Dengan perkembangan pesat sistem tenaga listrik, transformator tegangan elektronik (EVT), sebagai perangkat pengukuran kunci dalam sistem tenaga listrik, kestabilan dan keandalan performanya sangat penting untuk operasi aman dan stabil dari sistem tenaga listrik. Performa kompatibilitas elektromagnetik (EMC) sebagai salah satu indikator inti dari EVT, secara langsung berkaitan dengan kemampuan perangkat untuk bekerja normal dalam lingkungan elektromagnetik yang kompleks dan apakah akan menimbulkan gangguan elektromagnetik pada perangkat lain. Melakukan penelitian dan desain mendalam tentang performa EMC dari EVT memiliki arti penting besar untuk meningkatkan stabilitas dan keamanan keseluruhan sistem tenaga listrik.
1 Tinjauan Umum tentang Performa Kompatibilitas Elektromagnetik Transformator Tegangan Elektronik
1.1 Definisi dan Persyaratan Kompatibilitas Elektromagnetik
Kompatibilitas elektromagnetik (EMC) merujuk pada kemampuan suatu perangkat atau sistem untuk bekerja normal tanpa gangguan dalam lingkungan elektromagnetik tertentu dan tidak menimbulkan gangguan elektromagnetik yang tidak dapat ditolerir bagi hal-hal lain di lingkungan tersebut. Untuk EVT, mereka perlu mempertahankan performa pengukuran yang stabil dalam lingkungan elektromagnetik yang kompleks dan tidak menimbulkan gangguan elektromagnetik pada perangkat lain. Oleh karena itu, selama tahap desain dan manufaktur EVT, performa EMC harus dipertimbangkan, dan tindakan perlindungan yang sesuai harus dirumuskan.
1.2 Prinsip Kerja Transformator Tegangan Elektronik
EVT menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dan teknologi pengukuran elektronik berpresisi tinggi untuk mengubah sinyal tegangan tinggi dalam sistem tenaga listrik menjadi sinyal tegangan rendah. Mereka biasanya terdiri dari sensor primer, rangkaian konversi sekunder, dan unit pemrosesan sinyal. Sensor primer bertanggung jawab untuk mengubah sinyal tegangan tinggi menjadi sinyal arus/tegangan lemah yang proporsional dengan tegangan primer; rangkaian konversi sekunder lebih lanjut mengubah sinyal lemah menjadi sinyal digital/analog standar; unit pemrosesan sinyal meningkatkan akurasi dan stabilitas pengukuran melalui operasi seperti penyaringan, penguatan, dan kalibrasi. EVT dapat mencakup berbagai bentuk, seperti transformator tegangan elektronik untuk mengukur tegangan saluran tunggal/multi-saluran, transformator arus elektronik untuk mengukur arus saluran tunggal/multi-saluran, atau transformator terintegrasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 yang mengukur tegangan satu arah, arus, dan daya yang sesuai secara bersamaan.
1.3 Analisis Gangguan Elektromagnetik dan Sensitivitas Elektromagnetik
EVT rentan terhadap gangguan elektromagnetik eksternal dalam lingkungan elektromagnetik, seperti sambaran petir dan overvoltage sementara dari operasi saklar, yang dapat menyebabkan masalah seperti peningkatan kesalahan pengukuran dan data yang tidak stabil; pada saat yang sama, harmonisa frekuensi tinggi dan radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh EVT sendiri juga dapat mengganggu peralatan listrik lainnya. Oleh karena itu, saat merancang EVT, isu-isu gangguan elektromagnetik dan sensitivitas elektromagnetik perlu dipertimbangkan secara lengkap, dan tindakan penekanan dan perlindungan harus diambil.
Uji performa EMC dari EVT adalah tautan kunci untuk memastikan stabilitas dan akurasinya dalam operasi sebenarnya. Fokusnya adalah pada kemampuan anti-gangguan dan mengklasifikasikan standar evaluasi menjadi Kelas A dan Kelas B berdasarkan tingkat keparahan hasil uji:
2 Analisis Uji Performa Kompatibilitas Elektromagnetik Transformator Tegangan Elektronik
2.1 Isi Uji dan Standar Evaluasi
Kelas A: Menuntut bahwa ketika EVT dikenai gangguan elektromagnetik, akurasi pengukuran tetap dalam batas spesifikasi, dan sinyal tegangan keluaran konsisten dengan nilai aktual tanpa mempengaruhi pemantauan dan kontrol sistem tenaga listrik.
