Ključne tehnologije in izzivi visokonapetostnih elektronskih transformatorjev

Tradicionalni električni transformatorji se soočajo z notranjimi težavami zaradi svojih senzorjev. Ključno je, da so vitalni za nadzor, kontroliranje in zaščito elektrarn, na primer za beleženje napak in varnostno kontrolo. Vendar pa velika prenosa električne energije preko informacijskih nosilcev in pomanjkanje digitalnega izhoda iz digitalnih sistemov zapletajo sekundarno komunikacijo. Kompleksna sekundarna žice kompensirajo visoko zanesljivost mikračunalnikov, poenostavljajo zaščito in sekundarne naprave. Ta inovacija bo integrirala sekundarne naprave v sisteme, pospešila digitalizacijo/računalniško obdelavo podstani in preoblikovala avtomatizacijo/zaščito elektroenergetskega sistema.

Elektronski transformatorji obravnavajo optično prenosno izolacijo, vendar pa za beleženje/prenos signalov na visokonapetostnih črtah potrebujemo stabilno in zanesljivo enosmerno napetost – ključno tehnično izziv, ki je utemeljen v fiziki. Promenljivo magnetno polje okoli merjenega visokonapetostnega vodnika, dosegljivo preko elektromagnetske indukcije, je idealno (energija je "samostimulativna", izvlečena iz in uporabljena za merjen objekt, temeljita na AC elektromagnetski stimulaciji). Vseeno tehnične ovire prisilijo odvisnost od dragih metod (na primer, lazerjev, mikrovalov). Ta članek raziskuje samoregulacijo oskrbe s strani napredne elektronske tehnologije, ki zajema optično komunikacijo in magnetne materialove.

1 Zračni žice

Na tej stopnji visokonapetostni ETA uporablja zračne žice kot elemente za čut. Nizkonapetostni polprevodniški lazerji, ki jih napaja optične vlakne na visokonapetostnih moduliranih črtah, pretvarjajo napetostne signale. Merjene električne informacije (vnesene kot digitalni signali) pogajajo LED-je, s katerimi optične vlakne prenašajo signale na nizkonapetostno stran kot optične puščice.

V nasprotju z tradicionalnimi transformatorskimi navoji zračne žice sledijo strogom pravilom: Sekundarni navoji so ravnomerno porazdeljeni na nemetalne magnetne skelete (enakomerna prereza); žice imajo isto obliko; vsaka navoj mora biti v horizontalni ravnini usmerjena pravokotno na tangento žičnega škroba (sicer se povečajo meritvene napake). Polručna navijanje pogosto ne ustrezata teh kriterijev v praksi, kar povečuje porabo energije pri masovni proizvodnji. Običajno doseže točnost strukture zračne žice do 0,1% (povprečje 2%).

Čeprav je temperaturno delovanje preprosto, standardi IEC določajo jasne kvantitativne zahteve za sekundarni izhod pri nominalnem toku – vse začetne odklone se štejejo za meritvene napake. Reševanje atomizacije zračnih transformatorjev v proizvodnji je ključno. Transformatorji z označili odpornosti potrebujejo posebno odobritev (od Električne in Mehanične Storitev) za sekundarni izhod, kar preprečuje industrializacijo. Torej so potrebne nove strukture optičnih senzorjev zračnih žic. S pomočjo PCB tehnologije so raziskovalci razvili inovativne dizajne, ki so izboljšali točnost in stabilnost merjenja.

2 Prehodne značilnosti

V visokonapetostnih omrežjih velika kapaciteta sistema vodi do konstantnega, relativno dolgega primarnega cikla. Relativna zaščita aktivira med prehodi, s dolgotrajnimi kratkimi tokovi. Za zagotavljanje delovanja naprav za zaščito morajo transformatorji ostati le malo distorzijski; drugi izhodni signal nadomešča prvi prekinjeni tok, in prehodne napake znotraj določenega časa ne smejo presegati mej. Prehodne lastnosti elektronskih močnih transformatorjev na osnovi zračnih žic so ključna moč.

Integrator s ograničenim časovnim konstantom obnovlja merjene električne signale. Če imajo krivulje iodine-periodične komponente, se značilnosti napak bolj odvijajo glede na nizke frekvence. Nižje frekvence izboljšajo sledenje in zmanjšajo napake (na primer, slabljenje odpiralca sistema v 0,5s zahteva, da je nizka frekvenca močnega pretvornika nižja od 2Hz za boljše sledenje dušenemu ciklu). Počasnejši prehodni padec in zmanjšanje izhodnega signala nastopita, ko se zračni tokovni transformatorji in integratori izklopijo pri ničelnem primarnem toku. Neskladje s sistemi za izklop pri ničli povzroča meritvene napake. Torej je kritično oblikovanje in optimizacija integratorjev za učinkovitost zračnih transformatorjev.

3 Oskrba s strani visoke napetosti

Zračni močni transformatorji uporabljajo "oskrbo s strani virov energije" za pridobivanje energije iz primarnega vodnika pri visoki napetosti. Elektronski krugovi zagotavljajo energijo, vendar zelo nizki primarni tokovi (na primer, ≤5% nominalnega toka) preprečujejo, da bi tokovni pretvorniki vzdrževali normalno vzbuhanje ali prenašali energijo, kar ustvarja mrtvo območje energije. Oblikovanje vlaknenih svetlobnih virov za visokonapetostne modulacijske krugove nizkonapetostnih polprevodniških lazerjev se sooča z visoko porabo energije (≈60mW).

Izbiranje med porabo energije in zmogljivostjo je ključno: z 30% učinkovitostjo fotoelektričnega pretvorbe, polprevodniškim lazerjem potrebujemo vsaj 180mW izhoda – kar skrči njihovo življenjsko dobo in poveča stroške. Hibridi energijskih nosilcev rešijo to: KT zagotavlja energijo za visoke primarne toke; lasere lahko podaljšajo življenjsko dobo za nizke toke. Odvisnost od lazerjev lahko povzroči propad transformatorja, če se ustavijo, zato sta potrebna dva optična modulatorja in pametna strategija nadzora (za napovedovanje preklopa načinov in obvladovanje kratkih zamen), kar dodaja stroškov, vendar zagotavlja zanesljivo oskrbo s strani energije.

4 Oblikovanje zanesljivosti

Elektronski dušilniki prevladujejo tradicionalne, vendar se opirajo na kompleksne tehnologije (na primer, prenos tehnologije, visokonapetostna znanja), ki končno nadomeščajo. Redundancija poveča zanesljivost: kanali za zaščito uporabljajo dvojno redundante zračne žice in pretvornike. Ključne orodje (na primer, pretvorniki močnih modulov) potrebujejo preprosto avtomatizacijo. Varnostne mere obravnavajo vpliv kratkih zamen na vzorčne cikle in visokozmogljive lasere v kanalih za zaščito ATM. Visokozmogljivi laseri predstavljajo tveganje za operaterje, vendar se izklopijo s močnimi moduli, da preprečijo tveganja.