Strømåling ved null-fluks-strømtransformatorer i gassisoleret spenningsvekslingsapparat (GIS)

Den økende kompleksiteten i kraftnettet, spesielt med integrering av strøm-elektronikkbaserte enheter, gjør det nødvendig med sporbar måleteknikker. Disse er viktige for å på en nøyaktig måte fastslå de høyfrekvenskomponentene av store elektriske strømmer. I den ikke-invasiv måling av både AC- og DC-strøm, benyttes magnetisk kobling i strømtransformatorer utbredt.

Feilen i en strømtransformator er direkte relatert til magnetiseringen av dens kjernestoff. Denne innebygde sammenhengen fører naturligvis til utforskning av metoder for å redusere denne magnetiske fluksen. En slik metode er null-fluks-teknikken. I denne teknikken innføres en balanserende kompenserende strøm for å inducere null-fluks i den magnetiske kjernen.

Null-fluks-strømtransformatorer hører til kategorien laveffekts instrumenttransformatorer (LPITs). LPITs gir flere fordeler, inkludert mindre størrelse, lavere energiforbruk, forbedret sikkerhet, høyere nøyaktighet og bedre signalstabilitet. Med implementering av digital kommunikasjon i understasjoner i henhold til IEC61850-9-2 standard, vil bruk av LPITs i gass-isolerte understasjoner (GIS) bli mer vanlig.

En deteksjonsspole er ansvarlig for å oppdage den magnetiske fluksen i kjernen. Et lukket sløyfe kontrollsystem bestående av en forsterker og en tilbakemeldingsspole genererer en sekundærstrøm. Denne sekundære strømmen er designet for å motvirke fluksen produsert av den primære strømmen, og dermed skape en "Null-fluks CT".

Sekundærstrømmen passer så igjennom en presis belastningsmotstand, som genererer et spenningssignal som er proporsjonalt med den primære strømmen. I dette oppsettet forbli det magnetiske stoffet i kjernen uoppfrisket, noe som sikrer at det ikke viser hysterese eller mättnadseffekter. Imidlertid, ved DC eller lavfrekvensforhold, møter fluksavbrytningsmekanismen utfordringer. Deteksjonsspolen er ikke i stand til å måle restfluksen under slike omstendigheter, og dermed kan ikke fluksen effektivt avbrytes.

For å håndtere DC-målinger, er en DC-fluksensor inkludert. Dette kan være enten en Hall-sonde innsatt i kjernen eller en flux-gate-sirkel utstyrt med to ekstra kontroll- og deteksjonsspoler. Fordeler med Null-fluks Strømtransformatorer AC-null-fluks sensorer viser høy linjæritet og presisjon. De er immun mot kjernenens magnetiske egenskaper, noe som resulterer i en liten fasfeil. Nøyaktigheten til disse sensorer er hovedsakelig bestemt av presisjonen i belastningsmotstanden.

Tillegget av en Hall-sonde eller en flux-gate-detektor gjør det mulig å måle DC-strømmer. Disse sensorer er svært motstandsdyktige mot elektromagnetisk støy, noe som sikrer pålitelig drift i ulike elektromagnetiske miljøer. Ulemper med Null-fluks Strømtransformatorer Sensoren krever en ekstern strømforsyning og en forsterker for å fungere. En defekt sekundærløkke har potensialet til å generere farlige spenninger, noe som representerer en sikkerhetsrisiko. Eksempel på bruk av Null-fluks Strømtransformatorer i Kii-Kanal prosjekt HVDC kobling for ute 500 kV DC GIS I Kii-Kanal prosjektet blir null-fluks CT'er benyttet.

Figur 2 viser blokkdiagrammet og hardvaredetaljene til CT'en. Strømmen som skal måles, (Ip), genererer en magnetisk fluks som påvirkes av strømmen (Is) i sekundærløkken ((Ns)). Tre toroidale kjerner, plassert innenfor GIS-kompartimentet, brukes for å oppdage fluksen. Kjerner (N1) og (N2) er dedikert til å oppdage de DC-komponentene av den resterende fluksen, mens (N3) er ansvarlig for å oppdage den AC-komponenten. En oscillator driver parret DC-fluks-oppdagerkjerner ((N1) og (N2)) i motsatte retninger til saturasjon.

Hvis den resterende DC-fluksen er null, vil de resulterende strøm toppene i begge retninger være like. Hvis imidlertid DC-fluksen ikke er null, er forskjellen mellom disse toppene proporsjonal med den resterende DC-fluksen. Ved å kombinere den AC-komponenten oppdaget av (N3), etters om et kontrollsløyfe. Dette løpet genererer den sekundære strømmen (Is) på en måte som nullstillier den totale fluksen. En effektförsterker leverer strømmen (Is) til sekundærløkken (Ns). Deretter ledes sekundærstrømmen til belastningsmotstanden, som konverterer strømmen til et ekvivalent spenningssignal. Målingspresisjonen er bestemt av både belastningsmotstanden og stabilheten i differensialforsterkeren.

Null-fluks strømtransformatorer er presis instruments som er designet for AC- og AC/DC-målinger. For tiden brukes de mest i høyspændingsdirektestrøm (HVDC) gass-isolerte understasjoner (GIS). Målingsprinsippet for en AC-null-fluks strømtransformator er illustrert i figur 1.