Met de snelle ontwikkeling van elektriciteitsnetwerken zijn elektronische spanningstransformatoren (EVTs), als belangrijke meetapparatuur in elektriciteitsnetwerken, cruciaal voor de veilige en stabiele werking van elektriciteitsnetwerken. De prestaties op het gebied van elektromagnetische compatibiliteit (EMC), als een van de kernindicatoren van EVTs, staan direct in verband met de mogelijkheid van het apparaat om normaal te functioneren in complexe elektromagnetische omgevingen en of het elektromagnetische storingen zal veroorzaken aan andere apparaten. Het uitvoeren van diepgaand onderzoek en ontwerp op het gebied van de EMC-prestaties van EVTs is van groot belang voor het verbeteren van de algemene stabiliteit en veiligheid van elektriciteitsnetwerken.
1 Overzicht van de elektromagnetische compatibiliteitsprestaties van elektronische spanningstransformatoren
1.1 Definitie en eisen van elektromagnetische compatibiliteit
Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) verwijst naar de mogelijkheid van een apparaat of systeem om normaal te functioneren zonder storing in een specifieke elektromagnetische omgeving en geen onaanvaardbare elektromagnetische storingen te veroorzaken aan andere dingen in de omgeving. Voor EVTs moeten zij stabiele meetprestaties behouden in complexe elektromagnetische omgevingen en geen elektromagnetische storingen veroorzaken aan andere apparaten. Daarom moet bij het ontwerp en de productie van EVTs rekening worden gehouden met de EMC-prestaties en moeten er overeenkomstige beveiligingsmaatregelen worden opgesteld.
1.2 Werkprincipe van elektronische spanningstransformatoren
EVTs gebruiken het principe van elektromagnetische inductie en hoge-precisie elektronische meettechnologie om hoogspanningsignalen in elektriciteitsnetwerken om te zetten in laagspanningsignalen. Ze bestaan meestal uit een primaire sensor, een secundaire conversiecircuit en een signaalverwerkingsunit. De primaire sensor is verantwoordelijk voor het omzetten van hoogspanningsignalen in zwakke stroom/spanningsignalen evenredig aan de primaire spanning; het secundaire conversiecircuit converteert de zwakke signalen verder in standaard digitale/analoge signalen; de signaalverwerkingsunit verbetert de nauwkeurigheid en stabiliteit van de meting door bewerkingen zoals filteren, versterken en kalibreren. EVTs kunnen verschillende vormen hebben, zoals elektronische spanningstransformatoren voor het meten van single-channel/ multi-channel spanningen, elektronische stroomtransformatoren voor het meten van single-channel/ multi-channel stromen, of geïntegreerde transformatoren zoals weergegeven in Figuur 1 die gelijktijdig éénrichtingsspanning, stroom en corresponderende vermogen meten.
1.3 Analyse van elektromagnetische storingen en elektromagnetische gevoeligheid
EVTs zijn kwetsbaar voor externe elektromagnetische storingen in de elektromagnetische omgeving, zoals blikseminslagen en tijdelijke overspanningen door schakeloperaties, wat problemen kan veroorzaken zoals toegenomen meetfouten en instabiele gegevens; tegelijkertijd kunnen de hoge-frequentie harmonischen en elektromagnetische straling die EVTs zelf genereren ook storingen veroorzaken aan andere elektrische apparatuur. Daarom moeten bij het ontwerp van EVTs de kwesties van elektromagnetische storingen en elektromagnetische gevoeligheid volledig worden meegewogen, en onderdrukkings- en beveiligingsmaatregelen worden genomen.
De EMC-prestatietests van EVTs zijn een cruciale fase om hun stabiliteit en nauwkeurigheid in de praktijk te garanderen. Ze richten zich op de storendebestendigheid en classificeren de evaluatiestandaarden in klasse A en klasse B afhankelijk van de ernst van de testresultaten:
2 Analyse van elektromagnetische compatibiliteitsprestatietests van elektronische spanningstransformatoren
2.1 Testinhoud en evaluatiestandaarden
Klasse A: Het vereist dat wanneer EVTs blootstaan aan elektromagnetische storingen, de meetnauwkeurigheid binnen de specificatiegrenzen blijft, en het uitgangsspanningsignaal consistent is met de werkelijke waarde zonder de monitoring en controle van het elektriciteitsnetwerk te beïnvloeden.
