โครงสร้างและทดสอบประสิทธิภาพของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

1 ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ (ECTs) ได้กลายเป็นแนวโน้มสำคัญของอุตสาหกรรม ตามมาตรฐานแห่งชาติ แบ่งออกเป็นสองประเภท คือ Active Optical Current Transformers (AOCTs, แบบไฮบริดใช้งาน) และ Optical Current Transformers (OCTs, แบบแสงเชิงพาสซีฟ) ECTs แบบไฮบริดใช้งานใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังต่ำและคอยล์โรโกวสกี้เป็นองค์ประกอบหลักในการตรวจจับ (รูปที่ 1)

คอยล์โรโกวสกี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเซนเซอร์แบบดั้งเดิมด้วยความสามารถในการไม่อิ่มตัวและช่วงพลวัตที่กว้าง ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการส่งกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พวกมันมีความสามารถในการต้านทานการรบกวนต่ำ (ไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ/ความชื้น) และความเสี่ยงในการเกิดข้อผิดพลาดจากการพันขดลวดด้วยมือหรือหลายชั้น ในบรรดา ECTs แบบแม่เหล็กไฟฟ้า โมเดลกำลังต่ำโดดเด่นด้วยเทคโนโลยีที่สุกงอม ประสิทธิภาพที่เสถียร ความไวสูง พร้อมสำหรับการผลิตมวลชน และการนำไปใช้ในระบบไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง

2 โครงสร้างและหลักการทำงาน
2.1 LPCT: โครงสร้างและการทำงาน

LPCT (เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังต่ำ) ถูกกำหนดใน GB/T 20840.8—2007 เป็นการนำ ECT มาใช้ ในฐานะตัวแทนของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า ประสิทธิภาพและความสุกงอมทางเทคนิคของ LPCT เพิ่มขึ้นทุกปี พร้อมสู่การประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง

LPCT ช่วยระบบไฟฟ้าด้วยโหลดรองที่ต่ำและการวัดที่ผ่อนคลาย ด้วยการใช้วัสดุที่มีความทะลุผ่านสูง (เช่น โลหะผสมนาโนคริสตาลบนพื้นฐานของเหล็ก) มันสามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำด้วยแกนขนาดเล็ก

ประกอบด้วยตัวต้านทานตัวอย่าง Rs เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า และหน่วยส่งสัญญาณ LPCT ทำงานโดย: กระแสไฟฟ้าหลักเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้ารอง ซึ่งตัวต้านทานตัวอย่างจะแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่สัดส่วนกับกระแสไฟฟ้าหลัก หน่วยส่งสัญญาณสายคู่ที่มีการป้องกันสองชั้นส่งสัญญาณนี้ไปยัง Intelligent Electronic Device (IED) ป้องกันการรบกวนจากสนามแม่เหล็กภายนอกระหว่างการส่งสัญญาณ

2.2 โครงสร้างและหลักการทำงานของคอยล์โรโกวสกี้

คอยล์โรโกวสกี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการวัดกระแสไฟฟ้าสลับอื่น ๆ ด้วยข้อได้เปรียบเช่น ความเชิงเส้นที่ยอดเยี่ยม ช่วงความถี่ที่กว้าง ไม่มีแกนเหล็ก ต้นทุนต่ำ น้ำหนักเบา และการติดตั้ง/บำรุงรักษาง่าย สำคัญที่สุด พวกมันหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักและการอิ่มตัว ทำให้วัดค่าได้อย่างกว้างขวางและแม่นยำ

ทั่วไปแล้ว ใช้สายไฟที่นุ่มพันรอบโครงกระดูกที่ไม่เป็นแม่เหล็ก (ดูรูปที่ 2) เพื่อสร้างคอยล์ ตามกฎของแอมแปร์ ปริพันธ์ของความเข้มของสนามแม่เหล็ก H ตามเส้นโค้งปิดเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ล้อมรอบ แต่การพันขดลวดที่แม่นยำและสม่ำเสมอ (สำหรับส่วนตัดขวางที่คงที่) ยากที่จะทำได้ในทางปฏิบัติ ทำให้เสถียรภาพจำกัด

