Pengukuran Arus Melalui Transformator Arus Tanpa Aliran dalam Peralatan Pengalihan Terisolasi Gas (GIS)

Kompleksiti semakin meningkat dalam grid elektrik, terutamanya dengan penggabungan peranti berdasarkan elektronik kuasa, memerlukan teknik pengukuran yang boleh dilacak. Teknik-teknik ini penting untuk menentukan komponen frekuensi tinggi dalam arus elektrik yang tinggi dengan tepat. Dalam pengukuran tanpa intrusi bagi arus elektrik AC dan DC, penghubungan magnetik dalam transformator arus digunakan secara meluas.

Ralat pada transformator arus berkaitan langsung dengan magnetisasi inti transformator. Hubungan ini secara semula jadi mendorong penerokaan kaedah-kaedah untuk mengurangkan aliran fluks magnet. Salah satu pendekatan ialah teknik zero-flux. Dalam teknik ini, arus pemampangan diperkenalkan untuk menghasilkan fluks sifar dalam inti magnet.

Transformator arus zero-flux termasuk dalam kategori Transformator Instrumen Rendah Kuasa (LPITs). LPITs menawarkan pelbagai kelebihan, termasuk saiz yang lebih kecil, penggunaan tenaga yang lebih rendah, keselamatan yang lebih baik, ketepatan yang lebih tinggi, dan kebolehpercayaan isyarat yang lebih baik. Dengan pelaksanaan komunikasi digital di substasiun mengikut piawaian IEC61850-9-2, penggunaan LPITs di Substasiun Terasing Gas (GIS) akan menjadi lebih biasa.

Lilitan pendeteksian bertanggungjawab untuk merasakan fluks magnet dalam inti. Sistem kawalan gelung tertutup, yang terdiri daripada penambah dan lilitan maklum balas, menghasilkan arus sekunder. Arus sekunder ini direka untuk mengimbangi fluks yang dihasilkan oleh arus utama, seterusnya mencipta "Zero-flux CT".

Arus sekunder kemudian melalui rintangan beban presisi, menghasilkan isyarat voltan yang berkadar dengan arus utama. Dalam susunan ini, bahan magnetik inti tetap tidak bergembira, memastikan ia tidak menunjukkan kesan histeresis atau penyepuhan. Walau bagaimanapun, pada keadaan DC atau frekuensi rendah, mekanisme pembatalan fluks menghadapi cabaran. Lilitan pendeteksian tidak dapat mengukur fluks baki dalam keadaan tersebut, dan seterusnya, fluks tidak dapat dibatalkan dengan efektif.

Untuk mengatasi pengukuran DC, sensor fluks DC dimasukkan. Ini boleh berupa probe Hall yang tertanam dalam inti atau litar flux-gate yang dilengkapi dengan dua lilitan kawalan dan pendeteksian tambahan.Kelebihan Transformator Arus Zero-fluxSensor AC zero-flux menunjukkan linearitas dan ketepatan yang tinggi. Mereka kebal terhadap ciri-ciri inti magnet, menghasilkan ralat fasa yang kecil. Ketepatan sensor-sensor ini ditentukan terutamanya oleh ketepatan rintangan beban.

Penambahan probe Hall atau detektor flux-gate membolehkan pengukuran arus DC.Sensor-sensor ini sangat tahan terhadap gangguan elektromagnetik, memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam pelbagai persekitaran elektromagnetik.Kekurangan Transformator Arus Zero-fluxSensor memerlukan bekalan kuasa luaran dan penambah untuk berfungsi.Mal fungsi litar sekunder mempunyai potensi untuk menghasilkan voltan berbahaya, membawa risiko keselamatan.Contoh Penggunaan Transformator Arus Zero-flux dalam Projek Kii-Channel HVDC Link untuk GIS DC 500 kV LuarDalam projek Kii-Channel, transformator arus zero-flux digunakan.

Gambaraj blok dan butiran perkakasan CT ditunjukkan dalam Rajah 2. Arus yang perlu diukur, (Ip), menghasilkan fluks magnet yang dipengaruhi oleh arus (Is) dalam lilitan sekunder ((Ns)).Tiga inti toroidal, yang terletak dalam bahagian GIS, digunakan untuk merasakan fluks. Inti (N1) dan (N2) ditugaskan untuk merasakan komponen DC dari fluks baki, manakala (N3) bertanggungjawab untuk mendeteksi komponen AC. Oskilator menggerakkan pasangan inti pengesanan fluks DC ((N1) dan (N2)) ke dalam keadaan penyepuhan dalam arah yang bertentangan.

Jika fluks DC baki adalah sifar, puncak arus yang dihasilkan dalam kedua-dua arah akan sama. Walau bagaimanapun, jika fluks DC bukan sifar, perbezaan antara puncak-puncak ini berkadar dengan fluks DC baki. Dengan menggabungkan komponen AC yang dideteksi oleh (N3), gelung kawalan dibentuk. Gelung ini menghasilkan arus sekunder (Is) sedemikian rupa sehingga ia meniadakan fluks keseluruhan. Penambah kuasa memberikan arus (Is) kepada lilitan sekunder (Ns). Setelah itu, arus sekunder dialihkan ke rintangan beban, yang menukar arus menjadi isyarat voltan yang setara. Ketepatan pengukuran ditentukan oleh kedua-dua rintangan beban dan kestabilan penambah pembezaan.

Transformator arus zero-flux adalah instrumen presisi yang direka untuk pengukuran AC dan AC/DC. Pada masa kini, mereka paling sering digunakan dalam Substasiun Terasing Gas Arus Tegangan Tinggi Berarah (HVDC GIS). Prinsip pengukuran transformator arus zero-flux AC ditunjukkan dalam Rajah 1.