Вимірювання струму за допомогою трансформаторів струму з нульовим потоком у газоізольованій комутаційній апаратурі (GIS)

Зростаюча складність електромереж, особливо з інтеграцією пристроїв на основі силової електроніки, вимагає використання відстежуваних методів вимірювання. Це є важливим для точного визначення високочастотних компонентів великих електричних струмів. При невтручальному вимірюванні як чергових, так і постійних електричних струмів широко застосовується магнітна зв'язка в трансформаторах струму.

Помилка трансформатора струму безпосередньо пов'язана з намагніченням його сердечника. Ця внутрішня залежність природно спонукає до дослідження методів зниження цього магнітного потоку. Один із таких підходів — техніка нульового потоку. У цій техніці вводиться балансуючий компенсаційний струм, щоб індукувати нульовий потік у магнітному сердечнику.

Трансформатори струму з нульовим потоком належать до категорії низьковатих інструментальних трансформаторів (LPITs). LPITs мають багато переваг, включаючи менший розмір, нижче споживання енергії, покращену безпеку, більшу точність та надійність сигналу. З впровадженням цифрової комунікації в підстанціях відповідно до стандарту IEC61850-9-2, використання LPITs в газонаповнених підстанціях (GIS) стане більш поширеним.

Детекторний обмотка відповідає за виявлення магнітного потоку у сердечнику. Закрита система керування, яка складається з підсилювача та обмотки зворотного зв'язку, генерує вторинний струм. Цей вторинний струм призначений для протидії потоку, створеному первинним струмом, що в результаті створює "Нульовий потік CT".

Вторинний струм проходить через прецизійний резистор завантаження, створюючи напругу, яка пропорційна первинному струму. В цій схемі магнітний матеріал сердечника залишається неспрагнутим, що гарантує відсутність ефектів гістерезису або насичення. Однак, при постійному струмі або низькій частоті, механізм скасування потоку стикається з проблемами. Детекторна обмотка не може виміряти залишковий потік в таких умовах, і, отже, потік не може бути ефективно скасований.

Для вирішення питання вимірювання постійного струму використовується датчик постійного потоку. Це може бути або датчик Холла, вбудований у сердечник, або флюкс-гейтовий контур, оснащений двома додатковими контрольними та детекторними обмотками.Переваги Трансформаторів Струму з Нульовим ПотокомАК датчики з нульовим потоком мають високу лінійність та точність. Вони не чутливі до характеристик магнітного сердечника, що призводить до малих фазових помилок. Точність цих датчиків в основному визначається точністю резистора завантаження.

Додавання датчика Холла або флюкс-гейтового детектора дозволяє вимірювати постійний струм.Ці датчики високо стійкі до електромагнітних перешкод, забезпечуючи надійну роботу в різних електромагнітних середовищах.Неваги Трансформаторів Струму з Нульовим ПотокомДатчик потребує зовнішнього живлення та підсилювача для роботи.Неісправна вторинна цепь може створювати небезпечні напруги, що становить ризик для безпеки.Приклад Використання Трансформаторів Струму з Нульовим Потоком у Проекті Kii-Channel HVDC Link для Зовнішньої 500 кВ DC GISУ проекті Kii-Channel використовуються трансформатори струму з нульовим потоком.

Рисунок 2 показує блок-схему та технічні деталі трансформатора. Струм, який треба виміряти (Ip), створює магнітний потік, який залежить від струму (Is) у вторинній обмотці ((Ns)).Три торовидні сердечники, розташовані в коморі GIS, використовуються для виявлення потоку. Сердечники (N1) і (N2) призначені для виявлення постійних компонентів залишкового потоку, а (N3) відповідає за виявлення чергового компоненту. Генератор змушує пару датчиків постійного потоку ((N1) і (N2)) до насичення в протилежних напрямках.

Якщо залишковий постійний потік дорівнює нулю, максимальні значення струму в обох напрямках будуть однаковими. Однак, якщо постійний потік не дорівнює нулю, різниця між цими піками буде пропорційна залишковому постійному потоку. Шляхом поєднання чергового компоненту, виявленого (N3), створюється керуюча петля. Ця петля генерує вторинний струм (Is) таким чином, що він нульифікує загальний потік. Підсилювач живлення поставляє струм (Is) до вторинної обмотки (Ns). Потім вторинний струм направляється до резистора завантаження, який перетворює струм на еквівалентний сигнал напруги. Точність вимірювання визначається як резистором завантаження, так і стабільністю диференціального підсилювача.

Трансформатори струму з нульовим потоком — це прецизійні прилади, призначені для вимірювання чергових та чергово-постійних струмів. Зараз вони найчастіше використовуються в системах високого напруги з постійним струмом (HVDC) в газонаповнених підстанціях (GIS). Принцип вимірювання трансформатора струму з нульовим потоком для чергових струмів показаний на рисунку 1.