ガス絶縁開閉装置（GIS）におけるゼロフラックス電流変換器による電流測定

Edwiin

フィールド: 電源スイッチ

China

電力網の複雑さが増すにつれ、特にパワーエレクトロニクスに基づく装置の導入により、追跡可能な測定技術が必要とされています。これらは高電流の高周波成分を正確に確認するために重要です。交流および直流電流の非侵襲的な測定においては、電流変換器における磁気結合が広く使用されています。

電流変換器の誤差はそのコアの磁化と直接関連しています。この固有の関係性から、この磁束を軽減する方法を探求することが自然に促されます。その一つの手法がゼロフラックス技術です。この技術では、磁気コア内にゼロフラックスを誘導するための補償電流が導入されます。

ゼロフラックス電流変換器は低消費電力計器変換器（LPITs）のカテゴリーに属します。LPITsは多くの利点を提供し、それには小型化、低消費電力、安全性の向上、高い精度、そして信頼性の高い信号などが含まれます。IEC61850-9-2規格に基づくデジタル通信の導入に伴い、ガス絶縁変電所（GIS）でのLPITsの利用がより一般的になることが予想されます。

検出巻線はコア内の磁束を感知する役割を果たします。アンプとフィードバック巻線で構成される閉ループ制御システムが二次電流を生成します。この二次電流は一次電流によって生じる磁束を相殺するように設計されており、「ゼロフラックスCT」となります。

その後、二次電流は精密な負荷抵抗器を通って、一次電流に比例した電圧信号を生成します。この設定では、コアの磁性材料は励起されず、ヒステリシスや飽和効果を示さないようにしています。しかし、直流または低周波条件では、磁束キャンセル機構が課題に直面します。このような条件下では、検出巻線は残留磁束を測定することができず、磁束を効果的にキャンセルすることはできません。

直流測定に対処するためには、DCフラックスセンサーが組み込まれます。これはコア内に埋め込まれたホールプローブか、あるいは2つの追加の制御巻線と検出巻線を備えたフロックゲート回路のいずれかです。ゼロフラックス電流変換器の利点：ACゼロフラックスセンサーは高い直線性と精度を持っています。磁気コアの特性に影響を受けにくいため、位相差が小さくなります。これらのセンサーの精度は主に負荷抵抗器の精度によって決まります。

ホールプローブまたはフロックゲート検出器の追加により、直流電流の測定が可能になります。これらのセンサーは非常に電磁干渉に対して耐性があり、様々な電磁環境下でも信頼性のある動作を保証します。ゼロフラックス電流変換器の欠点：センサーは外部電源とアンプを必要とします。二次回路の故障は危険な電圧を発生させる可能性があり、安全上のリスクがあります。

紀伊海峡プロジェクトのHVDCリンクにおける屋外500kV DC GISでのゼロフラックスCTの使用例：紀伊海峡プロジェクトでは、ゼロフラックスCTが使用されています。

図2はCTのブロック図とハードウェア詳細を示しています。測定対象の電流（Ip）は、二次巻線（Ns）の電流（Is）によって影響を受ける磁束を生成します。GISコンパートメント内にある3つのトロイダルコアが磁束を感知します。コア（N1）と（N2）は残余磁束の直流成分を感知するためのもので、（N3）は交流成分を検出する役割を果たします。オシレーターが直流磁束センシングコア（N1）と（N2）を反対方向に飽和させます。

もし残余直流磁束がゼロであれば、両方向での電流ピークは等しくなります。しかし、直流磁束がゼロでない場合、これらのピークの差は残留直流磁束に比例します。（N3）によって検出された交流成分と組み合わせることで、制御ループが形成されます。このループは全体の磁束を無効にするような二次電流（Is）を生成します。パワー・アンプが二次巻線（Ns）に電流（Is）を供給します。その後、二次電流は負荷抵抗器に送られ、電流を同等の電圧信号に変換します。測定精度は負荷抵抗器と差動アンプの安定性によって決定されます。