Ydeevnestruktur og test af elektroniske strømtransformatorer

1 Ydeevnefordele

I de seneste år er elektroniske strømtransformatorer (ECTs) opstået som en central branchetendens. Nationale standarder inddeles dem i to typer: Aktive optiske strømtransformatorer (AOCTs, aktive hybridtyper) og optiske strømtransformatorer (OCTs, passive optiske typer). Aktive hybride ECTs bruger lavspændings elektromagnetiske transformatorer og Rogowski-spiraler som kernen for sensorelementer (figur 1).

Rogowski-spiraler overgår traditionelle sensorer med deres ikke-sættende egenskaber og brede dynamiske områder, hvilket øger effektiviteten af strømoverførsel. De lider dog af lav modstandsdygtighed over for støj (sårbare over for eksterne magnetiske felter, temperatur/fugtighedssvingga) og fejlrisici ved manuel/flerlaget vindning. Blandt elektromagnetiske ECTs udmærker lavspændingsmodeller sig: moden teknologi, stabil ydeevne, høj sensitivitet, klar til masseproduktion, og bred anvendelse i strømsystemer.

2 Struktur & arbejdsmåde
2.1 LPCT: Struktur & funktion

LPCT (en lavspændings elektromagnetisk ECT) defineres i GB/T 20840.8—2007 som en implementering af ECT. Som en repræsentativ elektromagnetisk transformator vokser LPCTs ydeevne og teknologisk modenhed årligt, med løfte om bred anvendelse.

LPCT giver strømsystemer fordele med lave sekundære belastninger og mere fleksible målingskrav. Ved at bruge materialer med høj permeabilitet (f.eks. jernbaserede nanokrystalalloyer) opnår det præcise målinger med små kjerner.

Sammensat af en prøveudtagelsesmodstand Rs, en elektromagnetisk transformator, og et signaltransmissionsenhed, fungerer LPCT således: Primær busstrøm omdannes til en sekundær strøm, som prøveudtagelsesmodstanden omdanner til et spændingssignal, der er proportional med den primære strøm. Et transmissionsenhed med dobbeltskjoldet twisted-wire sender dette signal til en Intelligent Electronic Device (IED), skjuler ekstern elektromagnetisk støj under transmission.

2.2 Struktur og arbejdsmåde for Rogowski-spiraler

Rogowski-spiraler overgår andre metoder til måling af AC-strøm med fordele som fremragende lineæritet, bred frekvensbåndbredde, ingen jernkjerne, lav kostpris, let vægt, og nem installation/vedligeholdelse. Vigtigst, de undgår hysteresis og sætning, hvilket sikrer bred og præcis måling.

Almindeligvis vindes bløde ledninger tæt omkring ikke-magnetiske rammer (se figur 2) for at danne spiraler. Baseret på Amperes lov er integralet af magnetfeltstyrken H langs en lukket kontur lig med den indsluttede strøm. Imidlertid er det i praksis svært at opnå præcis og ensartet vindning (med konsekvent tværsnit), hvilket begrænser stabiliteten.

For at løse dette skal spiralerne optimeres efter systembehov. For eksempel, brug PCB-baserede designs med computer/IT-værktøjer for ensartet ledningslayout og digital tværsnitsbehandling. Omvendt serievinding af to spiraler kan reducere elektromagnetisk støj, forbedre spændingsoutput og præcision ved at annullere longitudinale magnetfelter.

Forbedrede PCB Rogowski-spiraler overkommer traditionelle mangler (f.eks. dårlig modstandsdygtighed over for støj, upræcise målinger). Med enklere strukturer, videnskabelige designs, og præcis produktion er de ideale til fremme af strømsystemer.

3 Test af temperaturkoefficienter for prøveudtagelsesmodstand & intern modstand i Rogowski-spiral
3.1 Test af temperaturkoefficient for LPCT prøveudtagelsesmodstand

I praksis forårsager usammenhængende materialeegenskaber/processer variationer i modstandsværdier, hvilket påvirker målnøjagtigheden. Modstand ændres også med temperaturen, hvilket betydeligt påvirker forholdfejl i strømtransformatorer.

Konklusion: PCB Rogowski-spirals og LPCT prøveudtagelsesmodstandsværdier varierer med temperaturen, hvilket udgør sikkerhedsrisici for strømsystemer. Derfor bør temperaturens virkning på PCB Rogowski-spiraler testes videnskabeligt, og prøveudtagelsesmodstande skærmes for at sikre, at transformatorerne opfylder design- og driftsstabilitetsbehov.

3.2 Test af modstandsdift og forholdfejl for Rogowski-spiral

Operatører simulerer temperaturmiljøer, køre PCB Rogowski-spiraler under forskellige temperaturer, registrerer dataændringer, analyserer temperatureffekter, og optimere design for at forbedre effektiviteten.

Denne test vurderer PCB Rogowski-spirals ydeevne og egnethed til strømsystemer. Ved hjælp af en konstanttemperaturkammer og LCR-tester: placer spiral i kammeret, og brug LCR/elektroniske strømtestsystemer til at måle modstandsdift og forholdfejl, og sikre gyldige data under kontrollerede temperaturforhold (f.eks. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Eftertestanalyse: PCB intern modstand er temperaturfølsom, men temperaturen påvirker vinkelforhold/forholdfejl minimalt—sikrer beskyttelse af strømsystemet.

4 Konklusion

Strømtransformatorer er afgørende for beskyttelse og måling af strømsystemer. Deres ydeevne påvirker direkte systemets stabilitet og strømforsyningen til brugerne. Derfor bør forskningen i 10 kV elektroniske strømtransformatorer forbedres for at støtte den sundlige vækst i Kinas strømbranchen.