Struktura wydajności i testowanie elektronicznych prądnic transformatorowych

1 Zalety wydajnościowe

W ostatnich latach elektroniczne transformatory prądowe (ECT) stały się kluczowym trendem w branży. Narodowe standardy klasyfikują je na dwa typy: Aktywne Optyczne Transformatory Prądowe (AOCT, aktywno-hybrydowy typ) i Optyczne Transformatory Prądowe (OCT, pasywno-optyczny typ). Aktywne hybrydowe ECT używają niskomocowych transformatorów elektromagnetycznych i cewek Rogowskiego jako podstawowych elementów czujnikowych (Rysunek 1).

Cewki Rogowskiego przewyższają tradycyjne czujniki brakiem nasycenia i szerokim zakresem dynamicznym, co zwiększa efektywność transmisji prądu. Niemniej jednak mają słabe zdolności do odporności na zakłócenia (podatność na zewnętrzne pola magnetyczne, zmiany temperatury/wilgotności) oraz ryzyko błędów przy ręcznym/wielowarstwowym nawinięciu. Wśród elektromagnetycznych ECT, modele o niskiej mocy wyróżniają się: dojrzałą technologią, stabilną wydajnością, wysoką czułością, gotowością do masowej produkcji oraz szerokim zastosowaniem w systemach energetycznych.

2 Struktura i zasada działania
2.1 LPCT: Struktura i działanie

LPCT (transformator prądowy o niskiej mocy) jest zdefiniowany w GB/T 20840.8-2007 jako implementacja ECT. Jako reprezentatywny transformator elektromagnetyczny, wydajność i technologiczna dojrzałość LPCT rośnie corocznie, obiecując szerokie zastosowania.

LPCT korzysta z systemów energetycznych dzięki niskim obciążeniom wtórnym i luźnym wymaganiom pomiarowym. Używając materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej (np. nanokrystaliczne stopy żelaza), osiąga precyzyjne pomiary przy użyciu małych rdzeni.

Składający się z opornika próbkującego Rs, transformatora elektromagnetycznego i jednostki transmisji sygnału, LPCT działa w ten sposób: prąd główny przekształca się w prąd wtórny, który opornik próbkujący zamienia na sygnał napięcia proporcjonalny do prądu głównego. Dwustronnie ekranowany przewód skrętany wysyła ten sygnał do inteligentnego urządzenia elektronicznego (IED-Business), ekranując zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne podczas transmisji.

2.2 Struktura i zasada działania cewek Rogowskiego

Cewki Rogowskiego przewyższają inne metody pomiaru prądu przemiennego dzięki zaletom takim jak doskonała liniowość, szerokie pasma częstotliwości, brak rdzenia żelaznego, niska cena, niewielka waga i łatwa instalacja/utrzymywanie. Kluczowo, unikają histerezy i nasycenia, zapewniając szerokie i dokładne pomiary.

Zwykle miękkie druty są ciasno nawijane na nieferromagnetyczne szkielety (patrz Rysunek 2) tworząc cewki. Na podstawie prawa Ampère'a, całkowity strumień indukcji magnetycznej H wzdłuż zamkniętego konturu równa się prądowi otaczającemu. Jednak w praktyce trudno jest osiągnąć precyzyjne i jednolite nawinięcie (aby uzyskać spójne przekroje), co ogranicza stabilność.

Aby to rozwiązać, optymalizuje się cewki do potrzeb systemu. Na przykład, używa się projektów opartych na PCB z narzędziami komputerowymi/IT do jednolitego układu drutów i cyfrowej obróbki przekroju. Odwrotne szeregowe nawinięcie dwóch cewek może zredukować zakłócenia elektromagnetyczne, zwiększając wyjście napięcia i dokładność poprzez anulowanie pól magnetycznych podłużnych.

Ulepszone cewki Rogowskiego oparte na PCB pokonują tradycyjne wady (np. słaba odporność na zakłócenia, niedokładne pomiary). Dzięki prostszej strukturze, naukowym projektom i precyzyjnemu wykonaniu, są idealne do promocji w systemach energetycznych.

3 Testowanie współczynników temperaturowych oporu próbkującego i wewnętrznego oporu cewki Rogowskiego
3.1 Test współczynnika temperaturowego oporu próbkującego LPCT

W praktyce, niezgodne właściwości materiałów/procesy powodują odchylenia wartości oporu, wpływając na dokładność pomiarów. Opor również zmienia się wraz z temperaturą, znacząco wpływa na błędy stosunku transformatora prądowego.

Wniosek: wartości oporu cewek Rogowskiego opartych na PCB i oporu próbkującego LPCT zmieniają się wraz z temperaturą, stanowiąc zagrożenie dla bezpieczeństwa systemów energetycznych. Dlatego należy naukowo przetestować wpływ temperatury na cewki Rogowskiego oparte na PCB i dokonać selekcji oporników próbkujących, aby upewnić się, że transformatory spełniają potrzeby stabilności projektowej i operacyjnej.

3.2 Test dryfu oporu i błędu stosunku cewki Rogowskiego

Operatorzy symulują warunki temperaturowe, uruchamiają cewki Rogowskiego oparte na PCB w różnych temperaturach, rejestrują zmiany danych, analizują wpływ temperatury i optymalizują projekty, aby poprawić efektywność.

Ten test ocenia wydajność i odpowiedniość cewek Rogowskiego opartych na PCB dla systemów energetycznych. Używając komory o stałej temperaturze i tester LCR: umieszcza się cewkę w komorze, a następnie używa systemów LCR/testerów prądu elektronicznego do pomiaru dryfu oporu i błędu stosunku, zapewniając prawidłowe dane w kontrolowanych warunkach temperaturowych (np. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Analiza po teście: wewnętrzny opór PCB jest wrażliwy na temperaturę, ale temperatura minimalnie wpływa na błędy kątowe/stosunku - zapewniając ochronę systemu energetycznego.

4 Podsumowanie

Transformatory prądowe są kluczowe dla ochrony i pomiarów w systemach energetycznych. Ich wydajność bezpośrednio wpływa na stabilność systemu i dostawę energii elektrycznej użytkownikom. Dlatego należy wzmacniać badania nad 10-kV elektronicznymi transformatorami prądowymi, aby wspierać zdrowy rozwój chińskiego przemysłu energetycznego.