Disseny del rendiment de la compatibilitat electromagnètica per a transformadors electrònics de tensió

Amb el desenvolupament ràpid dels sistemes elèctrics, els transformadors electrònics de tensió (EVTs), com a dispositius de mesura clau en els sistemes elèctrics, la seva estabilitat i fiabilitat són crucials per al funcionament segur i estable d'aquests. El rendiment de compatibilitat electromagnètica (EMC), com un dels indicadors principals dels EVTs, està directament relacionat amb la capacitat del dispositiu per treballar normalment en entorns electromagnètics complexos i si causarà interferències electromagnètiques a altres dispositius. Realitzar una recerca i disseny exhaustius sobre el rendiment EMC dels EVTs té una gran importància per millorar l'estabilitat i seguretat general dels sistemes elèctrics.

1 Resum del rendiment de compatibilitat electromagnètica dels transformadors electrònics de tensió
1.1 Definició i requisits de la compatibilitat electromagnètica

La compatibilitat electromagnètica (EMC) es refereix a la capacitat d'un dispositiu o sistema per treballar sense interferències en un entorn electromagnètic específic i no causar interferències electromagnètiques intolerables a altres elements en aquest entorn. Per als EVTs, cal que mantenin un rendiment de mesura estable en entorns electromagnètics complexos i no causin interferències electromagnètiques a altres dispositius. Per tant, durant les etapes de disseny i fabricació dels EVTs, s'ha de tenir en compte el rendiment EMC i es han de formular mesures de protecció corresponents.

1.2 Principi de funcionament dels transformadors electrònics de tensió

Els EVTs utilitzen el principi de la inducció electromagnètica i la tecnologia de mesura electrònica de precisió elevada per convertir senyals de tensió alta en els sistemes elèctrics en senyals de tensió baixa. Normalment consten d'un sensor primari, un circuit de conversió secundari i una unitat de processament de senyals. El sensor primari és responsable de convertir els senyals de tensió alta en senyals de corrent/voltatge proporcional a la tensió primària; el circuit de conversió secundari converteix més endavant aquests senyals febles en senyals digitals/analogics estàndard; la unitat de processament de senyals millora la precisió i estabilitat de la mesura mitjançant operacions com el filtrat, l'amplificació i la calibració. Els EVTs poden cobrir diverses formes, com els transformadors electrònics de tensió per a la mesura de tensions unicanal/multicanal, els transformadors electrònics de corrent per a la mesura de corrents unicanal/multicanal, o transformadors integrats com es mostra en la Figura 1 que mesuren simultàniament tensió, corrent i potència unidireccional.

1.3 Anàlisi de la pertorbació electromagnètica i la sensibilitat electromagnètica

Els EVTs són vulnerables a la pertorbació electromagnètica externa en l'entorn electromagnètic, com ara els impactes de llamps i les sobretensions transitories degudes a les operacions de commutadors, que poden causar problemes com l'augment d'errors de mesura i la inestabilitat de dades; alhora, les harmoniques de freqüència alta i la radiació electromagnètica generades pels mateixos EVTs també poden interferir amb altres equips elèctrics. Per tant, en el disseny dels EVTs, cal considerar plenament els problemes de pertorbació electromagnètica i sensibilitat electromagnètica, i prendre mesures de supressió i protecció.

La prova del rendiment EMC dels EVTs és un eslabó clau per assegurar la seva estabilitat i precisió en l'operació real. Es centra en la capacitat anti-interferència i classifica els estàndards d'avaluació en Classe A i Classe B segons la severitat dels resultats de la prova:

2 Anàlisi de les proves de rendiment de compatibilitat electromagnètica dels transformadors electrònics de tensió
2.1 Contingut de la prova i estàndards d'avaluació

• Classe A: Requereix que quan els EVTs són sotmesos a pertorbacions electromagnètiques, la precisió de mesura roman dins dels límits especificats, i el senyal de tensió de sortida és consistent amb el valor real sense afectar la monitorització i control del sistema elèctric.

• Classe B: Permet una disminució temporal en el rendiment de mesura (la part no relacionada amb la protecció) dels EVTs, però no ha d'affectar l'execució de les funcions de protecció, i l'equip no necessita ser reiniciat/reiniciat; la tensió de sortida ha de ser controlada dins de 500V per evitar la interferència amb el sistema elèctric.

2.2 Proves d'interferència conduïda

L'interferència conduïda es propaga a través de camins conductors com fils i tubs metàl·lics i és un dels tipus principals de pertorbacions electromagnètiques a les quals s'enfronten els EVTs. Inclou dos tipus de proves:

• Prova de Transitori Ràpid/Burst: Simula la pertorbació transitoria (amb un espectre de freqüència ampli) quan es desconecten càrregues inductives com relés i contactors. Aplica un burst de transitoris ràpids a l'EVT, observa l'estabilitat i precisió del senyal de tensió de sortida, i avaluem la capacitat anti-interferència.