Kelas B: Mengizinkan penurunan sementara dalam performa pengukuran (bagian yang tidak terkait dengan proteksi) dari EVT, tetapi tidak boleh mempengaruhi pelaksanaan fungsi proteksi, dan peralatan tidak perlu direset/direstart; tegangan keluaran harus dikendalikan dalam 500V untuk menghindari gangguan pada sistem tenaga listrik.
2.2 Uji Gangguan Konduktif
Gangguan konduktif menyebar melalui jalur konduktif seperti kabel dan pipa logam dan merupakan salah satu jenis utama gangguan elektromagnetik yang dihadapi oleh EVT. Ini mencakup dua jenis uji:
Uji Transient Cepat/Eksplosi: Mensimulasikan gangguan sementara (dengan spektrum frekuensi yang luas) saat beban induktif seperti relay dan kontak diputus. Menerapkan ledakan transien cepat ke EVT, mengamati stabilitas dan akurasi sinyal tegangan keluaran, dan mengevaluasi kemampuan anti-gangguan.
Uji Imunitas Terhadap Lonjakan (Dampak): Mensimulasikan overvoltage/overcurrent sementara yang disebabkan oleh operasi saklar dan sambaran petir (dengan energi besar dan durasi singkat). Menerapkan tegangan lonjakan dengan amplitudo tertentu ke EVT untuk menguji kapasitas tahanan dan stabilitas performa peralatan.
2.3 Uji Gangguan Radiasi
Ini mencakup empat jenis uji untuk mensimulasikan gangguan dalam lingkungan elektromagnetik yang berbeda:
Uji Imunitas Terhadap Medan Magnet Frekuensi Listrik: Menerapkan medan magnet frekuensi listrik dengan intensitas tertentu ke EVT, mengamati stabilitas dan akurasi sinyal tegangan keluaran, dan mengevaluasi kemampuan anti-gangguan dalam lingkungan medan magnet frekuensi listrik.
Uji Imunitas Terhadap Medan Magnet Oskilasi Redaman: Mensimulasikan medan magnet oskilasi redaman (dengan redaman cepat dan frekuensi tinggi) yang dihasilkan saat disconnector di substation tegangan tinggi beralih bus. Menerapkan medan magnet yang sesuai ke EVT untuk menguji stabilitas performa pengukuran.
Uji Imunitas Terhadap Medan Magnet Impuls: Mensimulasikan medan magnet impuls (dengan naik cepat dan nilai puncak tinggi) yang dihasilkan oleh sambaran petir pada komponen logam. Menerapkan medan magnet impuls ke EVT untuk memverifikasi apakah performa isolasi dan akurasi pengukuran peralatan terpengaruh.
Uji Imunitas Terhadap Medan Elektromagnetik Radiasi Frekuensi Radio: Mensimulasikan radiasi parasit dari sumber elektromagnetik industri, siaran radio/stasiun pangkalan komunikasi seluler, dll. Menerapkan medan elektromagnetik frekuensi radio dengan intensitas tertentu ke EVT, mengamati stabilitas sinyal keluaran, dan mengevaluasi kemampuan anti-gangguan.
3 Prinsip Desain untuk Kompatibilitas Elektromagnetik Transformator Tegangan Elektronik
3.1 Prinsip Desain Sirkuit
Desain Ground Floating: Mengadopsi teknologi ground floating untuk mengisolasi garis sinyal sirkuit dari chassis, memblokir keterkaitan arus gangguan pada chassis ke sirkuit sinyal, mengurangi noise, dan meningkatkan akurasi dan stabilitas sinyal.
Penataan Kabel yang Rasional: Mengoptimalkan penataan pasokan daya, ground, dan garis sinyal. Mengurangi distribusi paralel garis dan meminimalkan keterkaitan gangguan antara garis melalui metode seperti penataan lapisan dan penataan ortogonal.
Desain Kapasitor Filter: Menyediakan kapasitor filter di ujung input pasokan modul. Memilih kapasitor berdasarkan faktor-faktor seperti nilai kapasitansi, ketahanan tegangan, dan karakteristik frekuensi untuk menyaring noise dan gangguan frekuensi tinggi yang diperkenalkan oleh pasokan daya.
Desain Logika Level Rendah: Memberikan prioritas pada perangkat logika level rendah (seperti perangkat level 3.3V) untuk menghindari level logika tinggi yang tidak perlu, mengurangi konsumsi daya sirkuit dan pembentukan gangguan frekuensi tinggi.
Kontrol Waktu Naik/Turun: Memilih waktu naik/turun terlambat yang diizinkan oleh fungsi sirkuit untuk menekan komponen frekuensi tinggi yang tidak perlu, mengurangi noise frekuensi tinggi dalam sirkuit, dan meningkatkan stabilitas dan akurasi sinyal.
