S hitrim razvojem električnih sistemov so elektronski napetostni transformatorji (EVT) kot ključni meritveni naprave v električnih sistemih njihova odzivna stabilnost in zanesljivost ključnega pomena za varno in stabilno delovanje električnih sistemov. Izvedba elektromagnetske združljivosti (EMC), kot enega od osrednjih kazalcev EVTa, je neposredno povezana s sposobnostjo naprave, da normalno deluje v kompleksnih elektromagnetskih okoljih in ali bo povzročala elektromagnetno motnjo drugim napravam. Globlja raziskava in oblikovanje EMC lastnosti EVTa je velikega pomena za izboljšanje splošne stabilnosti in varnosti električnih sistemov.
1 Pregled elektromagnetske združljivosti elektronskih napetostnih transformatorjev
1.1 Definicija in zahteve elektromagnetske združljivosti
Elektromagnetska združljivost (EMC) se nanaša na sposobnost naprave ali sistema, da normalno deluje brez motenj v določenem elektromagnetskem okolju in ne povzroča nezadovoljive elektromagnetske motnje drugim stvarem v okolju. Za EVTe je potrebno, da ohranjajo stabilno meritveno delovanje v kompleksnih elektromagnetskih okoljih in ne povzročajo elektromagnetske motnje drugim napravam. Zato mora biti pri oblikovanju in proizvodnji EVTev upoštevana EMC lastnost in formulirane ustrezne zaščitne mere.
1.2 Delovni način elektronskih napetostnih transformatorjev
EVTi uporabljajo načelo elektromagnetske indukcije in visoko natančne elektronske meritvene tehnologije za pretvorbo visokonapetostnih signalov v električnih sistemih v nizkonapetostne signale. Običajno so sestavljeni iz primarnega senzorja, sekundarnega pretvorbnega črta in enote za obdelavo signalov. Primarni senzor je odgovoren za pretvorbo visokonapetostnih signalov v slabe tokovne/napetostne signale sorazmerno s primarno napetostjo; sekundarni pretvorbeni črt nadalje prevede slabe signale v standardne digitalne/analogne signale; enota za obdelavo signalov izboljša natančnost in stabilnost meritve preko operacij, kot so filtriranje, pojačevanje in kalibracija. EVT lahko pokrivajo različne oblike, kot so elektronski napetostni transformatorji za merjenje enokanalnih/multikanalnih napetosti, elektronski tokovi transformatorji za merjenje enokanalnih/multikanalnih tokov ali integrirani transformatorji, ki hkrati meritve enosmerne napetosti, toka in ustreznih moči, kot je prikazano na Sliki 1.
1.3 Analiza elektromagnetskih motenj in elektromagnetske občutljivosti
EVT so ranljivi za zunanje elektromagnetske motnje v elektromagnetskem okolju, kot so udari bleska in prehodni previsoke napetosti zaradi operacij s klopki, kar lahko povzroči težave, kot so povečane meritvene napake in nestabilni podatki; hkrati pa lahko tudi visokofrekvenčni harmoniki in elektromagnetska radiacija, generirana sami z EVTi, motijo druge električne naprave. Zato je pri oblikovanju EVT potrebno dobro upoštevati vprašanja elektromagnetskih motenj in elektromagnetske občutljivosti ter sprejeti ukrepe za utiševanje in zaščito.
Preizkus EMC lastnosti EVT je ključni korak za zagotavljanje njihove stabilnosti in natančnosti pri dejanskem delovanju. Osredotoča se na odpornost proti motnjam in razvršča ocenjevalne standarde v razrede A in B glede na težavnost rezultatov preizkusa:
2 Analiza preizkov elektromagnetske združljivosti elektronskih napetostnih transformatorjev
2.1 Vsebina preizkusa in ocenjevalni standardi
Razred A: Zahteva, da ko so EVT izpostavljeni elektromagnetskim motnjam, ostane natančnost meritve znotraj specifikacij, izhodni napetostni signal je skladen z dejansko vrednostjo in ne vpliva na nadzor in kontroliranje električnega sistema.
Razred B: Dovoljuje začasno padec meritvene zmogljivosti (del, ki ni povezan z zaščito) EVTa, toda ne sme vplivati na izvajanje funkcij zaščite, oprema ne potrebuje ponastavitve/ponovnega zagona; izhodna napetost mora biti kontrolirovana znotraj 500V, da se izogne motnji električnega sistema.
