Med rask utvikling av kraftsystemer, er elektroniske spenningstransformatorer (EVTs), som nøkkelmåleenheter i kraftsystemer, viktige for sikker og stabil drift av kraftsystemer. Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) prestanda, som en av de sentrale indikatorne for EVTs, har direkte sammenheng med enhetens evne til å fungere normalt i komplekse elektromagnetiske miljøer og om den vil forårsake elektromagnetisk støy til andre enheter. Dypgående forskning og design på EMC-prestanda for EVTs har stor betydning for å forbedre den totale stabilitетности и безопасности энергетических систем.
1 Oversikt over elektromagnetisk kompatibilitet for elektroniske spenningstransformatorer
1.1 Definisjon og krav til elektromagnetisk kompatibilitet
Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) refererer til enhetens eller systemets evne til å fungere normalt uten støy i et spesifikt elektromagnetisk miljø, og ikke forårsake uutholdelig elektromagnetisk støy til andre ting i miljøet. For EVTs må de opprettholde stabil måleprestanda i komplekse elektromagnetiske miljøer og ikke forårsake elektromagnetisk støy til andre enheter. Derfor må EMC-prestanda tas hensyn til under design- og produksjonsfasen for EVTs, og tilsvarande sikringstiltak må settes inn.
1.2 Arbeidsprinsipp for elektroniske spenningstransformatorer
EVTs bruker prinsippet om elektromagnetisk induksjon og høy-nøyaktig elektronisk måleteknologi for å konvertere høyspenningsignaler i kraftsystemer til lavspenningsignaler. De består vanligvis av en primær sensor, en sekundær konverteringssirkuit, og en signalforsinkelsesenhet. Primærsensoren er ansvarlig for å konvertere høyspenningsignaler til svake strøm/spenningsignaler proporsjonalt til primærspenningen; sekundær konverteringssirkuiten konverterer videre de svake signalene til standard digitale/analoge signaler; signalforsinkelsesenheten forbedrer nøyaktigheten og stabiliteten i målingen gjennom operasjoner som filtrering, forsterking, og kalibrering. EVTs kan dekke ulike former, som elektroniske spenningstransformatorer for måling av enkeltnett/multikanalspenninger, elektroniske strømtransformatorer for måling av enkeltnett/multikanalstrømmer, eller integrerte transformatorer som vist i figur 1, som måler enveisspenning, strøm, og tilhørende effekt samtidig.
1.3 Analyse av elektromagnetisk støy og elektromagnetisk sensitivitet
EVTs er sårbare for ekstern elektromagnetisk støy i elektromagnetiske miljøer, som lynnedslag og transiente overvoltage fra skruoperasjoner, som kan forårsake problemer som økte målefeil og ustabil data; samtidig kan høyfrekvensharmonier og elektromagnetisk stråling generert av EVTs selv også forstyrre andre elektriske anlegg. Derfor må problemene med elektromagnetisk støy og sensitivitet fullt ut tas hensyn til ved design av EVTs, og undertrykkende og beskyttende tiltak bør tas.
EMC-prestandatesten for EVTs er en nøkkellenk for å sikre deres stabilitet og nøyaktighet i faktisk drift. Den fokuserer på motstandsdyktighet mot støy og klassifiserer vurderingsstandardene i klasse A og B basert på alvorligheten av testresultatene:
2 Analyse av elektromagnetisk kompatibilitet prestandatest for elektroniske spenningstransformatorer
2.1 Testinnhold og vurderingsstandarder
Klasse A: Det kreves at når EVTs er utsatt for elektromagnetisk støy, målesnøyheten forbli innenfor spesifikasjonsgrenser, og utdata spenningsignal skal være konsistent med den faktiske verdien uten å påvirke overvåkingen og kontrollen av kraftsystemet.