3.2 Prinsip Desain Struktur Internal
Struktur Perisai Tertutup Penuh: Cangkang chassis mengadopsi desain perisai tertutup penuh untuk memastikan kontak dan grounding yang baik setiap permukaannya, secara efektif memblokir gangguan medan elektromagnetik eksternal, dan melindungi sirkuit elektronik internal.
Minimasi Pengkabelan yang Terbuka: Memperpendek panjang kabel yang terbuka di chassis dengan mengoptimalkan penataan dan menempatkan komponen secara wajar untuk mengurangi radiasi elektromagnetik dan keterkaitan gangguan.
Pengikatan Kabel Berkelompok: Mengikat kabel menurut jenis sinyal (pisahkan sinyal digital dan analog), dan menjaga jarak tertentu untuk mengurangi pengaruh saling antara kabel dan meningkatkan kejelasan dan akurasi sinyal.
Perekatan Adhesif Konduktif: Menggunakan adhesif konduktif untuk merekatkan di antarmuka chassis untuk memastikan koneksi listrik dan efek perisai, mengurangi resistansi kontak, dan meningkatkan efisiensi perisai.
4 Strategi untuk Meningkatkan Performa Kompatibilitas Elektromagnetik Transformator Tegangan Elektronik
4.1 Desain Anti-gangguan Port Daya
Pasang Filter Daya: Memilih filter daya yang sesuai berdasarkan daya nominal dan lingkungan kerja EVT, dan menginstalnya dekat dengan pintu masuk daya untuk menyaring noise frekuensi tinggi dan pulsa sementara serta memastikan kebersihan daya.
Adopsi Desain Daya Redundan: Mengonfigurasi beberapa modul daya. Ketika modul tunggal gagal, modul sisanya dengan cepat mengambil alih pasokan daya, meningkatkan keandalan pasokan daya, kemampuan anti-gangguan, dan stabilitas keseluruhan EVT.
Perkuat Perisai dan Grounding Garis Daya: Menggunakan kabel perisai untuk membungkus garis daya untuk mengurangi radiasi elektromagnetik dan keterkaitan; memastikan grounding yang baik dari garis, memperkenalkan arus gangguan ke ground, dan menghindari kerusakan pada EVT.
4.2 Perlindungan Discharge Statis Port Sinyal
Pasang Perangkat Penyerapan Gangguan Sementara: Memilih dioda supresi tegangan sementara (TVS) yang sesuai, varistor, dan perangkat lainnya. Perangkat ini dapat dengan cepat menyerap energi selama discharge statis, mengontrol tegangan dalam rentang yang aman, dan melindungi komponen elektronik internal.
Adopsi Metode Transmisi Sinyal Diferensial: Membagi sinyal menjadi saluran positif dan negatif untuk transmisi diferensial. Menggunakan perbedaan sinyal antar saluran untuk mengekstrak informasi efektif, menolak gangguan mode umum, meningkatkan kualitas transmisi sinyal, dan mengurangi gangguan discharge statis.
4.3 Optimalisasi Performa Perisai Chassis
Pilih Material dengan Permeabilitas Tinggi: Memberikan prioritas pada material dengan permeabilitas magnetik tinggi seperti pelat besi untuk membuat chassis, meningkatkan kemampuan perisai medan magnet, menyerap dan mendispersikan energi medan magnet, dan mengurangi gangguan ke dalam EVT (permeabilitas magnetik relatif logam ditunjukkan dalam Tabel 1).
Optimalkan Desain Struktur Chassis: Mengadopsi struktur perisai tertutup penuh untuk memastikan kontak dan grounding yang baik setiap permukaan chassis dan meningkatkan efek perisai.
Perkuat Perlakuan Grounding Chassis: Memastikan koneksi grounding yang andal antara chassis dan ground, memperkenalkan arus gangguan ke ground, dan meningkatkan efisiensi perisai.
5 Kesimpulan
Makalah ini melakukan penelitian mendalam tentang performa EMC dari EVT, mengajukan prinsip-prinsip dari aspek desain sirkuit dan desain struktur internal, dan merumuskan strategi seperti desain anti-gangguan port daya, perlindungan statis port sinyal, dan optimalisasi perisai chassis. Tujuannya adalah untuk meningkatkan kemampuan anti-gangguan dan stabilitas EVT dalam lingkungan elektromagnetik yang kompleks, memastikan pengukuran sinyal tegangan yang akurat dan dapat diandalkan dalam sistem tenaga listrik, dan menyiapkan dasar yang kuat untuk operasi aman dan stabil dari sistem tenaga listrik.
