اصل خطاها و تشخیص آنلاین مدارهای ثانویه ترانسفورماتور جریان الکترونیکی

1 اصل و نقش ترانسفورماتورهای جریان الکترونیکی
1.1 اصل عملکرد ECT

ترانسفورماتور جریان الکترونیکی (ECT) دستگاه کلیدی برای مدیریت عملیات سیستم‌های برق با ایمنی است، که جریان‌های بزرگ را به سیگنال‌های جریان کوچک قابل مدیریت برای اندازه‌گیری و کنترل تبدیل می‌کند. بر خلاف ترانسفورماتورهای سنتی (که بر اساس تعامل مستقیم میدان مغناطیسی بین پیچک‌های اولیه و ثانویه تکیه می‌کنند)، ECTها از حسگرهایی (مانند حسگرهای اثر هال) برای تشخیص تغییرات میدان مغناطیسی پیچک اولیه استفاده می‌کنند. این حسگرهای سیگنال‌های آنالوگ (نسبت به جریان اولیه) را برای پردازش مدارهای الکترونیکی (توسعه، فیلترینگ یا دیجیتال‌سازی) تولید می‌کنند. ECTهای مدرن معمولاً سیگنال‌های دیجیتال را برای استفاده مستقیم سیستم‌های محافظت، اندازه‌گیری و کنترل تولید می‌کنند. ECTها در دقت، دامنه دینامیکی و سرعت پاسخ نسبت به ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی سنتی بهتر عمل می‌کنند، در حالی که کوچک‌تر، سبک‌تر و امکان پردازش/ارتباط داده‌های پیشرفته را فراهم می‌کنند.

1.2 نقش ECT در سیستم‌های برق

ECTها اندازه‌گیری‌های دقیق جریان را که برای نظارت، کنترل و محافظت از سیستم‌های برق (مانند جلوگیری از بار زیاد/پرت شدن) ضروری است، فراهم می‌کنند. آنها ایمنی تجهیزات/شخصnel را تضمین می‌کنند و قطع برق را کاهش می‌دهند. برای اندازه‌گیری/صورتحساب، دقت ECTها قیمت‌گذاری عادلانه برق را در خطوط ولتاژ بالا/جریان بزرگ تضمین می‌کند. داده‌های دقیق همچنین به بهینه‌سازی کارایی و پایداری سیستم کمک می‌کنند.

1.3 ساختار مدار ثانویه

مدار ثانویه ECT (مؤلفه کلیدی) شامل حسگرهایی (مانند اثر هال)، مدارهای پردازش سیگنال، مبدل‌های آنالوگ-دیجیتال (ADCs) و رابط‌های ارتباطی است. اجزا با هم برای ضبط/انتقال دقیق سیگنال کار می‌کنند. ECTهای مدرن ویژگی تشخیص خودکار را برای نظارت بر عملکرد/آتش‌سوزی دارند، که به تقاضاهای هوشمندانه‌تر سیستم‌های برق تطبیق می‌یابد.

2 انواع خرابی‌های مدار ثانویه در ECTها
2.1 خرابی‌های مدار باز

به دلیل سیم‌های منقطع شده، اتصالات آزاد یا عایق‌های قدیمی، خرابی‌های مدار باز جریان را مختل می‌کنند و منجر به اندازه‌گیری‌های غیرعادی (مانند صفر/کم) می‌شوند. این خطر اقدامات محافظتی/کنترلی نادرست را ایجاد می‌کند که ایمنی سیستم را در معرض خطر قرار می‌دهد.

2.2 خرابی‌های مدار کوتاه

وقتی اتصالات رسانای ناخواسته (مانند آسیب به عایق) باعث ایجاد اوج‌های تیز جریان می‌شود، خطر گرم شدن/آتش‌سوزی تجهیزات را می‌افزاید. آنها سیستم‌ها را ناپایدار می‌کنند و ممکن است تجهیزات را آسیب ببیند یا باعث خرابی محافظت شود.

2.3 خرابی‌های زمین‌بندی

از طریق زمین‌بندی نامناسب مدار ثانویه (مانند شکست عایق) ایجاد می‌شوند. آنها مسیر جریان را تغییر می‌دهند و باعث خطا در اندازه‌گیری، خرابی محافظت یا شوک الکتریکی (خطرناک برای نگهداری) می‌شوند.

2.4 خرابی‌های بار زیاد

وقتی جریان از ظرفیت طراحی فراتر می‌رود (مانند به دلیل ناهماهنگی‌های سیستمی) اتفاق می‌افتد. بار زیاد باعث گرم شدن اجزا، تخریب عایق یا سوختن تجهیزات می‌شود. با نظارت بر جریان/دمای شناسایی می‌شوند و خطر آسیب بلندمدت به سیستم را دارند.

