Pagsukat ng kasalukuyang kuryente sa pamamagitan ng zero flux current transformers sa gas insulated switchgear (GIS)

Ang lumalaking komplikado ng grid ng kuryente, lalo na sa paglilipat ng mga aparato na batay sa elektronika ng kuryente, nangangailangan ng mga teknik ng pagmamasid na may tala. Mahalaga ito para masuri nang wasto ang mataas na frequency na bahagi ng mataas na kuryente. Sa hindi nakakapinsalang pagsukat ng AC at DC na kuryente, malawakang ginagamit ang magnetic coupling sa mga current transformers.

Ang error ng isang current transformer ay direkta na nauugnay sa magnetization ng kanyang core. Ang natural na koneksyon na ito ay nagpapahiwatig ng pag-aaral ng mga pamamaraan upang bawasan ang magnetic flux. Isa sa mga pamamaraan na ito ay ang zero-flux technique. Sa teknik na ito, ipinapakilala ang isang balancing compensating current upang mag-induce ng zero-flux sa magnetic core.

Ang mga zero-flux current transformers ay kasama sa kategorya ng Low-Power Instrument Transformers (LPITs). Ang LPITs ay nagbibigay ng maraming benepisyo, kabilang ang mas maliit na laki, mas mababang pagkonsumo ng kuryente, mas maayos na kaligtasan, mas mataas na katumpakan, at mas mapagkakatiwalaang signal. Sa pag-implement ng digital na komunikasyon sa mga substation ayon sa IEC61850-9-2 standard, ang paggamit ng LPITs sa Gas-Insulated Substations (GIS) ay inaasahan na maging mas karaniwan.

Ang detection winding ay responsable sa pag-sense ng magnetic flux sa core. Isang closed-loop control system, na binubuo ng isang amplifier at isang feedback winding, ay nag-generate ng secondary current. Ang secondary current na ito ay disenyo upang kontra-atakiin ang flux na gawa ng primary current, na nagreresulta sa "Zero-flux CT".

Ang secondary current ay dumaan sa isang precision burden resistor, na nag-generate ng isang voltage signal na proporsyonal sa primary current. Sa setup na ito, ang magnetic material ng core ay hindi nabibigyan ng excitation, kaya walang hysteresis o saturation effects. Gayunpaman, sa DC o mababang frequency na kondisyon, ang mekanismo ng flux cancellation ay naghaharap sa mga hamon. Ang detection winding ay hindi kayang sukatin ang residual flux sa ganitong sitwasyon, kaya hindi maaaring epektibong kanselain ang flux.

Upang harapin ang pagsukat ng DC, isinasama ang isang DC flux sensor. Maaari itong maging Hall probe na naka-embed sa core o isang flux-gate circuit na may dalawang karagdagang control at sensing windings. Ang mga benepisyo ng Zero-flux Current Transformers: Ang AC zero-flux sensors ay may mataas na linearidad at katumpakan. Hindi sila apektado ng mga katangian ng magnetic core, na nagreresulta sa maliit na phase error. Ang katumpakan ng mga sensor na ito ay pangunahing nasa depende sa precision ng burden resistor.

Ang pagdaragdag ng isang Hall probe o flux-gate detector ay nagbibigay ng kakayahan na sukatin ang DC currents. Ang mga sensor na ito ay matatag laban sa electromagnetic interference, na nagpapatunay ng reliable na operasyon sa iba't ibang electromagnetic environments. Ang mga kabawasan ng Zero-flux Current Transformers: Ang sensor ay nangangailangan ng external power supply at amplifier upang gumana. Ang isang hindi gumagamit na secondary circuit ay may potensyal na mag-produce ng hazardous voltages, na nagpapahamak sa kaligtasan. Halimbawa ng Paggamit ng Zero-flux Current Transformer sa Kii-Channel Project HVDC Link para sa Outdoor 500 kV DC GIS: Sa Kii-Channel project, ginagamit ang mga zero-flux CTs.

Ipinaliwanag ng Figure 2 ang block diagram at hardware details ng CT. Ang kuryente na susukatin, (Ip), ay nag-generate ng magnetic flux na naapektuhan ng kuryente (Is) sa secondary winding ((Ns)). Tatlóng toroidal cores, na nasa loob ng GIS compartment, ay ginagamit upang magsense ng flux. Ang cores (N1) at (N2) ay nakatuon sa pag-sense ng DC components ng natitirang flux, samantalang (N3) ang responsable sa pag-detect ng AC component. Isang oscillator ay nag-drive ng parehong DC-flux-sensing cores ((N1) at (N2)) sa saturation sa kabaligtaran na direksyon.

Kung ang natitirang DC flux ay zero, ang resulting current peaks sa parehong direksyon ay magiging pantay. Ngunit, kung ang DC flux ay non-zero, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga peaks na ito ay proporsyonal sa residual DC flux. Sa pamamagitan ng pag-combine ng AC component na detected ng (N3), isinagawa ang isang control loop. Ang loop na ito ay nag-generate ng secondary current (Is) upang i-neutralize ang overall flux. Isang power amplifier ang nag-supply ng current (Is) sa secondary winding (Ns). Pagkatapos, inilagay ang secondary current sa burden resistor, na nag-convert ng current sa equivalent na voltage signal. Ang katumpakan ng pagsukat ay nasa depende sa parehong burden resistor at stability ng differential amplifier.

Ang mga zero-flux current transformers ay mga precision instruments na disenyo para sa AC at AC/DC measurements. Sa kasalukuyan, pinaka-karaniwang ginagamit ito sa High-Voltage Direct Current (HVDC) Gas-Insulated Substations (GIS). Ipinaliwanag sa Figure 1 ang prinsipyong pagsukat ng isang AC zero-flux current transformer.