Coa rápida evolución dos sistemas de enerxía, os transformadores electrónicos de tensión (EVTs), como dispositivos de medida clave nos sistemas de enerxía, a súa estabilidade e fiabilidade no desempeño son cruciais para a operación segura e estable dos sistemas de enerxía. O rendemento da compatibilidade electromagnética (EMC), como un dos indicadores centrais dos EVTs, está directamente relacionado coa capacidade do dispositivo para funcionar normalmente en entornos electromagnéticos complexos e se causará interferencia electromagnética a outros dispositivos. Realizar unha investigación e deseño en profundidade sobre o rendemento EMC dos EVTs ten un gran significado para mellorar a estabilidade e seguridade xeral dos sistemas de enerxía.
1 Visión xeral do rendemento de compatibilidade electromagnética dos transformadores electrónicos de tensión
1.1 Definición e requisitos da compatibilidade electromagnética
A compatibilidade electromagnética (EMC) refírese á capacidade dun dispositivo ou sistema para funcionar normalmente sen interferencia nun determinado entorno electromagnético e non causar unha interferencia electromagnética insoportable a outras cousas no entorno. Para os EVTs, é necesario que mantengan un desempeño de medida estable en entornos electromagnéticos complexos e non causen interferencia electromagnética a outros dispositivos. Polo tanto, durante as etapas de deseño e fabricación dos EVTs, debe terse en conta o rendemento EMC e formular medidas de salvagarda correspondentes.
1.2 Principio de funcionamento dos transformadores electrónicos de tensión
Os EVTs utilizan o principio da indución electromagnética e a tecnoloxía de medida electrónica de alta precisión para converter sinais de alta tensión nos sistemas de enerxía en sinais de baixa tensión. Xeralmente constan dun sensor primario, un circuito de conversión secundaria e unha unidade de procesamento de sinais. O sensor primario é responsable de converter os sinais de alta tensión en correntes/voltaxes débiles proporcionais á tensión primaria; o circuito de conversión secundaria convirte posteriormente os sinais débiles en sinais dixitais/análogos estándar; a unidade de procesamento de sinais mellora a precisión e estabilidade da medida mediante operacións como filtraxe, amplificación e calibración. Os EVTs poden abarcar varias formas, como transformadores electrónicos de tensión para medir tensións de canle única/múltiple, transformadores electrónicos de corrente para medir correntes de canle única/múltiple, ou transformadores integrados como se mostra na Figura 1 que miden voltaxe, corrente e potencia correspondente simultaneamente.
1.3 Análise da perturbación electromagnética e a sensibilidade electromagnética
Os EVTs son vulnerables á perturbación electromagnética externa no entorno electromagnético, como os impactos de raio e as sobretensións transitórias debido ás operacións de conmutadores, que poden causar problemas como un aumento dos erros de medida e datos inestables; ao mesmo tempo, as harmónicas de alta frecuencia e a radiación electromagnética xeradas polos propios EVTs tamén poden interferir con outros equipos eléctricos. Polo tanto, ao deseñar EVTs, deben considerarse completamente as cuestións de perturbación electromagnética e sensibilidade electromagnética, e tomar medidas de supresión e protección.
A proba de rendemento EMC dos EVTs é un elo clave para asegurar a súa estabilidade e precisión na operación real. Centrase na capacidade anti-interferencia e clasifica os estándares de avaliación en clase A e clase B segundo a gravidade dos resultados da proba:
2 Análise das probas de rendemento de compatibilidade electromagnética dos transformadores electrónicos de tensión
2.1 Contido da proba e estándares de avaliación
Clase A: Requírese que cando os EVTs están sometidos a perturbación electromagnética, a precisión da medida permanezca dentro dos límites especificados, e o sinal de tensión de saída sexa consistente co valor real sen afectar ao monitorizado e control do sistema de enerxía.
Clase B: Permite un descenso temporal no desempeño da medida (a parte non relacionada coa protección) dos EVTs, pero non debe afectar á execución das funcións de protección, e o equipo non precisa ser reinicializado/reiniciado; a tensión de saída debe estar controlada dentro de 500V para evitar interferencias no sistema de enerxía.
