Prestandastruktur och testning av elektroniska strömmätare

1 Prestandafördelar

Under de senaste åren har elektroniska strömtransformatorer (ECTs) blivit en viktig industriell trend. Nationella standarder indelar dem i två typer: Aktiva optiska strömtransformatorer (AOCTs, aktiv hybridtyp) och optiska strömtransformatorer (OCTs, passiv optisk typ). Aktiva hybrid-ECTs använder lågspännings-elektromagnetiska transformatorer och Rogowski-spolar som kärninspelningskomponenter (Figur 1).

Rogowski-spolar överträffar traditionella sensorer med sin oförställbarhet och breda dynamiska områden, vilket ökar effektiviteten för strömsignalens överföring. De lider dock av låga motståndskapaciteter (känsliga för externa magnetfält, temperatur/fuktighetsförändringar) och risker för fel vid manuell/flerlagersvindling. Bland elektromagnetiska ECTs utmärker sig lågspänningsmodeller: mogna teknologier, stabilt beteende, hög känslighet, redo för massproduktion och brett använda i energisystem.

2 Struktur & Funktionsprincip
2.1 LPCT: Struktur & Funktion

LPCT (en lågspännings-elektromagnetisk ECT) definieras i GB/T 20840.8—2007 som en implementering av ECT. Som en representativ elektromagnetisk transformator ökar LPCT:s prestanda och teknologimognad årligen, med löfte om breda tillämpningar.

LPCT gynnar energisystem med låga sekundära belastningar och mindre krav på mätning. Genom att använda material med hög permeabilitet (t.ex. järnbaserade nanokristallina legor) uppnår det exakta mätningar med små kärnor.

Bestående av en provtagningsresistor Rs, en elektromagnetisk transformator och en signalöverföringsenhet fungerar LPCT så här: Primär busström omvandlas till en sekundär ström, vilken provtagningsresistorn omvandlar till ett spänningssignal proportionellt mot primärströmmen. En dubbelskyddad virad trådöverföringsenhet skickar detta signal till en Intelligent Electronic Device (IED), skyddande mot externa elektromagnetiska störningar under överföringen.

2.2 Struktur och funktionsprincip för Rogowski-spolar

Rogowski-spolar överträffar andra metoder för AC-strömsmätning med fördelar som utmärkt linjäritet, breda frekvensband, inget järnkärnor, låg kostnad, lätt vikt och enkel installation/maintenance. Kritiskt är att de undviker hysteres och sättning, vilket säkerställer breda, exakta mätningar.

Vanligtvis vindlas mjuka trådar tätt runt icke-magnetiska skelett (se Figur 2) för att forma spolar. Enligt Amperes lag är integralen av magnetfältstyrkan H längs en sluten kontur lika med den inneslutna strömmen. Praktiskt sett är det dock svårt att uppnå exakt, jämn vindling (för konsekventa tvärsnitt), vilket begränsar stabiliteten.

För att hantera detta optimeras spolar för systembehov. Till exempel kan PCB-baserade designar med dator/IT-verktyg användas för jämn trådläggning och digital bearbetning av tvärsnitt. Inverterad serievindling av två spolar kan minska elektromagnetiska störningar, vilket ökar spänningsutdata och precision genom att avbryta longitudinella magnetfält.

Förbättrade PCB-Rogowski-spolar övervinner traditionella brister (t.ex. dålig motståndskraft mot störningar, osäkra mätningar). Med enklare strukturer, vetenskapliga designar och noggrann tillverkning är de idealiska för främjandet av energisystem.

3 Test av temperaturkoefficienter för provtagningsresistans & intern resistans hos Rogowski-spol
3.1 Test av temperaturkoefficient för LPCT-provtagningsresistans

I praktiken orsakar inkonsekventa material- och process-egenskaper variationer i resistansvärden, vilket påverkar mätningarnas precision. Resistansen ändras också med temperaturen, vilket betydande påverkar strömtransformatorernas kvotfel.

Slutsats: PCB-Rogowski-spol och LPCT-provtagningsresistansvärden varierar med temperatur, vilket innebär säkerhetsrisker för energisystem. Därför bör temperaturegenskaperna för PCB-Rogowski-spol testas vetenskapligt och provtagningsresistorer skärmade för att säkerställa att transformatorer uppfyller design- och driftstabilitetskraven.

3.2 Test av resistansdrift och kvotfel för Rogowski-spol

Operatörer simulerar temperaturmiljöer, kör PCB-Rogowski-spol under olika temperaturer, registrerar dataförändringar, analyserar temperaturpåverkan och optimiserar design för att förbättra effektiviteten.

Detta test bedömer PCB-Rogowski-spolens prestanda och lämplighet för energisystem. Genom att använda en konstanttemperaturkammare och LCR-tester: placera spolen i kammaren, använd sedan LCR/elektroniska strömsystems för att mäta resistansdrift och kvotfel, säkerställ giltiga data via kontrollerade temperaturvillkor (t.ex. -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Eftertestanalys: Intern resistans i PCB är temperaturkänslig, men temperatur påverkar minimalt vinkelfel och kvotfel – vilket säkerställer skydd för energisystem.

4 Slutsats

Strömtransformatorer är viktiga för skydd och mätning av energisystem. Deras prestanda påverkar direkt systemets stabilitet och elleverans till användare. Därför bör forskningen om 10 kV-elektroniska strömtransformatorer förstärkas för att stödja den kinesiska energisektorns hälsosamma tillväxt.