Klasse B: Het staat een tijdelijke daling in de meetprestaties (het deel niet gerelateerd aan bescherming) van EVTs toe, maar dit mag de uitvoering van beschermingsfuncties niet beïnvloeden, en het apparaat hoeft niet opnieuw te worden ingesteld/herstart; het uitgangsspanning moet binnen 500V worden gehouden om storingen in het elektriciteitsnetwerk te voorkomen.
2.2 Geleide interferentietests
Geleide interferentie verspreidt zich via geleidende paden zoals draden en metalen buizen en is een van de belangrijkste typen elektromagnetische storingen waarmee EVTs te maken krijgen. Het omvat twee soorten tests:
Test Elektrische Snelle Transient/Burst: Simuleert de tijdelijke storing (met een breed frequentiespectrum) wanneer inductieve belastingen zoals relais en contactors worden losgekoppeld. Past een snelle transient burst toe op de EVT, observeert de stabiliteit en nauwkeurigheid van het uitgangsspanningsignaal, en evalueert de storendebestendigheid.
Surge (Impact) Immunity Test: Simuleert tijdelijke overspanningen/overstromingen veroorzaakt door schakeloperaties en blikseminslagen (met grote energie en korte duur). Past een surge spanning met een bepaalde amplitude toe op de EVT om de weerstandsvermogen en prestatiestabiliteit van de apparatuur te testen.
2.3 Gestraalde interferentietests
Het omvat vier soorten tests om storingen in verschillende elektromagnetische omgevingen te simuleren:
Netfrequentie Magnetisch Veld Immunity Test: Past een netfrequentie magnetisch veld met een bepaalde intensiteit toe op de EVT, observeert de stabiliteit en nauwkeurigheid van het uitgangsspanningsignaal, en evalueert de storendebestendigheid in de netfrequentie magnetisch veld omgeving.
Gedempt Oscillerend Magnetisch Veld Immunity Test: Simuleert het gedempt oscillerend magnetisch veld (met snelle afname en hoge frequentie) dat wordt gegenereerd wanneer de disconnector in een hoogspanningsstation de bus schakelt. Past het overeenkomstige magnetisch veld toe op de EVT om de stabiliteit van de meetprestaties te testen.
Puls Magnetisch Veld Immunity Test: Simuleert het puls magnetisch veld (met snelle stijging en hoge piekwaarde) dat wordt gegenereerd door blikseminslagen op metalen componenten. Past een puls magnetisch veld toe op de EVT om te controleren of de isolatieprestaties en meetnauwkeurigheid van de apparatuur worden beïnvloed.
Radiofrequentie Gestraald Elektromagnetisch Veld Immunity Test: Simuleert parasitaire straling van industriële elektromagnetische bronnen, radiouitzendingen/mobiele communicatiebasisstations, etc. Past een radiofrequentie elektromagnetisch veld met een bepaalde intensiteit toe op de EVT, observeert de stabiliteit van het uitgangssignaal, en evalueert de storendebestendigheid.
3 Ontwerp principes voor elektromagnetische compatibiliteit van elektronische spanningstransformatoren
3.1 Schakelingontwerp principes
Floating Ground Design: Maak gebruik van floating ground technologie om de schakelsignalen te isoleren van de behuizing, blokkeer de koppeling van storende stromen op de behuizing naar de signaalschakeling, verlaag het lawaai, en verbeter de signaalnauwkeurigheid en -stabiliteit.
Redelijke Bedrading Layout: Optimaliseer de layout van voedingen, aarding, en signaallijnen. Verminder de parallelle distributie van lijnen en minimaliseer de koppelingsinterferentie tussen lijnen door middel van methoden zoals lagenbedrading en orthogonale bedrading.
Filter Condensator Design: Configureer filter condensatoren aan de ingang van de modulevoeding. Selecteer de condensatoren op basis van factoren zoals capaciteit, spanningsweerstand, en frequentiekenmerken om hoogfrequente ruis en interferentie ingevoerd door de voeding te filteren.
Lage Niveau Logica Design: Geef voorrang aan lage niveau logica apparatuur (zoals 3.3V niveau apparatuur) om onnodige hoge logicaniveaus te vermijden, verminder de schakelingenergieconsumptie en de generatie van hoogfrequente interferentie.
Rise/Fall Time Control: Selecteer de langzaamste rise/fall tijd toegestaan door de schakelfunctie om onnodige hoogfrequente componenten te onderdrukken, verminder hoogfrequente ruis in de schakeling, en verbeter signaalstabiliteit en -nauwkeurigheid.
