Estrutura de Desempenho e Testes de Transformadores de Corrente Eletrônicos

1 Vantagens de Desempenho

Nos últimos anos, os transformadores eletrônicos de corrente (ECTs) surgiram como uma tendência-chave na indústria. Os padrões nacionais classificam-nos em dois tipos: Transformadores Óticos de Corrente Ativos (AOCTs, tipo híbrido ativo) e Transformadores Óticos de Corrente (OCTs, tipo ótico passivo). Os ECTs híbridos ativos usam transformadores eletromagnéticos de baixa potência e bobinas de Rogowski como elementos de detecção principais (Figura 1).

As bobinas de Rogowski superam os sensores tradicionais com sua não-saturação e ampla faixa dinâmica, aumentando a eficiência da transmissão de corrente. No entanto, elas apresentam baixas capacidades de anti-interferência (vulneráveis a campos magnéticos externos, mudanças de temperatura/umidade) e riscos de erros no enrolamento manual/multicamadas. Entre os ECTs eletromagnéticos, os modelos de baixa potência se destacam: tecnologia madura, desempenho estável, alta sensibilidade, prontidão para produção em massa e ampla adoção em sistemas de energia.

2 Estrutura & Princípio de Funcionamento
2.1 LPCT: Estrutura & Operação

LPCT (um ECT eletromagnético de baixa potência) é definido em GB/T 20840.8—2007 como uma implementação de ECT. Como um transformador eletromagnético representativo, o desempenho e a maturidade tecnológica do LPCT crescem anualmente, prometendo amplas aplicações.

O LPCT beneficia os sistemas de energia com cargas secundárias baixas e requisitos de medição relaxados. Usando materiais de alta permeabilidade (por exemplo, ligas nanocristalinas à base de ferro), ele alcança medidas precisas com núcleos pequenos.

Composto por um resistor de amostragem Rs, transformador eletromagnético e unidade de transmissão de sinal, o LPCT opera assim: a corrente primária do barramento é convertida em uma corrente secundária, que o resistor de amostragem transforma em um sinal de tensão proporcional à corrente primária. Uma unidade de transmissão de fios torcidos duplamente blindada envia este sinal para um Dispositivo Eletrônico Inteligente (IED), protegendo-o de interferências eletromagnéticas externas durante a transmissão.

2.2 Estrutura e Princípio de Funcionamento das Bobinas de Rogowski

As bobinas de Rogowski superam outros métodos de medição de corrente alternada com vantagens como excelente linearidade, amplas faixas de frequência, ausência de núcleo de ferro, baixo custo, peso leve e instalação/manutenção fácil. Importante, elas evitam histerese e saturação, garantindo medidas amplas e precisas.

Comumente, fios macios são enrolados firmemente em esqueletos não-magnéticos (veja Figura 2) para formar as bobinas. Com base na lei de Ampère, a integral da intensidade do campo magnético H ao longo de um contorno fechado é igual à corrente encerrada. No entanto, é difícil alcançar um enrolamento preciso e uniforme (para seções transversais consistentes) na prática, limitando a estabilidade.

Para abordar isso, otimize as bobinas conforme as necessidades do sistema. Por exemplo, use designs baseados em PCB com ferramentas de computador/IT para layout de fios uniforme e processamento digital de seções transversais. O enrolamento em série reversa de duas bobinas pode reduzir a interferência eletromagnética, aumentando a saída de tensão e a precisão, cancelando campos magnéticos longitudinais.

As bobinas de Rogowski melhoradas em PCB superam falhas tradicionais (por exemplo, baixa resistência a interferências, medidas imprecisas). Com estruturas mais simples, designs científicos e fabricação precisa, elas são ideais para a promoção em sistemas de energia.

3 Teste dos Coeficientes de Temperatura da Resistência de Amostragem & Resistência Interna da Bobina de Rogowski
3.1 Teste do Coeficiente de Temperatura da Resistência de Amostragem do LPCT

Na prática, as propriedades inconsistentes dos materiais/processos causam desvios nos valores de resistência, afetando a precisão da medição. A resistência também varia com a temperatura, impactando significativamente os erros de razão do transformador de corrente.

Conclusão: os valores de resistência das bobinas de Rogowski em PCB e da resistência de amostragem do LPCT variam com a temperatura, representando riscos de segurança para os sistemas de energia. Portanto, teste cientificamente os impactos da temperatura nas bobinas de Rogowski em PCB e selecione resistores de amostragem para garantir que os transformadores atendam às necessidades de estabilidade de design/operacional.

3.2 Teste de Deriva da Resistência & Erro de Razão da Bobina de Rogowski

Os operadores simulam ambientes de temperatura, executam bobinas de Rogowski em PCB sob temperaturas variadas, registram mudanças de dados, analisam os efeitos da temperatura e otimizam os designs para melhorar a eficiência.

Este teste avalia o desempenho e a adequação das bobinas de Rogowski em PCB para sistemas de energia. Usando uma câmara de temperatura constante e um tester LCR: coloque a bobina na câmara, então use sistemas de teste LCR/corrente elétrica para medir a deriva da resistência e o erro de razão, garantindo dados válidos através de condições de temperatura controladas (por exemplo, -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Análise pós-teste: a resistência interna do PCB é sensível à temperatura, mas a temperatura afeta minimamente os erros angulares/razão—garantindo a proteção do sistema de energia.

4 Conclusão

Os transformadores de corrente são críticos para a proteção e medição dos sistemas de energia. Seu desempenho impacta diretamente a estabilidade do sistema e o fornecimento de eletricidade aos usuários. Portanto, aprimore a pesquisa sobre transformadores eletrônicos de corrente de 10 kV para apoiar o crescimento saudável da indústria de energia da China.