การวัดกระแสโดยใช้ตัวแปลงกระแสแบบฟลักซ์ศูนย์ในอุปกรณ์สลับวงจรที่มีฉนวนกันความร้อนเป็นแก๊ส (GIS)

ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของระบบไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการรวมอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้จำเป็นต้องมีเทคนิคการวัดที่สามารถตรวจสอบได้ เทคนิคนี้สำคัญสำหรับการตรวจสอบองค์ประกอบความถี่สูงของกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่ ในการวัดกระแสไฟฟ้า AC และ DC แบบไม่รบกวน การเชื่อมโยงแม่เหล็กในหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวาง

ความผิดพลาดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเกี่ยวข้องโดยตรงกับการแม่เหล็กของแกนกลาง ความสัมพันธ์ที่เป็นธรรมชาตินี้กระตุ้นให้มีการสำรวจวิธีการลดการไหลของแม่เหล็กหนึ่งในวิธีการดังกล่าวคือเทคนิค Zero-flux ในเทคนิคนี้จะมีการนำกระแสไฟฟ้าชดเชยเข้ามาเพื่อสร้างสภาพ Flux ศูนย์ภายในแกนกลางแม่เหล็ก

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux อยู่ในหมวดหมู่ของ Low-Power Instrument Transformers (LPITs) LPITs มีข้อดีหลายประการ รวมถึงขนาดเล็ก ใช้พลังงานต่ำ ปลอดภัยมากขึ้น ความแม่นยำสูงขึ้น และความน่าเชื่อถือของสัญญาณที่ดีขึ้น ด้วยการใช้งานการสื่อสารดิจิทัลในสถานีเปลี่ยนแรงดันตามมาตรฐาน IEC61850-9-2 การใช้งาน LPITs ในสถานี Gas-Insulated Substations (GIS) จะกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น

วงจรตรวจจับมีหน้าที่ในการวัด Flux ภายในแกนกลาง ระบบควบคุมวงจรป้อนกลับที่ประกอบด้วยแอมปลิฟายเออร์และวงจรป้อนกลับ จะสร้างกระแสไฟฟ้ารอง กระแสไฟฟ้ารองนี้ถูกออกแบบมาเพื่อต้านทาน Flux ที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าหลัก ทำให้เกิด "Zero-flux CT" 

กระแสไฟฟ้ารองแล้วจะผ่านตัวต้านทานความแม่นยำ สร้างสัญญาณแรงดันที่เป็นสัดส่วนกับกระแสไฟฟ้าหลัก ในโครงสร้างนี้ วัสดุแม่เหล็กของแกนกลางยังคงไม่ถูกกระตุ้น ทำให้ไม่มีการแสดงผลของความทรงจำแม่เหล็กหรือภาวะอิ่มตัว อย่างไรก็ตาม ในกรณีของกระแสไฟฟ้า DC หรือความถี่ต่ำ กลไกการยกเลิก Flux อาจประสบปัญหา วงจรตรวจจับไม่สามารถวัด Flux ที่เหลืออยู่ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวได้ และดังนั้น Flux จึงไม่สามารถถูกยกเลิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

เพื่อแก้ไขการวัดกระแสไฟฟ้า DC ได้เพิ่มเซ็นเซอร์วัด Flux DC ซึ่งอาจเป็น Hall probe ที่ฝังอยู่ภายในแกนกลาง หรือวงจร Flux-gate ที่มีวงจรควบคุมและตรวจจับเพิ่มเติมสองวงจร ข้อดีของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux เซ็นเซอร์ AC แบบ Zero-flux มีความเชิงเส้นและความแม่นยำสูง ไม่ได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของแกนกลางแม่เหล็ก ทำให้มีความคลาดเคลื่อนเฟสต่ำ ความแม่นยำของเซ็นเซอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของตัวต้านทานความแม่นยำ

การเพิ่ม Hall probe หรือ Flux-gate detector ทำให้สามารถวัดกระแสไฟฟ้า DC ได้ เซ็นเซอร์เหล่านี้ทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าต่าง ๆ ข้อเสียของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux เซ็นเซอร์ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกและแอมปลิฟายเออร์เพื่อทำงาน หากวงจรรองมีปัญหาอาจก่อให้เกิดแรงดันอันตราย สร้างความเสี่ยงด้านความปลอดภัยตัวอย่างการใช้งานหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux ในโครงการ Kii-Channel Project HVDC Link สำหรับ GIS ไฟฟ้า DC 500 kV กลางแจ้ง ในโครงการ Kii-Channel ได้ใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux

รูปที่ 2 แสดงแผนภาพบล็อกและรายละเอียดฮาร์ดแวร์ของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ต้องการวัด (Ip) จะสร้าง Flux แม่เหล็กที่ได้รับอิทธิพลจากกระแสไฟฟ้า (Is) ในวงจรรอง ((Ns)) แกนวงแหวนสามตัว ตั้งอยู่ภายในช่อง GIS ถูกนำมาใช้เพื่อวัด Flux แกน (N1) และ (N2) มีหน้าที่วัดส่วนประกอบ DC ของ Flux ที่เหลืออยู่ ในขณะที่ (N3) มีหน้าที่ตรวจจับส่วนประกอบ AC ออสซิลเลเตอร์ขับเคลื่อนแกนวงแหวนวัด Flux DC ((N1) และ (N2)) ให้เข้าสู่ภาวะอิ่มตัวในทิศทางตรงกันข้าม

หาก Flux DC ที่เหลืออยู่เป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าสูงสุดในทั้งสองทิศทางจะเท่ากัน แต่หาก Flux DC ไม่เป็นศูนย์ ความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าสูงสุดเหล่านี้จะสัดส่วนกับ Flux DC ที่เหลืออยู่ ด้วยการรวมส่วนประกอบ AC ที่ตรวจจับโดย (N3) จะสร้างวงจรควบคุม วงจรควบคุมนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้ารอง (Is) ให้เป็นไปในลักษณะที่ทำให้ Flux ทั้งหมดเป็นศูนย์ แอมปลิฟายเออร์กำลังจะจ่ายกระแสไฟฟ้า (Is) ให้กับวงจรรอง (Ns) จากนั้นกระแสไฟฟ้ารองจะถูกนำไปยังตัวต้านทานความแม่นยำ ซึ่งจะแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณแรงดันที่เท่ากัน ความแม่นยำของการวัดขึ้นอยู่กับทั้งตัวต้านทานความแม่นยำและความเสถียรของแอมปลิฟายเออร์แบบต่างๆ

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ Zero-flux เป็นเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำ ออกแบบมาสำหรับการวัดกระแสไฟฟ้า AC และ AC/DC ปัจจุบัน ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในสถานี Gas-Insulated Substations (GIS) สำหรับ High-Voltage Direct Current (HVDC) หลักการวัดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า AC แบบ Zero-flux แสดงในรูปที่ 1