Klasse B: Det tillates midlertidig nedgang i måleprestanda (den delen som ikke er relatert til beskyttelse) for EVTs, men det må ikke påvirke utførelsen av beskyttelsesfunksjoner, og utstyret trenger ikke å bli nullstilt/omstartet; utdata spenningen må kontrolleres innen 500V for å unngå støy i kraftsystemet.
2.2 Konduksjonstest for støy
Konduksjonstøy spredes gjennom ledende veier som kabler og metallrør, og er en av de hovedtypene av elektromagnetisk støy som EVTs står overfor. Det inkluderer to typer tester:
Elektrisk hurtigtransient/bursttest: Simulerer transiente støy (med bred frekvensspekter) når induktive belastninger som reléer og kontaktorer kobles fra. Anvender en hurtigtransient burst på EVT, observerer stabiliteten og nøyaktigheten i utdata spenningsignalet, og vurderer motstandsdyktigheten mot støy.
Surge (påslag) immunitetstest: Simulerer transiente overvoltage/overstrøm fra skruoperasjoner og lynnedslag (med stor energi og kort varighet). Anvender en surge spenning med en gitt amplitud på EVT for å teste utstyrets tålmodighet og prestandastabilitet.
2.3 Strålingstest for støy
Det inkluderer fire typer tester for å simulere støy i ulike elektromagnetiske miljøer:
Nettfrekvens magnetfelt immunitetstest: Anvender et nettfrekvens magnetfelt med en gitt intensitet på EVT, observerer stabiliteten og nøyaktigheten i utdata spenningsignalet, og vurderer motstandsdyktigheten mot støy i nettfrekvens magnetfeltmiljø.
Dempet oscillerende magnetfelt immunitetstest: Simulerer dempet oscillerende magnetfelt (med rask demping og høy frekvens) generert når disko i høyvoltage substationer skifter bus. Anvender det tilsvarende magnetfeltet på EVT for å teste stabiliteten i måleprestanda.
Puls magnetfelt immunitetstest: Simulerer puls magnetfelt (med rask stigning og høy toppverdi) generert av lynnedslag på metallkomponenter. Anvender et pulsmagnetfelt på EVT for å verifisere om isolasjonsprestanda og målenøyaktigheten til utstyret blir påvirket.
Radiofrekvens strålt elektromagnetisk felt immunitetstest: Simulerer parasittisk stråling fra industrielle elektromagnetiske kilder, radiobroadcasting/mobilkommunikasjonsbasistasjoner, osv. Anvender et radiofrekvens elektromagnetisk felt med en gitt intensitet på EVT, observerer stabiliteten i utdata signalet, og vurderer motstandsdyktigheten mot støy.
3 Designprinsipper for elektromagnetisk kompatibilitet for elektroniske spenningstransformatorer
3.1 Kretsdesignprinsipper
Flytende jorddesign: Bruk flytende jordteknologi for å isolere kretssignalinnger fra kjassis, blokker kopling av støytokrener på kjassis til signalenheten, reduser støy, og forbedre signalklarhet og stabilitet.
Rimelig kablingslayout: Optimaliser layouten av strømforsyninger, jorder, og signalinnger. Reduser parallell distribusjon av linjer og minimiser koplingstøy mellom linjer gjennom metoder som lagdelt kabling og ortogonalkabling.
Filterkondensator design: Konfigurer filterkondensatorer ved inngangen til modulstrømforsyningen. Velg kondensatorer basert på faktorer som kapasitetsverdi, spenningsmotstand, og frekvenskarakteristika for å filtrere ut høyfrekvensstøy og støy introdusert av strømforsyningen.
Lavlogikk design: Gi prioritet til lavlogikk enheter (som 3.3V logikk enheter) for å unngå unødvendige høy logikk nivåer, reduser kretts energiforbruk og generering av høyfrekvensstøy.
Stigning/fall tid kontroll: Velg den langsomste stigning/fall tid som kretts funksjon tillater for å undertrykke unødvendige høyfrekvenskomponenter, reduser høyfrekvensstøy i kretten, og forbedre signalklarhet og nøyaktighet.
