Gaz yalıtlı anahtar cihazlarında (GIS) sıfır akım dönüşümeli akım ölçümü

Elektrik ağındaki artan karmaşıklık, özellikle güç-elektronik tabanlı cihazların dahil edilmesiyle, izlenebilir ölçüm tekniklerini zorunlu kılar. Bu teknikler, yüksek elektrik akımlarının yüksek frekansta olan bileşenlerini doğru bir şekilde belirlemede kritik öneme sahiptir. Hem AC hem de DC elektrik akımlarının non-intrusive (girişimsiz) ölçümünde, akım dönüştürücülerinde manyetik bağlanma yaygın olarak kullanılır.

Akim dönüştürücüsünün hatası, çekirdeğinin manyetize olmasıyla doğrudan ilgilidir. Bu doğal bağlantı, bu manyetik akıyı azaltmak için yöntemlerin araştırılmasını doğal bir şekilde teşvik eder. Böylesi bir yaklaşım, sıfır-akım tekniğidir. Bu teknikte, manyetik çekirdekte sıfır-akım oluşturmak için dengeleri sağlayıcı bir kompansasyon akımı eklenir.

Sıfır-akım akım dönüştürücüleri, düşük güçli ölçüm dönüştürücüler (LPITs) kategorisine dahildir. LPITler, daha küçük boyut, daha düşük enerji tüketimi, artan güvenlik, daha yüksek doğruluk ve geliştirilmiş sinyal güvenilirliği gibi birçok avantaja sahiptir. Alt istasyonlarda IEC61850-9-2 standardına uygun dijital iletişim uygulanmasıyla birlikte, gaz yalıtımlı alt istasyonlarda (GIS) LPITlerin kullanımı daha yaygın hale gelecektir.

Bir algılama bobini, çekirdekteki manyetik akıyı ölçmekten sorumludur. Bir amplifikatör ve geri besleme bobinden oluşan kapalı döngü kontrol sistemi, ikincil bir akım üretir. Bu ikincil akım, birincil akımdan kaynaklanan akımı karşılamak üzere tasarlanmıştır, böylece bir "Sıfır-akım CT" oluşturur.

İkincil akım sonra, birincil akıma orantılı bir voltaj sinyali oluşturan hassas yük direncinden geçer. Bu yapılandırmada, çekirdeğin manyetik malzemesi heyecanlanmaz kalır, bu da histeresis veya doygunluk etkileri göstermemesini sağlar. Ancak, DC veya düşük frekans koşullarında, akım iptal mekanizması zorluklarla karşı karşıya kalır. Algılama bobini, bu koşullar altında kalan akımı ölçemeyebilir ve bu nedenle akım etkin bir şekilde iptal edilemez.

DC ölçümleri için, bir DC akım sensörü entegre edilir. Bu, çekirdeğin içinde yer alan bir Hall probu ya da iki ek kontrol ve algılama bobinli bir flux-gate devresi olabilir. Sıfır-akım Akım Dönüştürücülerinin AvantajlarıAC sıfır-akım sensörleri, yüksek doğrusallık ve hassasiyet gösterir. Manyetik çekirdeğin özelliklerine karşı bağışıklıkları vardır, bu da küçük faz hatasına yol açar. Bu sensörlerin doğruluğu, çoğunlukla yük direncinin hassasiyetine bağlıdır.

Hall probu veya flux-gate detektörün eklenmesi, DC akımların ölçülmesini mümkün kılar.Bu sensörler, çeşitli elektromanyetik ortamlarda güvenilir bir işlem sağlayacak şekilde elektromanyetik interferansa karşı oldukça dayanıklıdırlar.Sıfır-akım Akım Dönüştürücülerinin DezavantajlarıSensör, işlev görmesi için harici bir güç kaynağına ve amplifikatöre ihtiyaç duyar.Malfunctioning ikincil devre, tehlikeli voltajlar oluşturabilir, bu da bir güvenlik riski oluşturur.Kii-Kanal Projesinde 500 kV DC GIS için Outdoor HVDC Bağlantısında Sıfır-akım Akım Dönüştürücülerinin Kullanımı ÖrneğiKii-Kanal projesinde, sıfır-akım CT'ler kullanılmaktadır.

Şekil 2, CT'nin blok diyagramını ve donanım ayrıntılarını sunmaktadır. Ölçülecek akım (Ip), ikincil bobin ((Ns))deki akım (Is) tarafından etkilenen bir manyetik akı oluşturur. GIS bölmesi içinde bulunan üç toroidal çekirdek, akıyı ölçmek için kullanılır. (N1) ve (N2) çekirdekleri, kalan akımın DC bileşenlerini ölçmek için, (N3) ise AC bileşeni tespit etmek için kullanılır. Bir osilatör, DC-akım-sensör çekirdekleri ((N1) ve (N2))yi zıt yönde doygun hale getirir.

Eğer kalan DC akımı sıfır ise, her iki yöndeki akım zirveleri eşit olacaktır. Ancak, DC akımı sıfır değilse, bu zirveler arasındaki fark, kalan DC akımına orantılı olacaktır. (N3) tarafından tespit edilen AC bileşeni ile birleştirilerek, bir kontrol döngüsü oluşturulur. Bu döngü, genel akımı sıfırlayacak şekilde ikincil akım (Is) oluşturur. Güç amplifikatörü, ikincil bobin (Ns)'e akım (Is) sağlar. Daha sonra, ikincil akım yük direncine yönlendirilir ve akım eşdeğer bir voltaj sinyaline dönüştürülür. Ölçüm hassasiyeti, hem yük direnci hem de diferansiyel amplifikatörün kararlılığına bağlıdır.

Sıfır-akım akım dönüştürücüleri, AC ve AC/DC ölçümler için tasarlanmış hassas araçlardır. Şu anda, en yaygın olarak Yüksek Gerilimli Doğrudan Akım (HVDC) Gaz Yalıtımlı Alt İstasyonlarda (GIS) kullanılmaktadır. AC sıfır-akım akım dönüştürücüsünün ölçüm prensibi Şekil 1'de gösterilmiştir.