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ปรับปรุงคอยล์ให้เหมาะสมกับความต้องการของระบบ ตัวอย่างเช่น ใช้การออกแบบบน PCB ด้วยเครื่องมือคอมพิวเตอร์/IT สำหรับการจัดเรียงสายที่สม่ำเสมอและการประมวลผลส่วนตัดขวางดิจิทัล การพันขดลวดสองคอยล์แบบอนุกรมกลับศูนย์สามารถลดการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้แรงดันไฟฟ้าและความแม่นยำเพิ่มขึ้นโดยยกเลิกสนามแม่เหล็กตามยาว

คอยล์โรโกวสกี้ PCB ที่ปรับปรุงแล้วสามารถแก้ไขข้อบกพร่องแบบดั้งเดิม (เช่น ต้านทานการรบกวนที่ไม่ดี การวัดที่ไม่แม่นยำ) ด้วยโครงสร้างที่ง่าย การออกแบบทางวิทยาศาสตร์ และการผลิตที่แม่นยำ ทำให้เหมาะสำหรับการส่งเสริมระบบไฟฟ้า

3 การทดสอบสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวต้านทานตัวอย่างและต้านทานภายในคอยล์โรโกวสกี้
3.1 การทดสอบสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวต้านทานตัวอย่าง LPCT

ในการปฏิบัติงาน คุณสมบัติวัสดุและกระบวนการที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ค่าต้านทานแตกต่างกัน ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด ต้านทานยังเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ทำให้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความผิดพลาดของอัตราส่วนเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า

สรุป: ค่าต้านทานของคอยล์โรโกวสกี้ PCB และตัวต้านทานตัวอย่าง LPCT แตกต่างกันตามอุณหภูมิ ทำให้เกิดความเสี่ยงต่อระบบไฟฟ้า ดังนั้น ควรทดสอบอิทธิพลของอุณหภูมิอย่างมีวิทยาศาสตร์และคัดเลือกตัวต้านทานตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าตรงตามความต้องการในการออกแบบและการดำเนินงาน

3.2 การทดสอบการเคลื่อนที่ของต้านทานคอยล์โรโกวสกี้และการทดสอบความผิดพลาดของอัตราส่วน

ผู้ดำเนินการจำลองสภาพแวดล้อมอุณหภูมิ ทำงานคอยล์โรโกวสกี้ PCB ภายใต้อุณหภูมิที่หลากหลาย บันทึกการเปลี่ยนแปลงข้อมูล วิเคราะห์อิทธิพลของอุณหภูมิ และปรับปรุงการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

การทดสอบนี้ประเมินประสิทธิภาพและความเหมาะสมของคอยล์โรโกวสกี้ PCB สำหรับระบบไฟฟ้า ใช้ห้องควบคุมอุณหภูมิคงที่และเครื่องทดสอบ LCR: วางคอยล์ในห้อง แล้วใช้ระบบทดสอบ LCR/ระบบทดสอบกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์เพื่อวัดการเคลื่อนที่ของต้านทานและความผิดพลาดของอัตราส่วน ให้แน่ใจว่าได้ข้อมูลที่ถูกต้องภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิที่ควบคุม (เช่น -50 °C, 250 °C, 450 °C)

การวิเคราะห์หลังการทดสอบ: ต้านทานภายใน PCB ไวต่ออุณหภูมิ แต่อุณหภูมิมีผลกระทบต่อความผิดพลาดของมุมและอัตราส่วนน้อยมาก—ทำให้ระบบไฟฟ้าได้รับการปกป้อง

4 สรุป

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้ามีความสำคัญต่อการป้องกันและการวัดระบบไฟฟ้า ประสิทธิภาพของพวกมันส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของระบบและการจัดจำหน่ายไฟฟ้าให้ผู้ใช้ ดังนั้น ควรมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ 10 kV เพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตที่แข็งแรงของอุตสาหกรรมไฟฟ้าของประเทศจีน