit modulasi tegangan tinggi laser semikonduktor sisi rendah menghadapi konsumsi daya tinggi (≈60mW).
Menyeimbangkan penggunaan energi dan kinerja sangat penting: dengan efisiensi konversi fotolistrik 30%, laser semikonduktor membutuhkan output minimal 180mW—memendekkan umur dan meningkatkan biaya. Pembawa energi hibrid menyelesaikan ini: KT menyediakan daya untuk arus primer tinggi; sumber daya berbasis laser memperpanjang umur untuk arus rendah. Bergantung pada laser berisiko kegagalan transformator jika mereka berhenti, sehingga dua modulator optik dan strategi kontrol cerdas (untuk memprediksi pergantian mode dan menangani pendek-sirkuit) diperlukan, menambah biaya tetapi memastikan daya yang andal.
4 Desain Keandalan
Redam elektronik unggul dibandingkan yang tradisional tetapi bergantung pada teknologi kompleks (misalnya, transfer teknologi, keahlian tegangan tinggi), akhirnya menggantikannya. Redundansi meningkatkan keandalan: saluran perlindungan menggunakan kumparan inti udara dan konverter ganda-redundan. Alat kunci (misalnya, konverter modul daya) membutuhkan otomatisasi sederhana. Tindakan perlindungan menangani dampak pendek-sirkuit pada siklus sampling dan laser berkinerja tinggi dalam saluran perlindungan ATM. Laser berkinerja tinggi menimbulkan risiko operator tetapi dimatikan dengan modul daya untuk mencegah bahaya.
