Sähköisten virtasensorien suorituskyky ja testaus

1 Suorituskykyiset edut

Viime vuosina sähköiset virtasensorit (ECT) ovat nousseet keskeiseksi teollisuuden trendiksi. Kansalliset standardit luokittelevat ne kahdeksi tyypiksi: Aktiiviset optiset virtasensorit (AOCT, aktiivinen hybridityyppi) ja optiset virtasensorit (OCT, passiivinen optinen tyyppi). Aktiiviset hybridi-ECT:t käyttävät matalavirtaisia elektromagneettisia muuntimia ja Rogowskin kyynelmiä ytimekkäinä havaintoelementteinä (Kuva 1).

Rogowskin kyynelmissä on parempi suorituskyky kuin perinteisillä sensoreilla, kuten ei-saturaatio ja laaja dynaaminen alue, mikä parantaa virran siirtokapasiteettia. Ne kuitenkin kärsivät heikoista sivutietoluonnetta (alttiudelle ulkoisille magneettikentille, lämpötilan/ilmastuksen muutoksille) ja virhearvoilta manuaalisessa/monikerroksisessa kiertymisessä. Elektromagneettisissa ECT:eissä matalavirtaiset mallit erottuvat: kypsyneellä teknologialla, vakaina ominaisuuksin, korkealla herkkyysarvolla, valmistusvalmiudella massatuotannossa ja laajana voimasysteemien hyväksynnällä.

2 Rakenne & toimintaperiaate
2.1 LPCT: Rakenne & toiminta

LPCT (matalavirtainen elektromagneettinen ECT) on määritelty GB/T 20840.8—2007 -standardissa ECT:n toteutuksena. Edustavana elektromagneettisena muuntijana LPCT:n suorituskyky ja teknologian kypsyys kasvavat vuosittain, lupaavat laajan sovellusalun.

LPCT hyödyttää voimasysteemejä pienillä sekundäärilatauksilla ja avoimilla mittausvaatimuksilla. Korkean permeabiliteetin materiaalien (esim. rautapohjisten nanokristallisten liittymien) käytöllä saavutetaan tarkka mittaus pienillä ytimillä.

LPCT koostuu näytevastuksessa Rs, elektromagneettisessa muuntimessa ja signaalisiirtoyksikössä, joka toimii seuraavasti: Primäärijohtojen virta muunnetaan sekundäärivirtaksi, jonka näytevastus muuttaa volttilaskennaksi, joka on verrannollinen primäärivirtaan. Kaksinkertainen suojattu ristiriippuinen siirtoyksikkö lähettää tämän signaalin älykkään elektronisen laitteen (IED-Business) käsiteltäväksi, suojaamalla sitä ulkoiselta sähkömagneettiselta häiriöltä siirrossa.

2.2 Rogowskin kyynelten rakenne ja toimintaperiaate

Rogowskin kyynelmissä on muita vaihtoehtoisia vaihtoehtoja AC-virran mittauksessa, kuten erinomainen lineaarisuus, laaja taajuusalue, ei-rautaydin, alhainen hinta, kevyys, helposti asennettava/ylläpidettävä. Tärkeintä on, että ne välttävät hystereesiä ja saturaatiota, varmistamalla laajan ja tarkan mittauksen.

Yleisesti pehmeät juostot kiertyvät tiiviisti epämagneettisiin ruumiisiin (katso Kuva 2) muodostaakseen kyynelmiä. Ampèren lain mukaan magneettikentän voiman H integraali suljetun piirin yli on sama kuin sisällytetty virta. Kuitenkin tarkka, tasainen kiertyminen (tasainen poikkileikkaus) on käytännössä vaikea saavuttaa, rajoittaen vakautta.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi optimoidaan kyynelmiä järjestelmän tarpeisiin. Esimerkiksi PCB-pohjaiset suunnitelmat tietokone-/IT-työkalujen avulla tasaiseen juoston asetteluun ja digitaaliseen poikkileikkauksen käsittelyyn. Kaksi kyynelmiä kiertymällä päinvastaiseen suuntaan voidaan vähentää sähkömagneettinen häiriö, lisäämällä jännitevaste ja tarkkuus pitkittäisten magneettikenttien kumoamisella.

Parannetut PCB-Rogowskin kyynelit ylittävät perinteiset puutteet (esim. huono sivutietoluonnos, epätarkat mittaukset). Yksinkertaisemmilla rakenteilla, tieteellisillä suunnitelmissa ja tarkalla valmistuksella ne ovat ideaaleja voimasysteemien edistämiseen.

3 Näytevastuksen ja Rogowskin kyynelten sisäisen vastuksen lämpötilakerrointen testaus
3.1 LPCT:n näytevastuksen lämpötilakerrointestaus

Käytännössä eri materiaalien ominaisuuksien/prosessien epäyhtenäisyys aiheuttaa vastuksen arvon vaihtelua, vaikuttaen mittauksen tarkkuuteen. Vastus myös muuttuu lämpötilan mukana, vaikuttaen merkittävästi virtamuunnin suhteelliseen virheeseen.

Lopputulos: PCB-Rogowskin kyynelien ja LPCT:n näytevastusten arvot vaihtelevat lämpötilan mukana, aiheuttaen turvallisuusriskin voimasysteemille. Siksi on tärkeää testata tieteellisesti lämpötilan vaikutusta PCB-Rogowskin kyyneliin ja näytevastuksiin varmistaaksemme, että muunnimet vastaavat suunnittelun ja toiminnan vakauden tarpeita.

3.2 Rogowskin kyynelten vastusdrifin ja suhteellisen virheen testaus

Operaattorit simuloivat lämpöympäristöjä, ajavat PCB-Rogowskin kyynelit eri lämpötiloissa, kirjaavat datan muutokset, analysoivat lämpötilan vaikutuksia ja optimoivat suunnittelua tehokkuuden parantamiseksi.

Tämä testi arvioi PCB-Rogowskin kyynelien suorituskykyä ja soveltuvuutta voimasysteemeihin. Jatkuvan lämpötilan kaapelin ja LCR-mittarin avulla: sijoitetaan kyyneli kaappariin, sitten käytetään LCR/sähkövirta-testejärjestelmiä mittamaan vastusdriftiä ja suhteellista virhettä, varmistaen kelvollisen datan kontrolloiduissa lämpötilaolosuhteissa (esim. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Testin jälkeinen analyysi: PCB:n sisäinen vastus on lämpöherkkä, mutta lämpötilan vaikutus kulmassa/suhteessa on vähäinen – varmistetaan voimasysteemien suojaaminen.

4 Yhteenveto

Virtamuunnin on kriittinen osa voimasysteemien suojaamisessa ja mittauksessa. Niiden suorituskyky vaikuttaa suoraan järjestelmän vakautukseen ja sähkönjakeluun käyttäjille. Siksi on tärkeää lisätä tutkimusta 10 kV sähköisistä virtamuunnineista tukeaksemme Kiinan sähköalan terveellistä kasvua.