• Prova d'Immunitat a Surtges (Impacte): Simula sobretensions/transcorrents transitories causades per operacions de commutadors i impactes de llamps (amb gran energia i curt període). Aplica una tensió de surtge d'una amplitud determinada a l'EVT per provar la capacitat de resistència i l'estabilitat del rendiment de l'equip.

2.3 Proves d'interferència irradiada

Inclou quatre tipus de proves per simular interferències en diferents entorns electromagnètics:

• Prova d'Immunitat a Camps Magnètics de Freqüència de Línia: Aplica un camp magnètic de freqüència de línia d'una certa intensitat a l'EVT, observa l'estabilitat i precisió del senyal de tensió de sortida, i avaluem la capacitat anti-interferència en l'entorn de camp magnètic de freqüència de línia.

• Prova d'Immunitat a Camps Magnètics Oscil·latòris Amortits: Simula el camp magnètic oscil·latòri amortit (amb atenuació ràpida i freqüència alta) generat quan el desconnectador en una subestació de tensió alta canvia la barra. Aplica el camp magnètic corresponent a l'EVT per provar l'estabilitat del rendiment de mesura.

• Prova d'Immunitat a Camps Magnètics Pulsats: Simula el camp magnètic pulsat (amb ascens ràpid i valor màxim alt) generat pels impactes de llamps en components metàl·lics. Aplica un camp magnètic pulsat a l'EVT per verificar si el rendiment d'aislament i la precisió de mesura de l'equip són afectats.

• Prova d'Immunitat a Camps Electromagnètics Irradiats de Freqüència de Radiodifusió: Simula la radiació parasitària d'origen industrial, emissores de radiodifusió/estacions base de comunicacions mòbils, etc. Aplica un camp electromagnètic de freqüència de radiodifusió d'una certa intensitat a l'EVT, observa l'estabilitat del senyal de sortida, i avaluem la capacitat anti-interferència.

3 Principis de disseny de compatibilitat electromagnètica dels transformadors electrònics de tensió
3.1 Principis de disseny de circuits

• Disseny de Terra Flotant: Adopta la tecnologia de terra flotant per aïllar les línies de senyal del circuit de la carcassa, bloquejar la couplació de corrents de pertorbació a la carcassa al circuit de senyal, reduir el soroll i millorar la precisió i estabilitat del senyal.

• Disposició de Cables Raonable: Optimitza la disposició de fonts d'alimentació, terras i línies de senyal. Redueix la distribució paral·lela de línies i minimitza la couplació d'interferències entre línies mitjançant mètodes com el cablado en capes i el cablado ortogonal.

• Disseny de Capacitors de Filtratge: Configura capacitors de filtratge a l'entrada de la font d'alimentació del mòdul. Selecciona els capacitors basant-se en factors com el valor de capacitance, la resistència a la tensió i les característiques de freqüència per filtrar el soroll i la pertorbació de freqüència alta introduïts per la font d'alimentació.

• Disseny de Lògica de Baix Nivell: Dona prioritat a dispositius de lògica de baix nivell (com dispositius de nivell 3.3V) per evitar nivells lògics alts innecessaris, reduir el consum d'energia del circuit i la generació de pertorbacions de freqüència alta.

• Control de Temps de Ascens/Descens: Selecciona el temps de ascens/descens més lent permès per la funció del circuit per reprimir components de freqüència alta innecessaris, reduir el soroll de freqüència alta en el circuit i millorar la estabilitat i precisió del senyal.

3.2 Principis de disseny de l'estructura interna

• Estructura de Blindatge Totalment Tancada: La carcassa adopta un disseny de blindatge totalment tancat per assegurar un bon contacte i aterrament de cada superfície, bloquejar eficientment la interferència del camp electromagnètic extern i protegir els circuits electrònics interns.

• Minimització de Cables Exposats: Acurta la longitud de cables exposats a la carcassa optimitzant la disposició i arrencant raonablement els components per reduir la radiació electromagnètica i la couplació d'interferències.

• Agrupament de Cables: Agrupa els cables segons els tipus de senyal (separant els senyals digitals i analògics), i manté una certa distància per reduir la influència mútua entre els cables i millorar la claritat i precisió del senyal.

• Col·locació d'Adhesiu Conductiu: Utilitza adhesiu conductiu per a la col·locació a la interfície de la carcassa per assegurar la connexió elèctrica i l'efecte de blindatge, reduir la resistència de contacte i millorar l'eficiència de blindatge.

4 Estratègies per Millorar el Rendiment de Compatibilitat Electromagnètica dels Transformadors Electrònics de Tensió
4.1 Disseny Anti-interferència de Ports d'Alimentació

• Instal·lació de Filtres d'Alimentació: Selecciona filtres d'