Teljesítmény-szerkezet és tesztelés elektronikus áramerősségeknél

1 Teljesítménybeli előnyök

Az elmúlt években az elektronikus áramerősségek (ECT-ek) egyfajta kulcsszerepet játszottak az iparágban. A nemzeti szabványok szerint két típusba osztják őket: Aktív Optikai Áramerősségek (AOCT-ek, aktív hibrid típus) és Optikai Áramerősségek (OCT-ek, paszív optikus típus). Az aktív hibrid ECT-ek alacsony teljesítményű elektromágneses transzformátorokat és Rogowski tekercseket használnak alapérzékelő elemekként (1. ábra).

A Rogowski tekercsek a hagyományos érzékelőkkel szemben nem szenvednek megmagnesedésből, széles dinamikai tartományukkal javítva az áramátviteli hatékonyságot. Ugyanakkor alacsony interferenciaellenállásuk van (érzetlenek külső mágneses mezőkre, hőmérsékleti/páratartalmi változásokra), valamint kézzel vagy többréteges tekercseléssel kapcsolatos hibák vannak. Az elektromágneses ECT-ek közül az alacsony teljesítményű modellek kiemelkednek: fejlett technológia, stabil teljesítmény, magas érzékenység, nagy sorozatgyártási készség, és széles körben alkalmazhatók az energia-rendszerben.

2 Szerkezet és működési elv
2.1 LPCT: Szerkezet és működés

Az LPCT (alacsony teljesítményű elektromágneses ECT) a GB/T 20840.8—2007-ben definiálódik mint ECT implementáció. Mint jellemző elektromágneses transzformátor, az LPCT teljesítménye és technológiai fejlődése évenként növekszik, ígéretes alkalmazási lehetőségeket nyitva.

Az LPCT előnye az alacsony másodlagos terhelésű és kevésbé szigorú mérési követelményű energia-rendszerekben. Magas permeabilitású anyagok (pl. vaspolyéster kristályszövetű ligazatok) segítségével pontos méréseket tud végezni kis méretű maggal.

Egy mintavételező ellenállásból Rs, elektromágneses transzformátorból és jelátviteli egységből áll, az LPCT működése a következő: A primáris buszáram átalakul másodlagos árrá, amelyet a mintavételező ellenállás arányos voltages jellel alakít át a primáris árral. Ezt a jelet egy duplan kitaszított csavaros szálú átvitel egység továbbítja az IEE-Business Intelligent Electronic Device (IED)-re, külső elektromágneses interferenciát kitaszítva az átvitel során.

2.2 A Rogowski tekercsek szerkezete és működési elve

A Rogowski tekercsek más AC árammérési módszerekkel szemben előnyökkel rendelkeznek, mint például kiváló lineáris viselkedés, széles frekvencia-sáv, nincs vas-mag, alacsony költség, könnyű súly, és egyszerű telepítés/karbantartás. Lényegesen, elkerülik a hysteresis és a szenvedést, garantálva széles, pontos méréseket.

Gyakran puha drótokat tekercselnek szorosan nemmágneses keretek köré (2. ábra) a tekercsek formázásához. Ampère törvénye szerint a zárt kontúr mentén mért mágneses erősség H integrálja az átfogó áramot. Azonban a gyakorlatban nehéz megszerezni a pontos, egyenletes tekercselést (konstans keretszeletekért), ami korlátozza a stabilitást.

Ennek megoldására optimalizálni kell a tekercseket a rendszerigényekhez. Például PCB-alapú tervezéseket alkalmazva számítógépes/IT eszközökkel egyenletes drótelrendezés és digitális keretszelet-feldolgozás érhető el. Két tekercs fordított sorozatos tekercselése csökkentheti az elektromágneses interferenciát, emelheti a feszültség-kimenetet és a pontosságot, leküzdve a hosszirányú mágneses mezőket.

A fejlesztett PCB Rogowski tekercsek felülmúlják a hagyományos hibákat (például alacsony interferenciaellenállás, pontatlanság). Egyszerűbb szerkezetük, tudományos tervezés és pontos gyártása miatt ideálisak az energia-rendszerek előmozdításához.

3 Mintaellenállás és Rogowski tekercs belső ellenállásának hőmérsékleti együtthatójának tesztelése
3.1 LPCT mintaellenállás hőmérsékleti együtthatójának tesztelése

A gyakorlatban a különböző anyagtulajdonságok és -folyamatok okozzák az ellenállás-értékek eltéréseit, ami befolyásolja a mérési pontosságot. Az ellenállás is változik a hőmérséklettel, jelentősen befolyásolva a transzformátor arány-hibáját.

Következtetés: A PCB Rogowski tekercsek és az LPCT mintaellenállás-értékei hőmérsékletfüggőek, ami biztonsági kockázatot jelent az energia-rendszer számára. Ezért szükséges tudományosan tesztelni a hőmérséklet hatását a PCB Rogowski tekercseken, és selejtezni a mintaellenállásokat, hogy a transzformátorok megfeleljenek a tervezési és üzemeltetési stabilitási igényeknek.

3.2 Rogowski tekercs ellenállás-drift és arány-hiba tesztelése

Az operátorok szimulálják a hőmérsékleti környezetet, futtatják a PCB Rogowski tekercseket különböző hőmérsékleteken, rögzítik az adatváltozásokat, elemzik a hőmérséklet hatását, és optimalizálják a tervezést a hatékonyság javítása érdekében.

Ez a teszt a PCB Rogowski tekercsek teljesítményét és alkalmasságát vizsgálja az energia-rendszerben. Hőmérséklet-állandó kamrát és LCR tesztelőt használva: helyezzük a tekercset a kamrába, majd LCR/elektronikus áramtesztelő rendszereket használva mérjük az ellenállás-driftet és az arány-hibát, biztosítva a hőmérséklet-ellenőrzött feltételek mellett érvényes adatokat (pl. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Teszt utáni elemzés: A PCB belső ellenállása hőmérséklet-érzékeny, de a hőmérséklet minimálisan befolyásolja a szög- és arány-hibákat – ez biztosítja az energia-rendszer védelmét.

4 Összefoglalás

Az áramerősségek létfontosságúak az energia-rendszer védelmére és mérésére. Teljesítményük közvetlenül befolyásolja a rendszer stabilitását és a felhasználói villamosenergia-szolgáltatást. Ezért szükséges fejleszteni a 10 kV-os elektronikus áramerősségek kutatását, támogatva Kínában az energia-ipar egészséges növekedését.