2.2 Probas de interferencia conducida
A interferencia conducida propaga a través de camiños conductores como cables e tubos metálicos e é un dos principais tipos de perturbación electromagnética a que se enfrentan os EVTs. Inclúe dous tipos de probas:
Proba de Transitoriedade Rápida/Burst: Simula a perturbación transitoria (con un espectro de frecuencias amplio) cando se desconectan cargas inductivas como reles e contactores. Aplica un burst de transitoriedade rápida ao EVT, observa a estabilidade e precisión do sinal de tensión de saída, e avalía a capacidade anti-interferencia.
Proba de Inmunidade a Sobretensión (Impacto): Simula sobretensións/transcorrentes transitórias debido ás operacións de conmutadores e impactos de raio (con gran enerxía e duración curta). Aplica unha tensión de sobretensión de certa amplitud ao EVT para probar a capacidade de resistencia e a estabilidade do desempeño do equipo.
2.3 Probas de interferencia irradiada
Inclúe catro tipos de probas para simular interferencias en diferentes entornos electromagnéticos:
Proba de Inmunidade a Campo Magnético de Frecuencia de Rede: Aplica un campo magnético de frecuencia de rede de certa intensidade ao EVT, observa a estabilidade e precisión do sinal de tensión de saída, e avalía a capacidade anti-interferencia no entorno de campo magnético de frecuencia de rede.
Proba de Inmunidade a Campo Magnético Oscilatorio Amortiguado: Simula o campo magnético oscilatorio amortiguado (con atenuación rápida e alta frecuencia) xerado cando o interruptor en una subestación de alta tensión cambia a barra. Aplica o campo magnético correspondente ao EVT para probar a estabilidade do desempeño de medida.
Proba de Inmunidade a Campo Magnético Pulsado: Simula o campo magnético pulsado (con rápido ascenso e alto valor pico) xerado por impactos de raio en compoñentes metálicos. Aplica un campo magnético pulsado ao EVT para verificar se o desempeño de aislamento e precisión da medida do equipo están afectados.
Proba de Inmunidade a Campo Electromagnético Irradiado de Frecuencia de Radio: Simula a radiación parasitaria de fuentes industriais electromagnéticas, emisoras de radio/estacións base de comunicación móbil, etc. Aplica un campo electromagnético de frecuencia de radio de certa intensidade ao EVT, observa a estabilidade do sinal de saída, e avalía a capacidade anti-interferencia.
3 Principios de deseño para a compatibilidade electromagnética dos transformadores electrónicos de tensión
3.1 Principios de deseño de circuito
Deseño de Terra Flotante: Adopta a tecnoloxía de terra flotante para aislar as liñas de sinal do circuito da carcasa, bloquear o acoplamento de correntes de perturbación na carcasa ao circuito de sinal, reducir o ruido e mellorar a precisión e estabilidade do sinal.
Disposición Razonable de Cables: Optimiza a disposición de alimentacións, terras e liñas de sinal. Redúce a distribución paralela de liñas e minimiza a interferencia de acoplamento entre liñas mediante métodos como a disposición en capas e a disposición ortogonal.
Deseño de Capacitores de Filtro: Configura capacitores de filtro na entrada de alimentación do módulo. Selecciona os capacitores en función de factores como o valor de capacitancia, resistencia a tensión e características de frecuencia para filtrar o ruido e a perturbación de alta frecuencia introducidos pola alimentación.
Deseño de Lóxica de Baixo Nivel: Da prioridade aos dispositivos de lóxica de baixo nivel (como dispositivos de nivel 3.3V) para evitar niveis lóxicos altos innecesarios, reducir o consumo de enerxía do circuito e a xeración de perturbación de alta frecuencia.
Control de Tempo de Subida/Descida: Selecciona o tempo de subida/descida máis lento permitido polo funcionamento do circuito para suprimir componentes de alta frecuencia innecesarios, reducir o ruido de alta frecuencia no circuito e mellorar a estabilidade e precisión do sinal.