2.5 تداخل نویز الکتریکی

از منابع داخلی/خارجی (مانند EMI، RFI)، نویز سیگنال‌ها را تحریف می‌کند و باعث خطا در اندازه‌گیری یا عملکرد نادرست سیستم‌های محافظت (مانند خاموش کردن ناخواسته) می‌شود.

2.6 خرابی‌های تحت تأثیر دما

دماهای شدید عملکرد را مختل می‌کنند: حرارت بالا نیمه‌رساناها/عایق‌ها را تخریب می‌کند (با افزایش خطر کوتاه شدن مدار)؛ دماهای پایین اجزا را آسیب می‌دهد. این خطا در اندازه‌گیری یا خرابی محافظت را ایجاد می‌کند.

2.7 خرابی‌های زنگ‌زدگی/قدیمی شدن

تخریب تدریجی اجزا (سیم‌ها، عایق‌ها) به دلیل عوامل محیطی (مانند رطوبت، مواد شیمیایی) عملکرد الکتریکی را کاهش می‌دهد و خطر کوتاه شدن مدار/زمین‌بندی را افزایش می‌دهد.

3 روش‌های تشخیص آنلاین خرابی‌های مدار ثانویه ECT
3.1 جمع‌آوری سیگنال

بر اساس حسگرهایی (مانند اثر هال/ترانسفورماتورهای جریان) و ADCs است. حسگرهای اثر هال جریان را بدون تماس اندازه‌گیری می‌کنند، که ایمنی و دقت را تضمین می‌کند. ADCs سیگنال‌های آنالوگ را به فرم دیجیتال تبدیل می‌کنند. ADCs با سرعت بالا تغییرات جزئی سیگنال را ضبط می‌کنند و تشخیص سریع خرابی را ممکن می‌سازند.

3.2 تحلیل دامنه زمانی

شامل تحلیل موج/آماری است. تحلیل موج به دنبال ناهماهنگی‌ها (مانند نامتقارن/اوج‌های تیز، که نشان‌دهنده خرابی اجزا است) است. تحلیل آماری (مانند میانگین/انحراف معیار) پایداری/توزیع سیگنال را شناسایی می‌کند و نوسانات ناشی از خرابی را نشان می‌دهد.

3.3 تشخیص خرابی مبتنی بر مدل

تشخیص آستانه از حدود پیش‌فرض برای تریگر آلارم برای سیگنال‌های ناهماهنگ (بر اساس داده‌های تاریخی/دانش متخصص) استفاده می‌کند. مقایسه مدل (پیشرفته) داده‌های واقعی را با مدل سیستم "سالم" مقایسه می‌کند و انحرافات را برای تشخیص دقیق خرابی شناسایی می‌کند.

3.4 موقعیت‌یابی خرابی مبتنی بر دانش

آنالیز درخت خرابی (FTA) منطق خرابی را برای شناسایی علل اصلی از طریق تحلیل زیر-خرابی‌های سلسله‌مراتبی نمایش می‌دهد. سیستم‌های متخصص (شبیه‌سازی دانش انسانی) از قوانین (داده‌های تاریخی/دانش قبلی) برای موقعیت‌یابی دقیق خرابی استفاده می‌کنند و سناریوهای پیچیده را مدیریت می‌کنند.

3.5 نظارت تصویربرداری حرارتی

تصویربرداری حرارتی اشعه تحت‌قرمز حرارت ناهماهنگ (مانند بار زیاد/عایق قدیمی) را در ECTها شناسایی می‌کند. بدون تماس و در زمان واقعی، آنها تشخیص ایمن خرابی را بدون مختل کردن عملیات فراهم می‌کنند. با ترکیب با روش‌های دیگر، دقت آنها را افزایش می‌دهند (با حل محدودیت‌هایی مانند خرابی‌های غیرمربوط به دما).

نکات کلیدی

ECTها مزایایی نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارند اما با خرابی‌های مدار ثانویه (مانند مدار باز/مدار کوتاه، نویز) مواجه می‌شوند. تشخیص آنلاین (جمع‌آوری سیگنال، تحلیل دامنه زمانی، روش‌های مبتنی بر مدل/مبتنی بر دانش، تصویربرداری حرارتی) عملکرد قابل اعتماد را تأمین می‌کند و با تقاضاهای مدرن سیستم‌های برق تطبیق می‌یابد.