Nøkkelteknologier og utfordringer ved høyspennings-elektroniske transformatorer

Tradisjonelle strømtransformatorer står overfor innvendige problemer på grunn av deres sensorer. Kritisk er de viktige for overvåking, kontroll og beskyttelse av kraftverk (f.eks. feilregistrering, sikkerhetskontroll). Imidlertid kompliserer stor elektrisk energioverføring via informasjonsbærere og mangelen på digitalt signalet fra digitale systemer sekundærokommunikasjonen. Kompleks sekundærledning kompenserer for mikrodatamaskiners høy pålitelighet, som forenkler beskyttelse og sekundære enheter. Denne innovasjonen vil integrere sekundære utstyr i systemer, akselererer digitalisering/dataflytting av understationer og omformer kraftsystemautomatisering/beskyttelse.

Elektroniske transformatorer håndterer optisk overføringsisolering, men høyspenningslinjer for signalfiktering/overføring trenger stabil, pålitelig DC-strøm—et viktig teknisk utfordring basert på fysikk. En variabel elektromagnetisk felt rundt den målte høyspenningslederen, tilgjengelig gjennom elektromagnetisk induksjon, er ideal (energien er "selvstimulerende", hentet fra og brukt for det målte objektet, basert på AC-elektromagnetisk stimulering). Likevel tvinger tekniske hindringer til å stole på kostbare metoder (f.eks. lasere, mikrobølger). Denne artikkelen utforsker selvregulering av strømforsyning via nyttige elektroniske teknologier, som dekker optisk kommunikasjon og magnetiske materialer.

1 Luftkjernespole

På dette stadiet bruker høyspenning ETA luftkjernespoler som sensorer. Lavspenning halvlederlasere, drevet av fiberoptikk på høyspenning modulerte linjer, konverterer spenningssignaler. Målt elektrisk info (innført som digitale signaler) driver LED-er, med fiberoptikk som overfører signaler til lavspenningsiden som lysimpulser.

I motsetning til tradisjonelle transformatorvindinger følger luftkjernespoler streng regler: Sekundære vindinger er jevnt fordelt på ikke-metalliske magnetiske skjeletter (uniform tværseksjon); polene har samme form; hver vindings horisontale plan må være vinkelrett på tangenten til polens skall (ellers øker målingsfeil). Halvmanual vinding mislykkes ofte disse kriteriene i praksis, øker strømforbruk under masseproduksjon. Typisk når luftkjernespolestruktur nøyaktighet toppen på 0,1% (gjennomsnitt 2%).

Selv om temperaturrelatert drift er enkel, krever IEC-standarder klare kvantitative krav for sekundærutdata under angitt strøm—alle initielle avvik teller mot målingsfeil. Løsning av luftkjernetransformatoratomisering i produksjon er viktig. Transformatorer med motstandsetiketter trenger spesiell godkjenning (fra Elektriske og Mekaniske Tjenester) for sekundærutdata, som hemmer industrialisering. Dermed trengs nye luftkjernespole-optiske sensorstrukturer. Gjennom PCB-teknologi utviklet forskere innovative design, som øker målnøyaktighet og stabilitet.

2 Overgangsegenskaper

I høyspenningsnett, fører stor systemkapasitet til en konstant, relativt lang primær syklus. Relébeskyttelse aktiveres under overganger, med lange kortslutningsstrømmer. For å sikre at beskyttelsesenheter fungerer, må transformatorer forbli litt deformert; det andre utdatasignal erstatter den første avbrytingsstrømmen, og overgangsdefekter innen satt tid må ikke overskride grenser. Overgangsegenskapene til luftkjernespolebaserte elektroniske strømtransformatorer er en viktig styrke.

En integrator, med en begrenset tidskonstant, gjenoppretter målte elektriske signaler. Hvis kretser har jod-periodiske komponenter, avhenger feilegenskapene mer av lavfrekvens. Lavere frekvenser forbedrer sporring og reduserer feil (f.eks. et systemets åpningsdel svekket i 0,5s krever at strømtransformatorens lavfrekvens holdes under 2Hz for bedre dempingssyklussporring). Rovtre overgangsdekning og utdatasignalattenuering oppstår når luftkjernestrømtransformatorer og integratorer slutter ved null primærstrøm. Uforenlig med null-posisjon avsluttningssystemer fører til målingsfeil. Derfor er integratordesign og -optimalisering kritisk for luftkjernetransformatorprestasjon.

3 Strømforsyning på høyspenningsiden

Luftkjernestrømtransformatorer bruker "energiforsyningskilder" for å trekke energi fra primærlederen ved høy spenning. Elektroniske kretser gir strøm, men veldig lave primærstrømmer (f.eks. ≤5% angitt strøm) forhindrer strømtransformatorer i å opprettholde normal opplasting eller overføre energi, som skaper en strømdødsond. Design av fiberoptisk strøm for lavspennings halvlederlasere i høy spenning modulerte kretser møter høyt strømforbruk (≈60mW).

Balansering av energibruk og ytelse er nøkkelpunkt: med 30% fotoelektrisk konverteringseffektivitet, trenger halvlederlasere minst 180mW utdata—forkorter deres levetid og øker kostnader. Hybrid energibærere løser dette: KT gir strøm for høye primærstrømmer; laserbaserte strømkilder utvider levetid for lave strømmer. Avhengighet av lasere risikerer transformatornedbrytelse hvis de stopper, så to optiske modulatorer og smarte kontrolleringsstrategier (for å forutsi modusswitching og håndtere kortslutninger) er nødvendig, øker kostnader men sikrer pålitelig strøm.

4 Pålitelighetsdesign

Elektroniske demper utkonkurrerer tradisjonelle, men er avhengige av komplekse teknologier (f.eks. teknologioverføring, høy spenningskompetanse), endelig erstatter dem. Redundans øker pålitelighet: beskyttelseskanaler bruker dobbelt redundante luftkjernespoler og konvertere. Nødvendige verktøy (f.eks. strømmodulkonvertere) trenger enkle automatisering. Beskyttelsesforanstaltninger adresserer kortslutningens påvirkning på samplingssykler og høytydighet lasere i ATM-beskyttelseskanaler. Høytydighet lasere representerer operatør-risiko, men slutter med strømmoduler for å unngå farer.