เทคโนโลยีหลักและอุปสรรคของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเผชิญกับปัญหาที่เกิดจากเซ็นเซอร์ของตัวเอง สิ่งสำคัญคือ เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความจำเป็นสำหรับการตรวจสอบ ควบคุม และป้องกันในสถานีผลิตไฟฟ้า (เช่น การบันทึกข้อผิดพลาด การควบคุมความปลอดภัย) อย่างไรก็ตาม การส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่านตัวกลางในการสื่อสารและการขาดสัญญาณออกทางดิจิทัลจากระบบดิจิทัลทำให้การสื่อสารระดับสองซับซ้อน สายไฟระดับสองที่ซับซ้อนช่วยทดแทนความน่าเชื่อถือสูงของไมโครคอมพิวเตอร์ ทำให้การป้องกันและอุปกรณ์ระดับสองทำงานได้อย่างราบรื่น นวัตกรรมนี้จะรวมอุปกรณ์ระดับสองเข้ากับระบบ ทำให้การเปลี่ยนแปลงดิจิทัล/คอมพิวเตอร์ของสถานีไฟฟ้าเร็วขึ้น และเปลี่ยนแปลงระบบอัตโนมัติ/การป้องกันของระบบไฟฟ้า

หม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์สามารถจัดการกับการแยกแสง แต่สายไฟแรงสูงสำหรับการบันทึก/ส่งสัญญาณต้องใช้พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่มั่นคงและน่าเชื่อถือ เป็นความท้าทายทางเทคนิคหลักที่มาจากฟิสิกส์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงรอบตัวนำไฟฟ้าแรงสูงที่ต้องการวัด ซึ่งสามารถได้มาจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นตัวเลือกที่เหมาะสม (พลังงานเป็น "การกระตุ้นตนเอง" ที่ถูกสกัดออกมาจากและใช้สำหรับวัตถุที่ต้องการวัด บนพื้นฐานของการกระตุ้นแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ) อย่างไรก็ตาม อุปสรรคทางเทคนิคทำให้ต้องพึ่งพาวิธีการที่มีราคาแพง (เช่น เลเซอร์ ไมโครเวฟ) บทความนี้สำรวจการปรับตัวเองของแหล่งจ่ายไฟผ่านเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย ครอบคลุมการสื่อสารด้วยแสงและวัสดุแม่เหล็ก

1 ขดลวดแกนอากาศ

ในขั้นตอนนี้ ETA แรงสูงใช้ขดลวดแกนอากาศเป็นองค์ประกอบในการวัด ลาเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แรงดันต่ำ ที่ได้รับพลังงานจากใยแก้วนำแสงบนสายไฟแรงสูงที่ถูกโมดูล레이ต์ แปลงสัญญาณแรงดัน ข้อมูลไฟฟ้าที่วัดได้ (ป้อนเป็นสัญญาณดิจิทัล) ขับเคลื่อน LED ด้วยใยแก้วนำแสงส่งสัญญาณไปยังด้านแรงดันต่ำเป็นพัลส์แสง

ต่างจากขดลวดหม้อแปลงแบบดั้งเดิม ขดลวดแกนอากาศปฏิบัติตามกฎที่เคร่งครัด: ขดลวดรองกระจายอย่างเท่าเทียมบนโครงสร้างแม่เหล็กที่ไม่ใช่โลหะ (หน้าตัดสม่ำเสมอ) ขดลวดมีรูปร่างเหมือนกัน ระนาบแนวนอนของแต่ละขดลวดต้องตั้งฉากกับเส้นสัมผัสของเปลือกขดลวด (หากไม่เช่นนั้น ความคลาดเคลื่อนในการวัดจะเพิ่มขึ้น) การพันขดลวดแบบกึ่งอัตโนมัติมักไม่ผ่านเกณฑ์เหล่านี้ในทางปฏิบัติ ทำให้การบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้นในการผลิตจำนวนมาก โดยทั่วไปความแม่นยำของโครงสร้างขดลวดแกนอากาศสูงสุดที่ 0.1% (เฉลี่ย 2%)

แม้ว่าการทำงานที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิจะง่าย แต่มาตรฐาน IEC กำหนดความต้องการเชิงปริมาณที่ชัดเจนสำหรับเอาต์พุตระดับสองภายใต้กระแสที่กำหนด—ความคลาดเคลื่อนเริ่มต้นทั้งหมดนับเป็นความคลาดเคลื่อนในการวัด การแก้ไขการแบ่งละเอียดของหม้อแปลงแกนอากาศในการผลิตเป็นสิ่งสำคัญ หม้อแปลงที่มีฉลากความต้านทานต้องได้รับการอนุมัติพิเศษ (จากกรมไฟฟ้าและเครื่องกล) สำหรับเอาต์พุตระดับสอง ทำให้การอุตสาหกรรมเป็นไปได้ยาก ดังนั้นจึงต้องการโครงสร้างเซนเซอร์แสงขดลวดแกนอากาศใหม่ ผ่านเทคโนโลยี PCB นักวิจัยพัฒนาการออกแบบที่นวัตกรรม เพิ่มความแม่นยำและความมั่นคงในการวัด