3.2 Principios de deseño da estrutura interna
Minimización de Cables Expostos: Acorta a lonxitude de cables expostos na carcasa mediante a optimización da disposición e a disposición razonable de compoñentes para reducir a radiación electromagnética e a interferencia de acoplamento.
Agrupación de Cables: Agrupa os cables segundo os tipos de sinal (separa os sinais dixitais e analóxicos), e mantén unha certa distancia para reducir a influencia mútua entre os cables e mellorar a claridade e precisión do sinal.
Unión con Adhesivo Conductivo: Utiliza adhesivo conductivo para unir na interface da carcasa para asegurar a conexión eléctrica e o efecto de blindaxe, reducir a resistencia de contacto e mellorar a eficiencia de blindaxe.
4 Estratexias para mellorar o rendemento de compatibilidade electromagnética dos transformadores electrónicos de tensión
4.1 Deseño Anti-interferencia de Portos de Alimentación
Instalar Filtros de Alimentación: Selecciona filtros de alimentación adecuados segundo a potencia nominal e o entorno de traballo do EVT, e instálalos preto da entrada de alimentación para filtrar o ruido de alta frecuencia e los pulsos transitórios e asegurar a pureza da alimentación.
Adoptar Deseño de Alimentación Redundante: Configura múltiples módulos de alimentación. Cando un módulo único falle, os módulos restantes toman rapidamente a alimentación, mellorando a fiabilidade da alimentación, a capacidade anti-interferencia e a estabilidade xeral do EVT.
Fortalecer a Blindaxe e Terra das Liñas de Alimentación: Utiliza cables blindados para envolver as liñas de alimentación para reducir a radiación electromagnética e o acoplamento; asegura un boa terra das liñas, introduce correntes de perturbación ao terra, e evita danos ao EVT.
4.2 Protección Contra Descargas Electrostáticas de Portos de Sinal
Instalar Dispositivos de Absorción de Perturbación Transitoria: Selecciona diodos de supresión de tensión transitoria (TVS) adecuados, varistores e outros dispositivos. Estes dispositivos poden absorber rápidamente a enerxía durante a descarga electrostática, controlar a tensión dentro dun rango seguro e protexer os compoñentes electrónicos internos.
Adoptar Método de Transmisión de Sinal Diferencial: Divide o sinal en canles positivo y negativo para a transmisión diferencial. Utiliza a diferenza de sinal entre canles para extraer información efectiva, resistir a interferencia de modo común, mellorar a calidade da transmisión de sinal e reducir a interferencia da descarga electrostática.
4.3 Optimización do Rendemento de Blindaxe da Carcasa
Seleccionar Materiais de Alta Permeabilidade: Da prioridade a materiais con alta permeabilidade magnética como as placas de ferro para facer a carcasa, aumentar a capacidade de blindaxe do campo magnético, absorver e dispersar a enerxía do campo magnético, e reducir a interferencia no interior do EVT (a permeabilidade magnética relativa dos metais está mostrada na Táboa 1).
Optimización do Deseño Estructural da Carcasa: Adopta un deseño de blindaxe totalmente encerrado para asegurar un buen contacto e terra de cada superficie da carcasa e aumentar o efecto de blindaxe.
Fortalecer o Tratamento de Terra da Carcasa: Asegura unha conexión de terra fiable entre a carcasa e o terra, introduce correntes de perturbación ao terra, e mellora a eficiencia de blindaxe.
5 Conclusión
Este artigo realiza unha investigación en profundidade sobre o rendemento EMC dos EVTs, propón principios desde os aspectos de deseño de circuito e deseño de estrutura interna, e formula estratexias como o deseño anti-interferencia de portos de alimentación, a protección contra descargas electrostáticas de portos de sinal, e a optimización do rendemento de blindaxe da carcasa. O obxectivo é mellorar a capacidade anti-interferencia e a estabilidade dos EVTs en entornos electromagnéticos complexos, asegurar a medida precisa e fiable de sinais de tensión nos sistemas de enerxía, e poñer unha base sólida para a operación segura e estable dos sistemas de enerxía.
