Struktura výkonu a testování elektronických proudových transformátorů

1 Výhody výkonu

V posledních letech se elektronické proudové transformátory (ECTs) staly klíčovým trendem v průmyslu. Národní standardy je dělí do dvou typů: Aktivní optické proudové transformátory (AOCTs, aktivní hybridní typ) a Optické proudové transformátory (OCTs, pasivní optický typ). Aktivní hybridní ECTs používají nízkovýkonové elektromagnetické transformátory a cívek Rogowského jako základní senzorové prvky (Obrázek 1).

Cívky Rogowského předčí tradiční senzory svými vlastnostmi, jako jsou nenasycenost a široké dynamické rozpětí, což zvyšuje efektivitu přenosu proudu. Nicméně, mají nízkou odolnost proti rušení (jsou citlivé na vnější magnetické pole, změny teploty a vlhkosti) a riziko chyb při manuálním nebo vícevrstvém navijení. Mezi elektromagnetickými ECTs vynikají nízkovýkonové modely: zralá technologie, stabilní výkon, vysoká citlivost, připravenost pro masovou výrobu a široké použití v energetických systémech.

2 Struktura a princip fungování
2.1 LPCT: Struktura a funkce

LPCT (nízkovýkonový elektromagnetický ECT) je definován v normě GB/T 20840.8—2007 jako implementace ECT. Jako reprezentativní elektromagnetický transformátor nabízí LPCT každoročně rostoucí výkon a technologickou zralost, s očekávanými širokými aplikacemi.

LPCT přináší výhody energetickým systémům s nízkými sekundárními zatěžením a uvolněnými požadavky na měření. Použitím materiálů s vysokou permeabilitou (např. železo-založené nanokrystalické slitiny) dosahuje přesných měření s malými jádry.

Sestává ze vzorkovacího odporu Rs, elektromagnetického transformátoru a jednotky pro přenos signálu. LPCT funguje takto: Primární proud na sběrači se převede na sekundární proud, který vzorkovací odpor převede na napěťový signál úměrný primárnímu proudu. Dvojitě štítovaná jednotka pro přenos signálu pomocí drátu přenáší tento signál na inteligentní elektronické zařízení (IED), chráněná před vnějším elektromagnetickým rušením během přenosu.

2.2 Struktura a princip fungování cívek Rogowského

Cívky Rogowského předčí jiné metody měření střídavého proudu vlastnostmi, jako jsou vynikající lineárnost, široké frekvenční pásmo, absence železného jádra, nízké náklady, lehkost a snadná instalace a údržba. Zásadním faktorem je, že se vyhýbají hystereze a nasycení, což zajišťuje široké a přesné měření.

Obvykle jsou měkké dráty těsně navinuty kolem nenamagnetovatelných kostr (viz Obrázek 2) k vytvoření civek. Na základě Ampèreova zákona je integrál intenzity magnetického pole H podél uzavřené křivky roven uzavřenému proudu. Prakticky je však těžké dosáhnout přesného a rovnoměrného navinutí (pro konzistentní plošné části), což omezuje stabilitu.

Pro řešení tohoto problému lze optimalizovat cívky podle potřeb systému. Například lze použít PCB založené designy s počítačovými/IT nástroji pro rovnoměrné rozložení drátů a digitální zpracování plošných částí. Opačné sériové navinutí dvou civek může snížit elektromagnetické rušení, zvyšující výstupní napětí a přesnost zrušením longitudinálních magnetických polí.

Vylepšené PCB Rogowski cívky překonávají tradiční nedostatky (např. špatnou odolnost proti rušení, nepřesná měření). S jednodušší strukturou, vědeckým designem a přesnou výrobou jsou ideální pro propagaci v energetických systémech.

3 Testování teplotních koeficientů vzorkovacího odporu a vnitřního odporu cívek Rogowského
3.1 Test teplotního koeficientu vzorkovacího odporu LPCT

Ve skutečnosti způsobují nejednotné vlastnosti materiálů a procesy odchylky hodnot odporu, což ovlivňuje přesnost měření. Odpory se také mění s teplotou, což má významný dopad na chyby poměru proudového transformátoru.

Závěr: Hodnoty odporu PCB Rogowski cívek a vzorkovacího odporu LPCT se mění s teplotou, což představuje bezpečnostní rizika pro energetické systémy. Je tedy třeba vědecky testovat dopad teploty na PCB Rogowski cívky a provést selekci vzorkovacích odporů, aby bylo zajištěno, že transformátory splňují požadavky na návrh a operační stabilitu.

3.2 Test odchylky odporu a chyby poměru cívek Rogowského

Operátoři simulují teplotní prostředí, provozují PCB Rogowski cívky při různých teplotách, zaznamenávají změny dat, analyzují dopad teploty a optimalizují návrhy pro zlepšení efektivity.

Tento test hodnotí výkon a vhodnost PCB Rogowski cívek pro energetické systémy. Pomocí konstantní teploty komory a LCR testeru: umístěte cívku do komory a pak použijte LCR a elektronické systémy pro měření proudu k měření odchylky odporu a chyby poměru, zajišťujíce platná data za kontrolovaných teplotních podmínek (např. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Analýza po testu: Vnitřní odpory PCB jsou citlivé na teplotu, ale teplota minimálně ovlivňuje úhlové a poměrové chyby — což zajišťuje ochranu energetického systému.

4 Závěr

Proudové transformátory jsou klíčové pro ochranu a měření v energetických systémech. Jejich výkon přímo ovlivňuje stabilitu systému a dodávku elektrické energie uživatelům. Je tedy třeba posílit výzkum 10 kV elektronických proudových transformátorů, aby byl podpořen zdravý rozvoj energetického průmyslu v Číně.