2.2 Preizkusi prevajane motnje
Prevajane motnje se širijo skozi prevajne poti, kot so žice in kovinske cevi, in predstavljajo eno izmed glavnih vrst elektromagnetskih motenj, s katerimi se soočajo EVT. Vključujejo dva tipa preizkusa:
Hitra tranzientna/burza test: Simulira tranzientne motnje (s širokim frekvenčnim spektrom) ob odpojitvi induktivnih obremenitev, kot so releji in kontaktorji. Uporablja hitro tranzientno burzo na EVT, opazuje stabilnost in natančnost izhodnega napetostnega signala in oceni odpornost proti motnjam.
Odpornost na udar (udarnost): Simulira prehodne previsoke napetosti/previsoke tokove, ki jih povzročajo operacije s klopki in udari bleska (z veliko energijo in kratkotrajno trajanjem). Na EVT uporabi udarno napetost določene amplitude, da preveri trdnost opreme in stabilnost delovanja.
2.3 Preizkusi radiirane motnje
Vključuje štiri tipa preizkusa, ki simulirajo motnje v različnih elektromagnetskih okoljih:
Odpornost na omrežno frekvenco magneto polje: Na EVT uporabi omrežno frekvenčno magneto polje določene intenzitete, opazuje stabilnost in natančnost izhodnega napetostnega signala in oceni odpornost proti motnjam v omrežnem frekvenčnem magneto polju.
Odpornost na prigušeno oscilatorno magneto polje: Simulira prigušeno oscilatorno magneto polje (z hitro zmanjševanjem in visoko frekvenco), generirano ob preklopkanju busa v visokonapetostni postaji. Na EVT uporabi ustrezno magneto polje, da preveri stabilnost meritvene zmogljivosti.
Odpornost na impulzno magneto polje: Simulira impulzno magneto polje (z hitrim naraščanjem in visoko vrhovno vrednostjo), generirano ob udarih bleska na kovinskih komponentah. Na EVT uporabi impulzno magneto polje, da preveri, ali je izolacijska zmogljivost in natančnost opreme vplivana.
Odpornost na radiofrekvenčno radiirano elektromagnetsko polje: Simulira parazitno radiiranje industrijskih elektromagnetskih virov, radijskih oddajnic in baznih stanic mobilne komunikacije itd. Na EVT uporabi radiofrekvenčno elektromagnetsko polje določene intenzitete, opazuje stabilnost izhodnega signala in oceni odpornost proti motnjam.
3 Nujni principi oblikovanja elektromagnetske združljivosti elektronskih napetostnih transformatorjev
3.1 Principi oblikovanja črta
Oblikovanje plavalne zemlje: Uporaba tehnologije plavalne zemlje, da izolira črtne signalne linije od šasi, blokira kobljenje motnih tokov na šasi na signalni črt in zmanjša šum, da izboljša natančnost in stabilnost signala.
Razumno razporeditev vodil: Optimizacija razporeditve napajal, zemlje in signalnih vodil. Zmanjšanje vzporednega razporejanja vodil in zmanjšanje kobljenja med vodili preko metod, kot sta slojevno razporejanje in ortogonalno razporejanje.
Oblikovanje filtra kapacitorjev: Konfiguracija filtrovskih kapacitorjev na vhodu modulskih napajal. Izbor kapacitorjev glede na faktorje, kot so kapacitivna vrednost, napetostna odpornost in frekvenčne značilnosti, da filtrira visokofrekvenčni šum in motnje, vpeljane s strani napajala.
Nizko-nivo logično oblikovanje: Prednostna uporaba nizko-nivo logičnih naprav (kot so naprave raven 3.3V), da se izognemo nepotrebnim visokim logičnim ravnilom, zmanjšamo porabo črta in ustvarjanje visokofrekvenčnih motenj.
Kontrola časa narastanja/spadanja: Izbor najbolj počasnega časa narastanja/spadanja, dovoljenega s strani funkcije črta, da utiša nepotrebne visokofrekvenčne komponente, zmanjša visokofrekvenčni šum v črtu in izboljša stabilnost in natančnost signala.
