Struttura delle Prestazioni e Prove dei Trasformatori di Corrente Elettronici

1 Vantaggi di prestazione

Negli ultimi anni, i trasformatori elettronici di corrente (ECT) sono emersi come una tendenza chiave dell'industria. Gli standard nazionali li classificano in due tipi: Trasformatori Attivi Ottici di Corrente (AOCT, tipo ibrido attivo) e Trasformatori Ottici di Corrente (OCT, tipo ottico passivo). Gli ECT ibridi attivi utilizzano trasformatori elettromagnetici a basso consumo e rocchetti di Rogowski come elementi di sensore principali (Figura 1).

I rocchetti di Rogowski superano i sensori tradizionali con la loro non saturabilità e ampie gamme dinamiche, migliorando l'efficienza della trasmissione di corrente. Tuttavia, presentano una bassa capacità di resistenza agli interferenze (vulnerabili ai campi magnetici esterni, variazioni di temperatura/umidità) e rischi di errore nel bobinaggio manuale/multi-strato. Tra gli ECT elettromagnetici, i modelli a basso consumo spiccano per tecnologia matura, prestazioni stabili, alta sensibilità, prontezza alla produzione di massa e ampia adozione nei sistemi di potenza.

2 Struttura & Principio di funzionamento
2.1 LPCT: Struttura & Funzionamento

LPCT (un ECT elettromagnetico a basso consumo) è definito nella norma GB/T 20840.8—2007 come un'implementazione di ECT. Come rappresentativo dei trasformatori elettromagnetici, le prestazioni e la maturità tecnologica del LPCT crescono ogni anno, promettendo ampie applicazioni.

Il LPCT beneficia i sistemi di potenza con carichi secondari ridotti e requisiti di misurazione meno rigidi. Utilizzando materiali ad alta permeabilità (ad esempio, leghe nanocristalline a base di ferro), raggiunge misurazioni accurate con nuclei piccoli.

Composto da un resistore di campionamento Rs, un trasformatore elettromagnetico e un'unità di trasmissione del segnale, il LPCT opera così: la corrente primaria sul bus viene convertita in una corrente secondaria, che il resistore di campionamento trasforma in un segnale di tensione proporzionale alla corrente primaria. Un'unità di trasmissione a fili intrecciati doppio schermata invia questo segnale a un Dispositivo Elettronico Intelligente (IED), schermando le interferenze elettromagnetiche esterne durante la trasmissione.

2.2 Struttura e principio di funzionamento dei rocchetti di Rogowski

I rocchetti di Rogowski superano altri metodi di misurazione della corrente alternata con vantaggi come eccellente linearità, ampie bande di frequenza, assenza di nucleo di ferro, basso costo, peso leggero e facile installazione/manutenzione. In modo cruciale, evitano l'isteresi e la saturazione, garantendo misurazioni ampie e accurate.

Comunemente, fili morbidi vengono avvolti strettamente intorno a scheletri non magnetici (vedi Figura 2) per formare i rocchetti. Basandosi sulla legge di Ampère, l'integrale della forza del campo magnetico H lungo un contorno chiuso è uguale alla corrente racchiusa. Tuttavia, un avvolgimento preciso e uniforme (per sezioni trasversali costanti) è difficile da ottenere nella pratica, limitando la stabilità.

Per affrontare questo problema, si ottimizzano i rocchetti in base alle esigenze del sistema. Ad esempio, si utilizzano progetti basati su PCB con strumenti informatici/IT per un layout uniforme dei fili e un trattamento digitale delle sezioni trasversali. L'avvolgimento in serie inversa di due rocchetti può ridurre le interferenze elettromagnetiche, aumentando l'uscita di tensione e la precisione annullando i campi magnetici longitudinali.

I rocchetti di Rogowski migliorati su PCB superano i difetti tradizionali (ad esempio, scarsa resistenza agli interferenze, misurazioni inesatte). Con strutture più semplici, progetti scientifici e produzione precisa, sono ideali per la promozione nei sistemi di potenza.

3 Test dei coefficienti di temperatura della resistenza di campionamento & resistenza interna del rocchetto di Rogowski
3.1 Test del coefficiente di temperatura della resistenza di campionamento del LPCT

Nella pratica, proprietà dei materiali/processi inconsistenti causano deviazioni dei valori di resistenza, influenzando la precisione della misurazione. La resistenza cambia anche con la temperatura, influenzando significativamente gli errori del rapporto del trasformatore di corrente.

Conclusione: i valori di resistenza dei rocchetti di Rogowski su PCB e della resistenza di campionamento del LPCT variano con la temperatura, ponendo rischi di sicurezza per i sistemi di potenza. Pertanto, si testano scientificamente gli impatti della temperatura sui rocchetti di Rogowski su PCB e si selezionano i resistori di campionamento per garantire che i trasformatori soddisfino le esigenze di stabilità di progettazione e operativa.

3.2 Test di deriva della resistenza e errore del rapporto del rocchetto di Rogowski

Gli operatori simulano ambienti termici, fanno funzionare i rocchetti di Rogowski su PCB a temperature diverse, registrano le variazioni dei dati, analizzano gli effetti della temperatura e ottimizzano i progetti per migliorare l'efficienza.

Questo test valuta le prestazioni e l'idoneità dei rocchetti di Rogowski su PCB per i sistemi di potenza. Utilizzando una camera a temperatura costante e un tester LCR: si colloca il rocchetto nella camera, quindi si usano sistemi di test LCR/corrente elettronica per misurare la deriva della resistenza e l'errore del rapporto, assicurando dati validi attraverso condizioni di temperatura controllate (ad esempio, -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Analisi post-test: la resistenza interna del PCB è sensibile alla temperatura, ma la temperatura ha un impatto minimo sugli errori angolari/rapporto, garantendo la protezione del sistema di potenza.

4 Conclusione

I trasformatori di corrente sono critici per la protezione e la misurazione dei sistemi di potenza. Le loro prestazioni influiscono direttamente sulla stabilità del sistema e sull'approvvigionamento di elettricità degli utenti. Pertanto, si deve intensificare la ricerca sui trasformatori elettronici di corrente a 10 kV per sostenere la crescita sana dell'industria elettrica cinese.