Mesura de corrent mitjançant transformadors de corrent de flux zero en interruptores aïllats a gas (GIS)

La creixent complexitat de la xarxa elèctrica, especialment amb l'incorporació de dispositius basats en electrònica de potència, necessita tècniques de mesura traçables. Aquestes són crucials per a determinar amb precisió les components d'alta freqüència de les corrents elèctriques elevades. En la mesura no intrusiva tant de corrents elèctriques AC com DC, es fa un ús extensiu del coupage magnètic en els transformadors de corrent.

L'error d'un transformador de corrent està directament relacionat amb la magnetització del seu nucli. Aquesta connexió inherent promou naturalment l'exploració de mètodes per mitigar aquest flux magnètic. Un d'aquests mètodes és la tècnica de flux zero. En aquesta tècnica, es presenta una corrent compensadora d'equilibri per induir un flux zero dins del nucli magnètic.

Els transformadors de corrent de flux zero pertanyen a la categoria dels Transformadors d'Instrument de Baixa Potència (LPITs). Els LPITs oferen molts avantatges, incloent una mida menor, un consum d'energia inferior, una major seguretat, una major precisió i una millor fiabilitat de senyal. Amb la implementació de la comunicació digital en subestacions conformant-se a la norma IEC61850-9-2, l'ús de LPITs en Subestacions Aïllades amb Gas (GIS) es preveu que es converteixi en més comú.

Un bobinat de detecció és responsable de sent la flux magnètic dins del nucli. Un sistema de control en bucle tancat, format per un amplificador i un bobinat de retroalimentació, genera una corrent secundària. Aquesta corrent secundària està dissenyada per contrarestar el flux produït per la corrent primària, creant així un "Transformador de Corrent de Flux Zero".

A continuació, la corrent secundària passa a través d'una resistència de càrrega precisa, generant un senyal de tensió proporcional a la corrent primària. En aquesta configuració, el material magnètic del nucli roman sense excitar, assegurant que no mostri efectes d'histeresis o saturació. No obstant això, en condicions de CC o de baixa freqüència, el mecanisme de cancel·lació del flux troba dificultats. El bobinat de detecció no pot mesurar el flux residual en aquestes circumstàncies, i, per tant, el flux no es pot cancel·lar eficacement.

Per abordar les mesures de CC, es incorpora un sensor de flux de CC. Això pot ser o bé una sonda Hall incrustada dins del nucli o un circuit de portallunyes dotat de dos bobinats addicionals de control i detecció. Avantatges dels Transformadors de Corrent de Flux ZeroEls sensors de flux zero AC exhibeixen alta linealitat i precisió. Són immuns a les característiques del nucli magnètic, resultant en un petit error de fase. La precisió d'aquests sensors es determina principalment per la precisió de la resistència de càrrega.

L'afegit d'una sonda Hall o un detector de portallunyes permet la mesura de corrents de CC. Aquests sensors són molt resistent a la interferència electromagnètica, assegurant una operació fiable en diversos entorns electromagnètics. Desavantatges dels Transformadors de Corrent de Flux ZeroEl sensor requereix una alimentació externa i un amplificador per funcionar. Un circuit secundari defectuós té el potencial de generar tensions perilloses, posant un risc de seguretat. Exemple d'ús dels Transformadors de Corrent de Flux Zero en el projecte Kii-Channel HVDC Link per GIS de 500 kV CC al aire lliureEn el projecte Kii-Channel, es fan servir transformadors de corrent de flux zero.

La Figura 2 presenta el diagrama de blocs i els detalls de maquinari del CT. La corrent a mesurar, (Ip), genera un flux magnètic que està influenciat per la corrent (Is) en el bobinat secundari ((Ns)). Es fan servir tres nuclis toroidals, situats dins del compartiment GIS, per sent el flux. Els nuclis (N1) i (N2) estan dedicats a sent les components de CC del flux residual, mentre que (N3) és responsable de detectar la component AC. Un oscil·lador porta el parell de nuclis de sent de flux de CC ((N1) i (N2)) a la saturació en direccions oposades.

Si el flux de CC residual és zero, les cimes de corrent resultant en ambdós sentits seran iguals. No obstant això, si el flux de CC no és zero, la diferència entre aquestes cimes és proporcional al flux de CC residual. Combinant la component AC detectada per (N3), es estableix un bucle de control. Aquest bucle genera la corrent secundària (Is) de manera que anul·li el flux total. Un amplificador de potència proporciona la corrent (Is) al bobinat secundari (Ns). Posteriorment, la corrent secundària es dirigeix a la resistència de càrrega, que converteix la corrent en un senyal de tensió equivalent. La precisió de la mesura es determina tant per la resistència de càrrega com per la estabilitat de l'amplificador diferencial.

Els transformadors de corrent de flux zero són instruments de precisió dissenyats per a mesures AC i AC/CC. Actualment, es fan servir més sovint en Subestacions Aïllades amb Gas (GIS) de Corrent Continua d'Alta Tensió (HVDC). El principi de mesura d'un transformador de corrent de flux zero AC es mostra en la Figura 1.