Prestatiestructuur en testen van elektronische stroomtransformatoren

1 Prestatieve voordelen

In de afgelopen jaren zijn elektronische stroomtransformatoren (ECTs) uitgegroeid tot een belangrijke industrietrend. Volgens nationale normen worden ze ingedeeld in twee typen: Actieve Optische Stroomtransformatoren (AOCTs, actief hybride type) en Optische Stroomtransformatoren (OCTs, passief optisch type). Actieve hybride ECTs gebruiken lage-energie elektromagnetische transformatoren en Rogowski spoelen als kernsensor elementen (Figuur 1).

Rogowski spoelen presteren beter dan traditionele sensoren met hun eigenschappen van niet-verzadiging en brede dynamische bereik, wat de efficiëntie van stroomoverdracht verhoogt. Ze hebben echter een lage weerstand tegen storingen (kwetsbaar voor externe magnetische velden, temperatuur/vochtigheidsveranderingen) en risico's op fouten bij handmatige/meervoudige winding. Onder de elektromagnetische ECTs springen de lage-energie modellen eruit: volwassen technologie, stabiele prestaties, hoge gevoeligheid, klaar voor massaproductie en breed toegepast in energie systemen.

2 Structuur & Werkingsprincipe
2.1 LPCT: Structuur & Werking

LPCT (een lage-energie elektromagnetische ECT) wordt gedefinieerd in GB/T 20840.8—2007 als een implementatie van ECT. Als representatieve elektromagnetische transformatoren neemt de prestatie en technologische volwassenheid van LPCT jaarlijks toe, met het beloofde brede toepassingen.

LPCT biedt voordelen voor energie systemen met lage secundaire belastingen en ontspannen meetvereisten. Door gebruik te maken van materialen met hoge permeabiliteit (bijv., ijzer gebaseerde nanokristallijne legeringen), bereikt het nauwkeurige metingen met kleine kernen.

Samengesteld uit een monsteringsweerstand Rs, een elektromagnetische transformatie en een signaaloverdrachtseenheid werkt LPCT als volgt: de primaire busstroom wordt omgezet in een secundaire stroom, die door de monsteringsweerstand wordt omgezet in een spanningssignaal dat evenredig is aan de primaire stroom. Een dubbel beveiligd gekruld draad overbrengt dit signaal naar een Intelligent Electronic Device (IED), waarbij externe elektromagnetische storingen tijdens de overdracht worden afgeschermd.

2.2 Structuur en werkingsprincipe van Rogowski spoelen

Rogowski spoelen presteren beter dan andere methoden voor wisselstroommeting met voordelen zoals uitstekende lineariteit, brede frequentiebanden, geen ijzerkern, lage kosten, lichtgewicht en gemakkelijke installatie/onderhoud. Belangrijk is dat ze hysteresis en verzadiging vermijden, waardoor brede, nauwkeurige metingen mogelijk zijn.

Meestal worden zachte draden strak gewikkeld rond niet-magnetische skeletten (zie Figuur 2) om spoelen te vormen. Op basis van Ampère’s wet is de integraal van de magnetische veldsterkte H langs een gesloten contour gelijk aan de omsloten stroom. Echter, precieze, uniforme winding (voor constante doorsneden) is in de praktijk moeilijk te realiseren, wat de stabiliteit beperkt.

Om dit probleem aan te pakken, moeten de spoelen worden geoptimaliseerd voor systeembehoeften. Bijvoorbeeld, gebruik PCB-gebaseerde ontwerpen met computer/IT-tools voor uniforme draadindeling en digitale doorsnede verwerking. De tegengestelde serie winding van twee spoelen kan elektromagnetische storingen verminderen, de spanningopbrengst en nauwkeurigheid verhogen door longitudinale magnetische velden te annuleren.

Verbeterde PCB Rogowski spoelen overwinnen traditionele tekortkomingen (bijv., slechte anti-storing, onnauwkeurige metingen). Met eenvoudigere structuren, wetenschappelijke ontwerpen en nauwkeurige productie zijn ze ideaal voor promotie in energie systemen.

3 Testen van temperatuurcoëfficiënten van monsteringsweerstand & interne weerstand van Rogowski spoelen
3.1 Test van temperatuurcoëfficiënt van LPCT monsteringsweerstand

In de praktijk veroorzaken inconsistenties in materiaaleigenschappen/processen afwijkingen in weerstandswaarden, wat de meetnauwkeurigheid beïnvloedt. De weerstand verandert ook met de temperatuur, wat aanzienlijk de ratiofouten van stroomtransformatoren beïnvloedt.

Conclusie: de weerstandswaarden van PCB Rogowski spoelen en LPCT monsteringsweerstanden variëren met de temperatuur, wat veiligheidsrisico's voor energie systemen oplevert. Daarom moeten de effecten van temperatuur op PCB Rogowski spoelen wetenschappelijk getest worden en monsteringsweerstanden geselecteerd worden om ervoor te zorgen dat transformatoren aan de ontwerp- en operationele stabiliteitsbehoeften voldoen.

3.2 Test van weerstandsafwijking en ratiofout van Rogowski spoel

Operators simuleren temperatuuromgevingen, laten PCB Rogowski spoelen onder verschillende temperaturen werken, nemen gegevenswijzigingen op, analyseren temperatuureffecten en optimaliseren ontwerpen om de efficiëntie te verbeteren.

Deze test evalueert de prestaties/geschiktheid van PCB Rogowski spoelen voor energie systemen. Met behulp van een constant-temperatuurkamer en LCR-tester: plaats de spoel in de kamer, en gebruik LCR/elektronische stroomtestsystemen om weerstandsafwijking en ratiofout te meten, waarbij valide gegevens worden gegarandeerd via gecontroleerde temperatuurcondities (bijv., -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Post-test analyse: de interne weerstand van PCB is temperatuurgevoelig, maar de temperatuur heeft minimaal effect op hoek/ratiofouten—wat de bescherming van energie systemen garandeert.

4 Conclusie

Stroomtransformatoren zijn cruciaal voor de bescherming en meting in energie systemen. Hun prestaties beïnvloeden direct de stabiliteit van het systeem en de elektriciteitsvoorziening aan gebruikers. Daarom moet de onderzoek naar 10 kV elektronische stroomtransformatoren worden versterkt om de gezonde groei van China’s energie-industrie te ondersteunen.