3.2 Interne Structuurontwerp Principes
Volledig Gesloten Schilderstructuur: De behuizing heeft een volledig gesloten schilderontwerp om ervoor te zorgen dat elk oppervlak goed in contact staat en aangesloten is, effectief externe elektromagnetische veldinterferentie blokkeert, en de interne elektronische schakelingen beschermt.
Minimalisering van Blootgestelde Bedrading: Verkort de lengte van blootgestelde bedrading in de behuizing door de layout te optimaliseren en componenten op een redelijke manier te plaatsen om elektromagnetische straling en koppelingsinterferentie te verminderen.
Groepering van Draden: Groepeer draden op basis van signaaltype (scheid digitale signalen en analoge signalen), en houd een bepaalde afstand om de wederzijdse invloed tussen draden te verminderen en de signaalklarheid en -nauwkeurigheid te verbeteren.
Conductieve Lijmverbinding: Gebruik conductieve lijm voor het verbinden op de behuizinginterface om elektrische verbinding en schilderwerking te garanderen, contactweerstand te verlagen, en schilderefficiëntie te verbeteren.
4 Strategieën voor het Verbeteren van de Elektromagnetische Compatibiliteitsprestaties van Elektronische Spanningstransformatoren
4.1 Storendebestendig Ontwerp van Voedingpoorten
Installeer Voedingfilters: Selecteer geschikte voedingfilters op basis van de nominale vermogen en werkomgeving van de EVT, en installeer ze dicht bij de voeding-ingang om hoogfrequente ruis en tijdelijke pulsen te filteren en de zuiverheid van de voeding te garanderen.
Voer Redundante Voedingontwerp In: Configureer meerdere voedingsmodules. Wanneer een enkele module faalt, nemen de overige modules snel de voeding over, waardoor de betrouwbaarheid, storendebestendigheid en de algemene stabiliteit van de EVT worden verbeterd.
Versterk Schilding en Aarding van Voedingslijnen: Gebruik geschilderde kabels om voedingslijnen te omhullen om elektromagnetische straling en koppeling te verminderen; zorg voor goede aarding van de lijnen, leid storende stromen in de grond, en voorkom schade aan de EVT.
4.2 Elektrostatische Afstandsbescherming van Signaalpoorten
Installeer Tijdelijke Storing Absorberende Apparatuur: Selecteer geschikte tijdelijke spanning onderdrukkers (TVS), varistoren, en andere apparatuur. Deze apparatuur kan snel energie absorberen tijdens elektrostatische afstandsafgifte, de spanning binnen een veilig bereik houden, en interne elektronische componenten beschermen.
Voer Differentiële Signaaloverdracht Methode In: Verdeel het signaal in positieve en negatieve kanalen voor differentiële overdracht. Gebruik het verschil tussen de kanalen om effectieve informatie te extraheren, gemeenschappelijke modusinterferentie te weerstaan, de signaaloverdracht kwaliteit te verbeteren, en de interferentie van elektrostatische afstandsafgifte te verminderen.
4.3 Optimalisatie van Behuizing Schilderprestaties
Selecteer Materialen met Hoge Permeabiliteit: Geef voorrang aan materialen met hoge magnetische permeabiliteit zoals ijzerplaten om de behuizing te maken, verhoog de magnetische veldschilderprestaties, absorbeer en verspreid magnetische veldenergie, en verminder de interferentie binnen de EVT (de relatieve magnetische permeabiliteit van metalen is weergegeven in Tabel 1).
Optimaliseer Behuizingstructuurontwerp: Voer een volledig gesloten schilderstructuur in om ervoor te zorgen dat elk oppervlak van de behuizing goed in contact staat en aangesloten is, en de schilderprestaties te versterken.
Versterk Behuizing Aardingbehandeling: Zorg voor een betrouwbare aardingverbinding tussen de behuizing en de grond, leid storende stromen in de grond, en verbeter de schilderefficiëntie.
5 Conclusie
Dit artikel voert diepgaand onderzoek uit naar de EMC-prestaties van EVTs, stelt principes voor vanuit het perspectief van schakelingontwerp en interne structuurontwerp, en formuleert strategieën zoals storendebestendig ontwerp van voedingpoorten, elektrostatische bescherming van signaalpoorten, en optimalisatie van behuizing schilderprestaties. Het doel is om de storendebestendigheid en stabiliteit van EVTs in complexe elektromagnetische omgevingen te verbeteren, hun nauwkeurige en betrouwbare meting van spansignalen in elektriciteitsnetwerken te waarborgen, en een solide basis te leggen voor de veilige en stabiele werking van elektriciteitsnetwerken.