3.2 Principi oblikovanja notranje strukture
Polnoma zaprta ščitna struktura: Šasi ima polnoma zaprto ščitno obliko, da zagotovi dober kontakt in zemljenje vsake površine, učinkovito blokira zunanje elektromagnetsko polje in zaščiti notranje elektronske črte.
Minimizacija izpostavljenih vodil: Skrajšanje dolžine izpostavljenih vodil v šasi s optimizacijo razporeditve in razumnim razporejanjem komponent, da zmanjša elektromagnetsko radiiranje in kobljenje med vodili.
Skupno zvezanje vodil: Zvezanje vodil glede na vrste signalov (razdelitev digitalnih in analognih signalov), ohranitev določenega razmika, da zmanjša vzajemni vpliv med vodili in izboljša jasnost in natančnost signala.
Lepljenje z vodljivim lepljivcem: Uporaba vodljivega lepljivca za lepljenje na vmesniku šasi, da zagotovi električno povezavo in ščitno učinkovitost, zmanjša upornost kontakta in izboljša učinkovitost ščitanja.
4 Strategije za izboljšanje elektromagnetske združljivosti elektronskih napetostnih transformatorjev
4.1 Anti-motnja oblikovanje napajalnih vrat
Namestiti napajalske filtre: Izbor ustreznih napajalskih filtrov glede na imenovano moč in delovno okolje EVT, namestiti blizu vhoda napajanja, da filtrira visokofrekvenčni šum in prehodne puščice ter zagotovi čisto napajanje.
Uporaba redundantnega oblikovanja napajanja: Konfiguracija več napajalnih modulov. Ko en modul zamenja, preostali moduli hitro prevzamejo napajanje, izboljšajo zanesljivost napajanja, odpornost proti motnjam in splošno stabilnost EVT.
Okrepiti ščitenje in zemljenje napajalnih vodil: Uporaba ščitnih kabljev za obkolitev napajalnih vodil, da zmanjša elektromagnetsko radiiranje in kobljenje; zagotovi dobro zemljenje vodil, vnesite motne tokove v zemljo, da se izogne poškodbe EVT.
4.2 Zaščita pred statičnim električnim razpoločkom signali vrat
Namestiti naprave za absorpcijo tranzientnih motenj: Izbor ustreznih diod za zadrževanje tranzientnih napetosti (TVS), varistorjev in drugih naprav. Te naprave lahko hitro absorpirajo energijo med statičnim električnim razpoločkom, kontrolirovanje napetosti znotraj varne meje in zaščitijo notranje elektronske komponente.
Uporaba metode diferencialne prenose signala: Razdelitev signala na pozitiven in negativen kanal za diferencialni prenos. Uporaba razlike signala med kanali za izvlacenje učinkovitih informacij, odpornost na skupno-mode motnje, izboljšanje kakovosti prenosa signala in zmanjšanje motenj statičnega električnega razpoločka.
4.3 Optimizacija ščitne zmogljivosti šasi
Izbira materialov z visokim magnetnim prepustnostjo: Prednostna uporaba materialov z visoko magnetno prepustnostjo, kot so železne plošče, za izdelavo šasi, okrepiti zmogljivost ščitenja magnetnega polja, absorpirati in razpršiti energijo magnetnega polja, zmanjšati motnje notranjosti EVT (relativna magnetna prepustnost kovin je prikazana v Tabeli 1).
Optimizacija oblikovanja šasi: Uporaba polnoma zaprte ščitne strukture, da zagotovi dober kontakt in zemljenje vsake površine šasi in okrepiti učinkovitost ščitanja.
Okrepiti obravnavo zemljenja šasi: Zagotovite zanesljivo zemljenje povezavo med šasi in zemljo, vnesite motne tokove v zemljo in izboljšate učinkovitost ščitanja.
5 Zaključek
Ta članek nudi globljo raziskavo EMC lastnosti EVTa, predlaga principi glede oblikovanja črta in notranje strukture ter formuli strategije, kot so anti-motnja oblikovanja napajalnih vrat, statična zaščita signali vrat in optimizacija ščitne zmogljivosti šasi. Cilj je izboljšati odpornost proti motnjam in stabilnost EVTa v kompleksnih elektromagnetskih okoljih, zagotoviti natančno in zanesljivo merjenje napetostnih signalov v električnih sistemih in postaviti trdno temelje za varno in stabilno delovanje električnih sistemov.
