Estrutura de Rendemento e Probas dos Transformadores Electrónicos de Corrente

1 Ventajas de rendemento

Nos últimos anos, os transformadores de corrente electrónicos (ECTs) emerxeron como unha tendencia clave na industria. As normas nacionais os clasifican en dous tipos: Transformadores de Corrente Óptica Activa (AOCTs, tipo híbrido activo) e Transformadores de Corrente Óptica (OCTs, tipo óptico pasivo). Os ECTs híbridos activos utilizan transformadores electromagnéticos de baixa potencia e bobinas de Rogowski como elementos centrais de detección (Figura 1).

As bobinas de Rogowski superan aos sensores tradicionais coa súa non saturación e amplas gamas dinámicas, mellorando a eficiencia da transmisión de corrente. No entanto, sufren de baixas capacidades de resistencia ás interferencias (vulnerables a campos magnéticos externos, cambios de temperatura/humedade) e riscos de erros no enrolamento manual/multicapa. Entre os ECTs electromagnéticos, destacan os modelos de baixa potencia: tecnoloxía madura, rendemento estable, alta sensibilidade, preparados para a produción en serie e amplia adopción nos sistemas de enerxía.

2 Estructura & Principio de Funcionamento
2.1 LPCT: Estructura & Operación

LPCT (un transformador electromagnético de baixa potencia ECT) está definido en GB/T 20840.8—2007 como unha implementación de ECT. Como transformador electromagnético representativo, o rendemento e a madurez tecnolóxica do LPCT crecen anualmente, prometendo amplias aplicacións.

Os LPCT benefician aos sistemas de enerxía con cargas secundarias baixas e requisitos de medida relaxados. Utilizando materiais de alta permeabilidade (por exemplo, ligas nanocristalinas baseadas en ferro), logran medidas precisas con núcleos pequenos.

Compuesto por un resistor de muestreo Rs, un transformador electromagnético e unha unidade de transmisión de sinais, o LPCT funciona así: a corrente principal do bus converte nunha corrente secundaria, que o resistor de muestreo transforma nun sinal de voltaxe proporcional á corrente principal. Unha unidade de transmisión de cable torcido duplamente blindado envía este sinal a un Dispositivo Electrónico Intelixente (IED), blindando as interferencias electromagnéticas externas durante a transmisión.

2.2 Estructura e principio de funcionamento das bobinas de Rogowski

As bobinas de Rogowski superan outros métodos de medida de corrente AC con vantaxes como excelente linearidade, bandas de frecuencia amplias, ausencia de núcleo de ferro, baixo custo, peso reducido e facilidade de instalación/mantenimento. Crucialmente, evitan a histerese e a saturación, asegurando medidas amplas e precisas.

Comúnmente, fíos moles están estreitamente enrolados arredor de esqueletos non magnéticos (ver Figura 2) para formar as bobinas. Basándose na lei de Ampère, a integral da intensidade do campo magnético H ao longo dun contorno cerrado é igual á corrente encerrada. No entanto, un enrolamento preciso e uniforme (para secciones transversais consistentes) é difícil de lograr na práctica, limitando a estabilidade.

Para abordar isto, optimízanse as bobinas para as necesidades do sistema. Por exemplo, utilízanse diseños basados en PCB con ferramentas informáticas para unha disposición uniforme dos fíos e procesamento digital das seccións transversais. O enrolamento en serie inversa de dúas bobinas pode reducir as interferencias electromagnéticas, aumentando a saída de voltaxe e a precisión ao cancelar os campos magnéticos longitudinais.

As bobinas de Rogowski mejoradas en PCB superan os defectos tradicionais (como baixa resistencia ás interferencias e medidas imprecisas). Con estruturas máis simples, deseños científicos e fabricación precisa, son ideais para a promoción nos sistemas de enerxía.

3 Probando coeficientes de temperatura da resistencia de muestreo & resistencia interna das bobinas de Rogowski
3.1 Proba do coeficiente de temperatura da resistencia de muestreo do LPCT

Na práctica, as propiedades inconsistentes dos materiais/procesos causan desvíos nos valores de resistencia, afectando a precisión da medida. A resistencia tamén cambia con a temperatura, impactando significativamente nos erros de razón dos transformadores de corrente.

Conclusión: os valores de resistencia das bobinas de Rogowski en PCB e da resistencia de muestreo do LPCT varían con a temperatura, supoñendo riscos de seguridade para os sistemas de enerxía. Polo tanto, proban-se científicamente os efectos da temperatura nas bobinas de Rogowski en PCB e seleccionan as resistencias de muestreo para asegurar que os transformadores cumpran as necesidades de estabilidade de deseño/operación.

3.2 Proba de deriva da resistencia e erro de razón das bobinas de Rogowski

Os operadores simulam ambientes de temperatura, executan bobinas de Rogowski en PCB a temperaturas variadas, rexistran os cambios de datos, analizan os efectos da temperatura e optimizan os deseños para mellorar a eficiencia.

Esta proba avalía o rendemento e a idoneidade das bobinas de Rogowski en PCB para os sistemas de enerxía. Utilizando unha cámara de temperatura constante e un probador LCR: colócase a bobina na cámara, e empreganse sistemas de proba LCR/corrente electrónica para medir a deriva da resistencia e o erro de razón, asegurando datos válidos mediante condicións de temperatura controladas (por exemplo, -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Análise posterior á proba: a resistencia interna do PCB é sensible á temperatura, pero a temperatura afecta mínimamente aos erros angulares/razón—asegurando a protección do sistema de enerxía.

4 Conclusión

Os transformadores de corrente son cruciais para a protección e medida dos sistemas de enerxía. O seu rendemento afecta directamente a estabilidade do sistema e o suministro de electricidade aos usuarios. Polo tanto, debe mellorarse a investigación sobre os transformadores de corrente electrónicos de 10 kV para apoiar o crecemento saudable da industria eléctrica de China.