Структура и изпитване на електронните токови трансформатори

1 Преимущества на производителността

През последните години електронните токоизмерватели (ECTs) се появиха като ключова индустриална тенденция. Националните стандарти ги класифицират в два типа: Активни оптически токоизмерватели (AOCTs, активен хибриден тип) и Оптически токоизмерватели (OCTs, пасивен оптичен тип). Активните хибриден ECTs използват нисковолтови електромагнитни токоизмерватели и Роговскиеви спиралки като основни сензърни елементи (Фигура 1).

Роговскиевите спиралки превъзхождат традиционните сензори с неситност и широк динамичен диапазон, което подобрява ефективността на предаването на тока. Въпреки това те имат ниска устойчивост към външни влияния (уязвими са към външни магнитни полета, температурни/влажностни изменения) и рискове от грешки при ръчно/многослойно омотване. Сред електромагнитните ECTs, нисковолтовите модели изглеждат най-изразени: зреела технология, стабилна производителност, висока чувствителност, готовност за масово производство и широко приложение в енергийните системи.

2 Структура и принцип на действие
2.1 LPCT: Структура и функциониране

LPCT (низковолтов електромагнитен ECT) е дефиниран в GB/T 20840.8—2007 като реализация на ECT. Като представителен електромагнитен токоизмервател, производителността и техническата зрелост на LPCT растат всяка година, обещавайки широки приложения.

LPCT предлагат преимущества за енергийните системи с ниски вторични натоварвания и по-малко строги изисквания за измерване. Използвайки материали с висока проникаемост (например, железни базирани нанокристални легири), достига се до точни измервания с малки ядра.

Съставен от пробен резистор Rs, електромагнитен токоизмервател и единица за предаване на сигнали, LPCT работи така: Първичният ток на шината се преобразува във вторичен ток, който пробният резистор преобразува в напрегнатостен сигнал, пропорционален на първичния ток. Двояко-екранирана виткана жица за предаване на сигнали изпраща този сигнал към Интелигентно електронно устройство (IED), защитавайки го от външно електромагнитно въздействие по време на предаването.

2.2 Структура и принцип на действие на Роговскиевите спиралки

Роговскиевите спиралки превъзхождат другите методи за измерване на алтернативния ток с преимущества като отлична линейност, широки честотни ленти, безжелезни ядра, ниска цена, лека конструкция и лесна инсталация/поддръжка. Ключов е фактът, че те избягват хистерезиса и ситността, осигурявайки широки и точни измервания.

Обикновено, меки жици се завиват плътно около немагнитни скелети (виж Фигура 2) за образуване на спиралки. На основата на законите на Ампер, интегралът на силата на магнитното поле H във затворена контура е равен на оградения ток. Въпреки това, точно и равномерно омотване (за константен сечение) е трудно да се постигне в практика, ограничавайки стабилността.

За справяне с това, спиралките се оптимизират според нуждите на системата. Например, се използват PCB-основани дизайни с компютърни/IT инструменти за равномерно разположение на жиците и цифрово обработване на сечения. Обратно-серийно омотване на две спиралки може да намали електромагнитното въздействие, увеличавайки напрегнатостния изход и точността, като се отменят продълговитите магнитни полета.

Подобрени PCB Роговскиеви спиралки преодоляват традиционните недостатъци (например, слаба устойчивост към външни влияния, неточни измервания). С по-прости структури, научни дизайни и точни производствени процеси, те са идеални за популяризиране в енергийните системи.

3 Тестване на температурните коефициенти на пробния резистор и вътрешния резистор на Роговскиевите спиралки
3.1 Тестване на температурния коефициент на пробния резистор на LPCT

В практиката, несъответствия в материалните свойства/процеси причиняват отклонения в стойностите на резисторите, което влияе на точността на измерванията. Резисторите също се променят с температурата, което значително влияе на грешките от отношението на токоизмервателя.

Заключение: Стойностите на пробния резистор на PCB Роговскиевите спиралки и LPCT се променят с температурата, представлявайки риск за безопасността на енергийните системи. Ето защо, е необходимо научно тестване на влиянието на температурата върху PCB Роговскиевите спиралки и селекция на пробни резистори, за да се гарантира, че токоизмервателите отговарят на нуждите за проектиране и оперативна стабилност.

3.2 Тестване на дрейфа на резисторите и грешките от отношението на Роговскиевите спиралки

Операторите симулират температурни условия, използват PCB Роговскиеви спиралки при различни температури, записват промените в данните, анализират влиянието на температурата и оптимизират дизайна, за да подобрят ефективността.

Това тестове оценяват производителността и подходящостта на PCB Роговскиевите спиралки за енергийните системи. Използвайки камера с постоянна температура и LCR тестер: спиралката се поставя в камерата, след което се използват LCR/електронни системи за измерване на дрейфа на резисторите и грешките от отношението, гарантирайки валидни данни чрез контролирани температурни условия (например, -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Анализ след тестовете: Вътрешният резистор на PCB е чувствителен към температурата, но температурата минимално влияе на ъгловите/относителни грешки — осигурявайки защита на енергийните системи.

4 Заключение

Токоизмервателите са ключови за защитата и измерването в енергийните системи. Их производителност директно влияе на стабилността на системата и доставката на електроенергия. Ето защо, трябва да се усилят изследванията върху 10 kV електронни токоизмерватели, за да подкрепят здравото развитие на електроенергийната индустрия в Китай.