Էլեկտրոնային վոլտասեռների էլեկտրամագնիսական համատեղելիության կարգավիճակի դիզայնը

Էլեկտրական համակարգերի արագ զարգացման ընթացքում էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչները (EVT-ները), որպես էլեկտրական համակարգերի կարևոր չափման սարքեր, դրանց կատարողական կայունությունը և վստահությունը կրիտիկական են էլեկտրական համակարգերի անվտանգ և կայուն աշխատանքի համար: Էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության (EMC) կարգավիճակը, որպես EVTs-ի կենտրոնական ցուցանիշներից մեկը, անմիջապես կապված է սարքի հնարավորության հետ նորմալ աշխատել բարդ էլեկտրոմագնիսական միջավայրում և առանց պատճառելու էլեկտրոմագնիսական ներդիր այլ սարքերին: Ենթադրական հերթական հետազոտություն և նախագծում էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության կարգավիճակի վերաբերյալ էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչների համար ունի մեծ նշանակություն էլեկտրական համակարգերի ընդհանուր կայունության և անվտանգության բարձրացման համար:

1 Էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչների էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության կարգավիճակի ընդհանուր նկարագրություն
1.1 Էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության սահմանումը և պահանջները

Էլեկտրոմագնիսական համատեղելիությունը (EMC) նշանակում է սարքի կամ համակարգի հնարավորությունը աշխատել նորմալ կերպով առանց ներդիր մի որոշակի էլեկտրոմագնիսական միջավայրում և առանց պատճառելու անկարողացող էլեկտրոմագնիսական ներդիր միջավայրի այլ օբյեկտներին: Այս համար էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչները պետք է պահպանեն կայուն չափման կարգավիճակը բարդ էլեկտրոմագնիսական միջավայրում և չպատճառեն էլեկտրոմագնիսական ներդիր այլ սարքերին: Այդ պատճառով, EVTs-ի նախագծման և արտադրման փուլերի ընթացքում պետք է հաշվի առնել էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության կարգավիճակը և համապատասխան ապահովագրող միջոցներ ձեռնարկել:

1.2 Էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչների աշխատանքի սկզբունքը

EVT-ները օգտագործում են էլեկտրոմագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքը և բարձր ճշգրտության էլեկտրոնային չափման տեխնոլոգիան՝ էլեկտրական համակարգերում բարձր լարումների սัญնալները փոխադրելու համար ցածր լարումների սիգնալների մեջ: Նրանք սովորաբար բաղկացած են առաջին ստեղնի սենսորից, երկրորդական փոխադրման շղթայից և սիգնալի մշակման միավորից: Առաջին ստեղնի սենսորը պատantwortствен за преобразование высоковольтных сигналов в слабые токовые/напряженческие сигналы, пропорциональные первичному напряжению; вторичная цепь преобразования дополнительно преобразует слабые сигналы в стандартные цифровые/аналоговые сигналы; блок обработки сигнала повышает точность и стабильность измерений посредством операций, таких как фильтрация, усиление и калибровка. ЭВТ могут охватывать различные формы, такие как электронные вольтметры для измерения одно- или многоканальных напряжений, электронные трансформаторы тока для измерения одно- или многоканальных токов, или интегрированные трансформаторы, как показано на рисунке 1, которые одновременно измеряют однонаправленное напряжение, ток и соответствующую мощность.

1.3 Անալիզ էլեկտրոմագնիսական ներդիրի և էլեկտրոմագնիսական ạy հիստերեսի վերաբերյալ

EVT-ները անաջատ են էլեկտրոմագնիսական ներդիրի արտաքին ազդեցության էլեկտրոմագնիսական միջավայրում, ինչպիսին է 번개와 스위치 작동으로 인한 일시적인 과전압, 이는 측정 오차 증가 및 데이터 불안정성과 같은 문제를 초래할 수 있습니다. 동시에, EVT 자체에서 발생하는 고주파 하모닉과 전자기 방사도 다른 전기 장비에 간섭을 일으킬 수 있습니다. 따라서 EVT 설계 시 전자기 간섭과 전자기 민감성 문제를 충분히 고려하고 억제 및 보호 조치를 취해야 합니다.

EVT-ների էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության կարգավիճակի փորձարկումը դրանց իրական աշխատանքում կայունության և ճշգրտության պահպանման համար կենտրոնական հղում է: Դրա միջոցով հետազոտվում է ներդիրի դիմադրությունը և փորձարկման արդյունքների վրա հիմնված գնահատման ստանդարտները կլասիֆիկացվում են A և B դասերի:

2 Էլեկտրոնային լարումների փոխադրիչների էլեկտրոմագնիսական համատեղելիության կարգավիճակի փորձարկման անալիզ
2.1 Փորձարկման պարամետրերը և գնահատման ստանդարտները

• A դասը. Այն պահանջում է, որ երբ EVTs-ները ենթարկվում են էլեկտրոմագնիսական ներդիրի, չափման ճշգրտությունը մնա նշված սահմաններում, և լարումի սիգնալը համընկնի իրական արժեքի հետ, որը չի ազդի էլեկտրական համակարգի դիտարկման և կառավարման վրա:

• B դասը. Ստուգում է չկապված ապահովության հետ կապված չափման կարգավիճակի 临时下降，但不得影响保护功能的执行，且设备无需复位/重启；输出电压必须控制在500V以内，以避免干扰电力系统。