2 ลักษณะชั่วขณะ

ในระบบไฟฟ้าแรงสูง ความจุของระบบขนาดใหญ่ทำให้มีวงจรปฐมภูมิที่ต่อเนื่องและยาวนาน ระบบป้องกันรีเลย์ทำงานระหว่างการเปลี่ยนแปลง พร้อมกับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีระยะเวลาสั้น ในการรับประกันการทำงานของอุปกรณ์ป้องกัน หม้อแปลงต้องรักษาสภาพที่บิดเบี้ยวเล็กน้อย สัญญาณเอาต์พุตระดับสองแทนที่กระแสไฟฟ้าแรก และความบกพร่องชั่วขณะภายในเวลาที่กำหนดไม่ควรเกินขีดจำกัด ประสิทธิภาพชั่วขณะของหม้อแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ขดลวดแกนอากาศเป็นจุดแข็งสำคัญ

อินทิกรัลที่มีค่าคงที่ของเวลาที่จำกัด ฟื้นฟูสัญญาณไฟฟ้าที่วัดได้ หากวงจรมีส่วนประกอบไอโอดีน-คาบที่มีระยะ ลักษณะความคลาดเคลื่อนจะขึ้นอยู่กับความถี่ต่ำมากขึ้น ความถี่ต่ำลงช่วยปรับปรุงการติดตามและลดความคลาดเคลื่อน (เช่น ระบบเปิดอ่อนแอใน 0.5 วินาที ต้องการให้ความถี่ต่ำของตัวแปลงพลังงานอยู่ต่ำกว่า 2Hz เพื่อติดตามวงจรการชลอตัวที่ดีขึ้น) เมื่อมีการปิดระบบขดลวดไฟฟ้ากระแสต่ำและอินทิกรัลที่แรงดันปฐมภูมิเป็นศูนย์ จะเกิดการสลายตัวชั่วขณะที่ช้าและการลดลงของสัญญาณเอาต์พุต ความไม่เข้ากันกับระบบปิดที่ตำแหน่งศูนย์ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด ดังนั้น การออกแบบและปรับปรุงอินทิกรัลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของหม้อแปลงแกนอากาศ

3 แหล่งจ่ายไฟฝั่งแรงดันสูง

หม้อแปลงไฟฟ้าแกนอากาศใช้ "แหล่งจ่ายไฟที่รับพลังงาน" เพื่อดึงพลังงานจากตัวนำปฐมภูมิที่แรงดันสูง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้พลังงาน แต่กระแสปฐมภูมิที่ต่ำมาก (เช่น ≤5% ของกระแสที่กำหนด) ทำให้ตัวแปลงกระแสไม่สามารถรักษาการกระตุ้นปกติหรือส่งผ่านพลังงาน ทำให้เกิดพื้นที่ตายของพลังงาน การออกแบบแหล่งจ่ายไฟใยแก้วนำแสงสำหรับวงจรการโมดูลเลตแรงดันสูงของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ฝั่งแรงดันต่ำเผชิญกับการบริโภคพลังงานสูง (~60mW)

การดุลยภาพระหว่างการใช้พลังงานและประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ: ด้วยประสิทธิภาพการแปลงแสง-ไฟฟ้า 30% เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต้องการเอาต์พุตอย่างน้อย 180mW—ทำให้อายุการใช้งานสั้นลงและเพิ่มต้นทุน ผู้ให้บริการพลังงานผสมผสานแก้ไขปัญหานี้: KT ให้พลังงานสำหรับกระแสปฐมภูมิที่สูง ในขณะที่แหล่งจ่ายไฟจากเลเซอร์ขยายอายุการใช้งานสำหรับกระแสที่ต่ำ ความพึ่งพาเลเซอร์อาจทำให้หม้อแปลงหยุดทำงานหากเลเซอร์หยุดทำงาน ดังนั้นต้องใช้โมดูลเลเตอร์แสงสองตัวและกลยุทธ์ควบคุมอัจฉริยะ (เพื่อคาดการณ์การเปลี่ยนโหมดและการจัดการวงจรลัดวงจร) ซึ่งเพิ่มต้นทุน แต่รับประกันพลังงานที่เชื่อถือได้

4 การออกแบบความน่าเชื่อถือ

демпферы электронные превосходят традиционные, но зависят от сложных технологий (например, передача технологий, экспертиза высокого напряжения), в конечном итоге заменяя их. Резервирование повышает надежность: каналы защиты используют двойное резервирование с катушками с воздушным сердечником и преобразователями. Ключевые инструменты (например, преобразователи мощности) нуждаются в простой автоматизации. Защитные меры направлены на устранение воздействия короткого замыкания на циклы выборки и высокопроизводительные лазеры в каналах защиты ATM. Высокопроизводительные лазеры представляют опасность для операторов, но отключаются вместе с модулями питания, чтобы предотвратить опасности.