Principes Fouten en Online Diagnose van Secundaire Circuits van Elektronische Stroomtransformatoren

1 Principe en Rol van Elektronische Stroomtransformatoren
1.1 Werking van ECT

Een elektronische stroomtransformator (ECT) is een belangrijk apparaat voor het beheer van veilige elektriciteitsnetwerkoperaties, die grote stromen omzet in kleine-stroomsignalen die gemeten en gecontroleerd kunnen worden. In tegenstelling tot traditionele transformatoren (die vertrouwen op directe magnetische veldinteractie tussen de primaire en secundaire windingen), gebruiken ECT's sensoren (bijvoorbeeld Hall-effect sensoren) om veranderingen in het magnetisch veld van de primaire winding te detecteren. Deze sensoren geven analoge signalen uit (evenredig met de primaire stroom) voor elektronische schakelingverwerking (versterking, filtering of digitalisering). Moderne ECT's geven vaak digitale signalen uit voor direct gebruik door bescherming, meet- en controle systemen. ECT's presteren beter dan traditionele elektromagnetische transformatoren qua nauwkeurigheid, dynamisch bereik en responssnelheid, terwijl ze kleiner, lichter zijn en geavanceerde dataverwerking/communicatie mogelijk maken.

1.2 Rol van ECT in elektriciteitsnetwerken

ECT's leveren hoge-nauwkeurigheids stroommetingen die cruciaal zijn voor het monitoren, controleren en beschermen van elektriciteitsnetwerken (bijvoorbeeld overbelasting/kortsluiting voorkomen). Ze waarborgen de veiligheid van apparatuur en personeel en verminderen stroomonderbrekingen. Voor metering/facturering zorgt de nauwkeurigheid van ECT's voor eerlijke elektriciteitstarieven op hoogspannings/grote-stroom lijnen. Accurate gegevens helpen ook bij het optimaliseren van systeemefficiëntie en -stabiliteit.

1.3 Structuur van het secundaire circuit

Het secundaire circuit van de ECT (kernelement) omvat sensoren (bijvoorbeeld Hall-effect), signaalverwerkende schakelingen, analoge-naar-digitale converters (ADC's) en communicatieinterfaces. De componenten werken samen voor nauwkeurige signaalopname/transmissie. Moderne ECT's hebben zelfdiagnosefuncties voor het monitoren van prestaties/fouten, waarmee ze aanpassen aan de eisen van slimme elektriciteitsnetwerken.

2 Soorten fouten in het secundaire circuit van ECT's
2.1 Open-circuit fouten

Veroorzaakt door gebroken draden, losse verbindingen of oude isolatie, onderbreken open-circuit fouten de stroom, wat leidt tot afwijkende (bijvoorbeeld nul/laag) metingen. Dit brengt risico's met zich mee voor onjuiste beschermings-/regelacties, wat de systeemveiligheid in gevaar brengt.

2.2 Kortsluiting fouten

Ontstaan wanneer onbedoelde geleiderverbindingen (bijvoorbeeld door isolatieschade) scherpe stroompieken veroorzaken, waardoor er risico bestaat op oververhitting/brand van apparatuur. Ze destabiliseren systemen, wat kan leiden tot apparatuurschade of het activeren van beschermingsfouten.

2.3 Aarding fouten

Ontstaan door onjuiste aarding van het secundaire circuit (bijvoorbeeld door isolatiefouten). Ze veranderen stroompaden, wat leidt tot meetfouten, beschermingsfouten of elektrische schokken (gevaarlijk voor onderhoud).

2.4 Overbelastings fouten

Treden op wanneer de stroom de ontwerpcapaciteit overschrijdt (bijvoorbeeld door systeemanomalieën). Overbelastingen veroorzaken oververhitting, isolatiedegradatie of apparatuurverbranding. Ze worden geïdentificeerd via stroom/temperatuur monitoring, wat langdurige systeemschade kan veroorzaken.

2.5 Elektrische stoorsignalen

Van externe/intern bronnen (bijvoorbeeld EMI, RFI), vervormen stoorsignalen signalen, wat meetfouten of onjuiste acties van beschermingssystemen (bijvoorbeeld onnodige uitschakelingen) veroorzaakt.

2.6 Temperatuurgevoelige fouten

Extreme temperaturen verstoren de prestaties: hoge hitte degradeert halfgeleiders/isolatie (waardoor kortsluitingsrisico's toenemen); lage temperaturen beschadigen componenten. Dit veroorzaakt meetfouten of beschermingsfouten.

2.7 Corrosie/verouderings fouten

Gedurende de tijd ontstaat degradatie van componenten (draden, isolatie) door omgevingsfactoren (bijvoorbeeld vocht, chemicaliën), wat de elektrische prestaties vermindert en het risico op kortsluiting/aarding vergroot.

3 Online diagnosemethoden voor fouten in het secundaire circuit van ECT's
3.1 Signaalopname

Is afhankelijk van sensoren (bijvoorbeeld Hall-effect/stroomtransformatoren) en ADC's. Hall-effect sensoren meten stroom niet-invasief, waardoor veiligheid en nauwkeurigheid gewaarborgd zijn. ADC's zetten analoge signalen om naar digitale vorm voor verwerking. High-speed ADC's vangen subtiele signaalveranderingen op, waardoor snelle foutdetectie mogelijk is.

3.2 Tijddomeinanalyse

Omvat golfvorm- en statistische analyse. Golfvormanalyse controleert op afwijkingen (bijvoorbeeld asymmetrie/pieken, die wijzen op componentenfouten). Statistische analyse (bijvoorbeeld gemiddelde/standaardafwijking) identificeert signaalstabiliteit/distributie, waarmee foutgeïnduceerde fluctuaties worden aangegeven.

3.3 Modelgebaseerde foutdetectie

Drempeldetectie maakt gebruik van vooraf ingestelde limieten om alarmen te activeren voor afwijkende signalen (op basis van historische gegevens/expertkennis). Modellenvergelijking (geavanceerd) vergelijkt real-time gegevens met een "gezond" systeemmodel, waardoor afwijkingen gedetecteerd worden voor nauwkeurige foutdiagnose.

3.4 Kennisgebaseerde foutlocatie

Foutboomanalyse (FTA) maapt foutlogica om oorzaken te identificeren via hiërarchische sub-foutanalyse. Expertsystemen (die menselijke expertise simuleren) gebruiken regels (historische gegevens/vorige kennis) voor nauwkeurige foutlocatie, waarmee complexe scenario's worden afgehandeld.

3.5 Thermografische monitoring

Infrarood thermografische camera's detecteren abnormale warmte (bijvoorbeeld door overbelasting/verouderde isolatie) in ECT's. Non-invasief en in real-time, stellen ze veilige foutdiagnose in staat zonder dat de operaties onderbroken hoeven te worden. Gecombineerd met andere methoden, verbeteren ze de nauwkeurigheid (door beperkingen zoals niet-temperatuurgevoelige fouten aan te pakken).

Belangrijke punten

ECT's bieden voordelen ten opzichte van traditionele transformatoren, maar komen voor problemen met secundaire circuitfouten (bijvoorbeeld open/kortsluiting, stoorsignalen). Online diagnose (signaalopname, tijddomeinanalyse, model- en kennisgebaseerde methoden, thermografie) zorgt voor betrouwbare werking, aangepast aan de eisen van moderne elektriciteitsnetwerken.