2.2 传导干扰测试

传导干扰通过电线和金属管道等导电路径传播，是EVT面临的主要电磁骚扰类型之一。它包括两种测试：

• 电快速瞬变/脉冲群测试：模拟继电器、接触器等感性负载断开时产生的瞬态骚扰（具有宽频谱）。向EVT施加快速瞬变脉冲群，观察输出电压信号的稳定性和准确性，并评估其抗干扰能力。

• 浪涌（冲击）抗扰度测试：模拟开关操作和雷击引起的瞬态过电压/过电流（能量大、持续时间短）。向EVT施加一定幅度的浪涌电压，测试设备的耐受能力和性能稳定性。

2.3 辐射干扰测试

包括四种测试，用于模拟不同电磁环境中的干扰：

• 工频磁场抗扰度测试：向EVT施加一定强度的工频磁场，观察输出电压信号的稳定性和准确性，评估其在工频磁场环境下的抗干扰能力。

• 阻尼振荡磁场抗扰度测试：模拟高压变电站中隔离开关切换母线时产生的阻尼振荡磁场（衰减快、频率高）。向EVT施加相应的磁场，测试测量性能的稳定性。

• 脉冲磁场抗扰度测试：模拟雷击金属部件时产生的脉冲磁场（上升快、峰值高）。向EVT施加脉冲磁场，验证设备的绝缘性能和测量精度是否受到影响。

• 射频辐射电磁场抗扰度测试：模拟工业电磁源、无线电广播/移动通信基站等的寄生辐射。向EVT施加一定强度的射频电磁场，观察输出信号的稳定性，并评估其抗干扰能力。

3 电子电压互感器电磁兼容设计原则
3.1 电路设计原则

• 浮地设计：采用浮地技术将电路信号线与机壳绝缘，阻断机壳上干扰电流对信号电路的耦合，减少噪声，提高信号准确性和稳定性。

• 合理布线布局：优化电源、地线和信号线的布局。减少线路平行分布，通过分层布线和正交布线等方式尽量减小线路间的耦合干扰。

• 滤波电容设计：在模块电源输入端配置滤波电容。根据电容量值、耐压值和频率特性等因素选择电容，滤除电源引入的高频噪声和干扰。

• 低电平逻辑设计：优先选用低电平逻辑器件（如3.3V电平器件），避免不必要的高电平逻辑，减少电路功耗和高频干扰的产生。

• 上升/下降时间控制：选择电路功能允许的最慢上升/下降时间，抑制不必要的高频成分，减少电路中的高频噪声，提高信号稳定性和准确性。

3.2 内部结构设计原则

• 全封闭屏蔽结构：机壳采用全封闭屏蔽设计，确保各表面良好接触和接地，有效阻挡外部电磁场干扰，保护内部电子电路。

• 缩短暴露线缆长度：通过优化布局和合理安排元件，缩短机壳内暴露线缆的长度，减少电磁辐射和耦合干扰。

• 按信号类型捆绑线缆：根据信号类型（数字信号和模拟信号分开）进行线缆捆扎，并保持一定距离，减少线缆之间的相互影响，提高信号清晰度和准确性。

• 导电胶粘接：在机壳接口处使用导电胶粘接，确保电气连接和屏蔽效果，降低接触电阻，提高屏蔽效率。

4 提高电子电压互感器电磁兼容性能的策略
4.1 电源端口抗干扰设计

• 安装电源滤波器：根据EVT的额定功率和工作环境选择合适的电源滤波器，并将其安装在靠近电源入口处，滤除高频噪声和瞬态脉冲，确保电源纯净。

• 采用冗余电源设计：配置多个电源模块。当单个模块故障时，剩余模块能够迅速接管供电，提高EVT的电源可靠性、抗干扰能力和整体稳定性。

• 加强电源线的屏蔽和接地：使用屏蔽电缆包裹电源线，减少电磁辐射和耦合；确保线路良好接地，将干扰电流引入地线，避免损坏EVT。

4.2 信号端口静电放电保护

• 安装瞬态骚扰吸收装置：选择合适的瞬态电压抑制二极管（TVS）、压敏电阻等器件。这些器件能在静电放电时迅速吸收能量，控制电压在安全范围内，保护内部电子元件。

• 采用差分信号传输方式：将信号分成正负通道进行差分传输。利用通道间信号差异提取有效信息，抵抗共模干扰，提高信号传输质量，减少静电放电的干扰。

4.3 机壳屏蔽性能优化

• 选用高磁导率材料：优先选用高磁导率材料如铁板制作机壳，增强磁场屏蔽能力，吸收和分散磁场能量，减少对EVT内部的干扰（金属的相对磁导率见表1）。

• 优化机壳结构设计：采用全封闭屏蔽结构，确保机壳各表面的良好接触和接地，增强屏蔽效果。

• 加强机壳接地处理：确保机壳与地之间有可靠的接地连接，将干扰电流引入地线，提高屏蔽效率。

5 结论

本文深入研究了EVTs的电磁兼容性能，从电路设计和内部结构设计等方面提出了原则，并制定了电源端口抗干扰设计、信号端口静电保护和机壳屏蔽优化等策略。旨在提高EVTs在复杂电磁环境中的抗干扰能力和稳定性，确保其在电力系统中准确可靠地测量电压信号，为电力系统的安全稳定运行奠定坚实基础。