3.2 Internstrukturelle designprinsipper
Fullt lukket skjermingstruktur: Kjassis skall bruker et fullt lukket skjermingsdesign for å sikre god kontakt og jording av hver flate, effektivt blokkerer ekstern elektromagnetisk feltstøy, og beskytter interne elektroniske kretser.
Minimering av eksponerte kabler: Forkort lengden av eksponerte kabler i kjassis ved optimalisering av layouten og rimelig plassering av komponenter for å redusere elektromagnetisk stråling og koplingstøy.
Gruppering av kabler: Grupper kabler etter signaltyper (separér digitale signaler og analoge signaler), og hold en vis distanse for å redusere gensidig påvirkning mellom kabler og forbedre signalklarhet og nøyaktighet.
Ledende lim forbinding: Bruk ledende lim for binding ved kjassisgrensesnitt for å sikre elektrisk forbindelse og skjermingseffekt, reduser kontaktmotstand, og forbedre skjermingseffektivitet.
4 Strategier for forbedring av elektromagnetisk kompatibilitet prestanda for elektroniske spenningstransformatorer
4.1 Støymotstand design for strømforsyningporter
Installer strømfilter: Velg passende strømfilter basert på den nominerte effekten og arbeidsmiljøet for EVT, og installer dem nær strøminngangen for å filtrere ut høyfrekvensstøy og transiente pulser, og sikre ren strøm.
Bruk redundante strømforsyningdesign: Konfigurer flere strømmoduler. Når en enkelt modul mislykkes, overtager de resterende modulene raskt strømforsyningen, forbedrer strømforsyningens pålitelighet, motstandsdyktighet mot støy, og total stabilitet for EVT.
Forsterk skjerming og jording av strømlinjer: Bruk skjermet kabler for å pakke strømlinjer for å redusere elektromagnetisk stråling og kopling; sikre god jording av linjene, introduser støytokrener i jorden, og unngå skade på EVT.
4.2 ESD-beskyttelse for signaalporter
Installer absorberende enheter for transiente støy: Velg passende transiente spenningsundertrykkende dioder (TVS), varistorer, og andre enheter. Disse enhetene kan raskt absorbere energi under ESD, kontrollere spenningen innen en trygg grense, og beskytte interne elektroniske komponenter.
Bruk differensiell signalmåling: Del signalet i positive og negative kanaler for differensiell overføring. Bruk signaldifferansen mellom kanalene for å trekke ut effektiv informasjon, motstå fellesmodustøy, forbedre signalmålingskvaliteten, og redusere støy fra ESD.
4.3 Optimalisering av kjassis skjermingsevne
Velg materialer med høy magnetisk permeabilitet: Gi prioritet til materialer med høy magnetisk permeabilitet som jernplater for å lage kjassis, forbedre magnetfelt skjermingsevne, absorbere og sprede magnetfeltenergi, og redusere støy til inne i EVT (den relative magnetiske permeabiliteten for metaller er vist i tabell 1).
Optimaliser kjassis strukturdesign: Bruk et fullt lukket skjermingsdesign for å sikre god kontakt og jording av hver flate av kjassis, og forbedre skjermingseffekt.
Forsterk kjassis jordbehandling: Sikre en pålitelig jordeforbindelse mellom kjassis og jorden, introduser støytokrener i jorden, og forbedre skjermingseffektivitet.
5 Konklusjon
Denne artikkelen utfører dypgående forskning på EMC-prestanda for EVTs, foreslår prinsipper fra aspekter som kretsdesign og internstrukturell design, og formulerer strategier som støymotstandsdesign for strømforsyningporter, ESD-beskyttelse for signaalporter, og optimalisering av kjassis skjerming. Målet er å forbedre motstandsdyktigheten og stabiliteten til EVTs i komplekse elektromagnetiske miljøer, sikre deres nøyaktige og pålitelige måling av spenningsignaler i kraftsystemer, og legge en solid grunnlag for sikker og stabil drift av kraftsystemer.
