Ytelsestruktur og testing av elektroniske strømtransformatorer

1 Prestasjonsfordeler

I de siste årene har elektroniske strømtransformatorer (ECTs) blitt en viktig bransjetrend. Nasjonale standarder kategoriserer dem i to typer: Aktive optiske strømtransformatorer (AOCTs, aktiv hybridtype) og optiske strømtransformatorer (OCTs, passiv optisk type). Aktive hybride ECTs bruker laveffekt elektromagnetiske transformatorer og Rogowski-spiraler som kjerne sensor-elementer (Figur 1).

Rogowski-spiraler overgår tradisjonelle sensorer med ikke-metning og bred dynamisk rekkevidde, som øker effektiviteten av strømoverføring. Imidlertid er de utsett for lav motstandskraft mot støy (sårbarhet mot eksterne magnetfelt, temperatur/fuktighetsendringer) og risiko for feil ved manuell/flerlaget spoling. Blant elektromagnetiske ECTs, skiller laveffektsmodeller seg ut: moden teknologi, stabil ytelse, høy følsomhet, klar til masseproduksjon, og bred anvendelse i kraftsystemer.

2 Struktur & Arbeidsprinsipp
2.1 LPCT: Struktur & Drift

LPCT (en laveffekt elektromagnetisk ECT) defineres i GB/T 20840.8—2007 som en implementering av ECT. Som representativ for elektromagnetiske transformatorer, vokser LPCTs prestasjon og teknologisk modenhets år for år, med løfte om bred anvendelse.

LPCT gir fordeler for kraftsystemer med lave sekundære belastninger og mer slappe målingskrav. Ved bruk av materialer med høy permeabilitet (f.eks. jernbaserte nanokristalline legeringer), oppnås nøyaktige målinger med små kjerner.

Sammensatt av en prøvebelasted motstand Rs, en elektromagnetisk transformator, og et signaltransmisjonsenhet, fungerer LPCT slik: Primær busstrøm konverteres til en sekundær strøm, som prøvebelasted motstand transformerer til et spenningsignal proporsjonalt med primærstrømmen. Et dobbelt-skjult, tverrflettet transmisjonsenhet sender dette signalet til et Intelligent Electronic Device (IED), som skjuler ekstern elektromagnetisk støy under transmisjonen.

2.2 Struktur og arbeidsprinsipp for Rogowski-spiraler

Rogowski-spiraler overgår andre metoder for AC-strømmåling med fordeler som fremragende lineæritet, brede frekvensbånd, ingen jernkjerner, lav kostnad, lett vekt, og lett installasjon/vedlikehold. Kritisk er at de unngår hysteresis og metning, som sikrer bred, nøyaktig måling.

Vanligvis er myke ledninger stramme rundt ikke-magnetiske rammer (se figur 2) for å danne spiraler. Basert på Amperes lov, er integralet av magnetfeltstyrken H langs en lukket kontur lik den omsluttende strømmen. Imidlertid er det vanskelig å oppnå nøyaktig, jevnt spoling (for konsistente tverrsnitt) i praksis, noe som begrenser stabiliteten.

For å løse dette, optimaliseres spiraler for systembehov. For eksempel, bruk PCB-baserte design med dataverktøy for jevn trådlegging og digital tverrsnittsbehandling. Omvendt serieoppkobling av to spiraler kan redusere elektromagnetisk støy, øke spenningsutgang og nøyaktighet ved å nullstille lengdevis magnetfelt.

Forbedrede PCB Rogowski-spiraler overkommer tradisjonelle svakheter (f.eks. dårlig motstandskraft mot støy, unøyaktige målinger). Med enklere strukturer, vitenskapelige design og nøyaktig produksjon, er de ideelle for fremme av kraftsystemer.

3 Testing av temperaturkoeffisienter for prøvebelasted motstand & intern motstand i Rogowski-spiral
3.1 Test av temperaturkoeffisient for LPCT prøvebelasted motstand

I praksis fører ulike materialeegenskaper/prosessfeil til avvik i motstandsverdi, som påvirker målnøyaktighet. Motstand endres også med temperatur, noe som betydelig påvirker kvotefeil hos strømtransformatorer.

Konklusjon: PCB Rogowski-spiral- og LPCT prøvebelasted motstand verdi varierer med temperatur, noe som stiller kraftsystemer foran sikkerhetsrisiko. Derfor, testes temperatureffekter på PCB Rogowski-spiraler og skannes prøvebelasted motstand for å sikre at transformatorer oppfyller design- og driftsstabilitetsbehov.

3.2 Test av motstandsdrift og kvotefeil for Rogowski-spiral

Operatører simulerer temperaturmiljø, kjører PCB Rogowski-spiraler ved ulike temperaturer, registrerer dataendringer, analyserer temperatureffekter, og optimiserer design for å forbedre effektivitet.

Denne testen vurderer PCB Rogowski-spirals prestasjon/egnethet for kraftsystemer. Ved bruk av en konstanttemperaturkammer og LCR-tester: plasser spiralet i kammeret, deretter bruk LCR/elektroniske strømtestsystemer for å måle motstandsdrift og kvotefeil, og sikre gyldig data gjennom kontrollerte temperaturforhold (f.eks. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Post-test analyse: Intern motstand i PCB er temperaturfølsom, men temperatur påvirker minimalt vinkel-/kvotefeil – sikrer beskyttelse av kraftsystem.

4 Konklusjon

Strømtransformatorer er viktige for beskyttelse og måling av kraftsystemer. Deres prestasjon påvirker direkte systemstabilitet og strømforsyning til brukere. Derfor bør forskningen på 10 kV elektroniske strømtransformatorer styrkes for å støtte det sunne veksten i Kinas kraftindustri.