Estructura de Rendimiento y Pruebas de Transformadores Electrónicos de Corriente

1 Ventajas de Rendimiento

En los últimos años, los transformadores de corriente electrónicos (ECTs) han emergido como una tendencia clave en la industria. Los estándares nacionales los clasifican en dos tipos: Transformadores de Corriente Óptica Activa (AOCTs, tipo híbrido activo) y Transformadores de Corriente Óptica (OCTs, tipo óptico pasivo). Los ECTs híbridos activos utilizan transformadores electromagnéticos de baja potencia y bobinas de Rogowski como elementos de sensado central (Figura 1).

Las bobinas de Rogowski superan a los sensores tradicionales con su no saturación y amplios rangos dinámicos, mejorando la eficiencia de transmisión de corriente. Sin embargo, tienen bajas capacidades de anti-interferencia (vulnerables a campos magnéticos externos, cambios de temperatura/humedad) y riesgos de errores en el enrollamiento manual/múltiples capas. Entre los ECTs electromagnéticos, los modelos de baja potencia se destacan: tecnología madura, rendimiento estable, alta sensibilidad, preparados para producción masiva y amplia adopción en sistemas de energía.

2 Estructura y Principio de Funcionamiento
2.1 LPCT: Estructura y Operación

LPCT (un ECT electromagnético de baja potencia) se define en GB/T 20840.8—2007 como una implementación de ECT. Como un transformador electromagnético representativo, el rendimiento y la madurez tecnológica de LPCT crecen año tras año, prometiendo amplias aplicaciones.

LPCT beneficia a los sistemas de energía con cargas secundarias bajas y requisitos de medición relajados. Utilizando materiales de alta permeabilidad (por ejemplo, aleaciones nanocristalinas a base de hierro), logra mediciones precisas con núcleos pequeños.

Compuesto por un resistor de muestreo Rs, un transformador electromagnético y una unidad de transmisión de señales, LPCT opera de la siguiente manera: la corriente del bus primario se convierte en una corriente secundaria, que el resistor de muestreo transforma en una señal de voltaje proporcional a la corriente primaria. Una unidad de transmisión de cable torcido doblemente blindada envía esta señal a un Dispositivo Electrónico Inteligente (IED), protegiendo contra interferencias electromagnéticas externas durante la transmisión.

2.2 Estructura y Principio de Funcionamiento de las Bobinas de Rogowski

Las bobinas de Rogowski superan a otros métodos de medición de corriente alterna con ventajas como excelente linealidad, anchos bandas de frecuencia, sin núcleo de hierro, bajo costo, ligereza y fácil instalación/mantenimiento. Crucialmente, evitan la histéresis y la saturación, asegurando mediciones amplias y precisas.

Comúnmente, alambres blandos se enrollan estrechamente alrededor de esqueletos no magnéticos (ver Figura 2) para formar bobinas. Basándose en la ley de Ampère, la integral de la intensidad del campo magnético H a lo largo de un contorno cerrado es igual a la corriente encerrada. Sin embargo, un enrollamiento preciso y uniforme (para secciones transversales consistentes) es difícil de lograr en la práctica, limitando la estabilidad.

Para abordar esto, optimiza las bobinas según las necesidades del sistema. Por ejemplo, utiliza diseños basados en PCB con herramientas de computadora/IT para un diseño de alambre uniforme y procesamiento digital de secciones transversales. El enrollamiento en serie inversa de dos bobinas puede reducir la interferencia electromagnética, aumentando la salida de voltaje y la precisión al cancelar los campos magnéticos longitudinales.

Las bobinas de Rogowski mejoradas con PCB superan los defectos tradicionales (por ejemplo, pobre resistencia a la interferencia, mediciones inexactas). Con estructuras más simples, diseños científicos y fabricación precisa, son ideales para la promoción en sistemas de energía.

3 Pruebas de Coeficientes de Temperatura de la Resistencia de Muestreo y la Resistencia Interna de las Bobinas de Rogowski
3.1 Prueba del Coeficiente de Temperatura de la Resistencia de Muestreo de LPCT

En la práctica, las propiedades de los materiales/procesos inconsistentes causan desviaciones en los valores de resistencia, afectando la precisión de la medición. La resistencia también cambia con la temperatura, impactando significativamente los errores de razón de los transformadores de corriente.

Conclusión: los valores de resistencia de las bobinas de Rogowski en PCB y de la resistencia de muestreo de LPCT varían con la temperatura, planteando riesgos de seguridad para los sistemas de energía. Por lo tanto, realiza pruebas científicas sobre los impactos de la temperatura en las bobinas de Rogowski en PCB y selecciona resistentes de muestreo para asegurar que los transformadores cumplan con las necesidades de estabilidad de diseño/operación.

3.2 Prueba de Deriva de la Resistencia y Error de Razón de las Bobinas de Rogowski

Los operadores simulan entornos de temperatura, ejecutan bobinas de Rogowski en PCB bajo diversas temperaturas, registran los cambios de datos, analizan los efectos de la temperatura y optimizan los diseños para mejorar la eficiencia.

Esta prueba evalúa el rendimiento y la idoneidad de las bobinas de Rogowski en PCB para los sistemas de energía. Utilizando una cámara de temperatura constante y un probador LCR: coloca la bobina en la cámara, luego usa sistemas de prueba LCR/corriente eléctrica para medir la deriva de la resistencia y el error de razón, asegurando datos válidos mediante condiciones de temperatura controladas (por ejemplo, -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Análisis posterior a la prueba: la resistencia interna del PCB es sensible a la temperatura, pero la temperatura afecta mínimamente los errores angulares/razón—asegurando la protección del sistema de energía.

4 Conclusión

Los transformadores de corriente son críticos para la protección y medición de los sistemas de energía. Su rendimiento impacta directamente la estabilidad del sistema y el suministro de electricidad a los usuarios. Por lo tanto, fortalece la investigación sobre los transformadores de corriente electrónica de 10 kV para apoyar el crecimiento saludable de la industria de energía de IEE-Business.