Với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống điện, các biến áp điện tử (EVTs), như thiết bị đo lường chính trong hệ thống điện, hiệu suất ổn định và độ tin cậy của chúng là rất quan trọng đối với việc vận hành an toàn và ổn định của hệ thống điện. Hiệu suất tương thích điện từ (EMC), như một trong những chỉ số cốt lõi của EVTs, trực tiếp liên quan đến khả năng hoạt động bình thường của thiết bị trong môi trường điện từ phức tạp và liệu nó có gây nhiễu điện từ cho các thiết bị khác hay không. Việc nghiên cứu và thiết kế sâu về hiệu suất EMC của EVTs có ý nghĩa lớn để cải thiện tổng thể sự ổn định và an toàn của hệ thống điện.
1 Tổng quan về hiệu suất tương thích điện từ của biến áp điện tử
1.1 Định nghĩa và yêu cầu về tương thích điện từ
Tương thích điện từ (EMC) đề cập đến khả năng của một thiết bị hoặc hệ thống hoạt động bình thường mà không bị nhiễu trong một môi trường điện từ cụ thể và không gây ra sự quấy rối điện từ không thể chịu đựng được cho các vật khác trong môi trường. Đối với EVTs, chúng cần duy trì hiệu suất đo lường ổn định trong môi trường điện từ phức tạp và không gây nhiễu điện từ cho các thiết bị khác. Do đó, trong quá trình thiết kế và sản xuất EVTs, hiệu suất EMC phải được xem xét, và các biện pháp bảo vệ tương ứng phải được lập kế hoạch.
1.2 Nguyên lý làm việc của biến áp điện tử
EVTs sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ và công nghệ đo lường điện tử chính xác cao để chuyển đổi tín hiệu điện áp cao trong hệ thống điện thành tín hiệu điện áp thấp. Chúng thường bao gồm cảm biến sơ cấp, mạch chuyển đổi thứ cấp, và đơn vị xử lý tín hiệu. Cảm biến sơ cấp chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu điện áp cao thành tín hiệu dòng điện/điện áp yếu tỷ lệ với điện áp sơ cấp; mạch chuyển đổi thứ cấp chuyển đổi tiếp tín hiệu yếu thành tín hiệu số/đồng bộ chuẩn; đơn vị xử lý tín hiệu cải thiện độ chính xác và ổn định của đo lường thông qua các thao tác như lọc, khuếch đại, và hiệu chỉnh. EVTs có thể bao gồm nhiều dạng, như biến áp điện tử đo điện áp kênh đơn/kênh đa, biến áp điện tử đo dòng điện kênh đơn/kênh đa, hoặc biến áp tích hợp như hình 1, đo đồng thời điện áp, dòng điện, và công suất theo một hướng.
1.3 Phân tích về quấy rối điện từ và độ nhạy điện từ
EVTs dễ bị ảnh hưởng bởi quấy rối điện từ bên ngoài trong môi trường điện từ, như sét đánh và điện áp quá tải thoáng qua do thao tác công tắc, điều này có thể gây ra các vấn đề như tăng lỗi đo lường và dữ liệu không ổn định; đồng thời, các谐波和电磁辐射也可能干扰其他电气设备。因此，在设计电子电压互感器时，需要充分考虑电磁骚扰和电磁敏感性问题，并采取抑制和保护措施。
【注意】
- 请严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。
- 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。
- 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特别注意不能出现夹杂中文。
- 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。
【输出规范】
- 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。
- 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。
- 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。
- 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。
- 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。
以下是完整的越南语翻译：
EVTs dễ bị ảnh hưởng bởi quấy rối điện từ bên ngoài trong môi trường điện từ, như sét đánh và điện áp quá tải thoáng qua do thao tác công tắc, điều này có thể gây ra các vấn đề như tăng lỗi đo lường và dữ liệu không ổn định; đồng thời, các tần số hài và bức xạ điện từ do EVTs tự tạo cũng có thể gây nhiễu cho các thiết bị điện khác. Do đó, khi thiết kế EVTs, cần phải xem xét đầy đủ các vấn đề về quấy rối điện từ và độ nhạy điện từ, và thực hiện các biện pháp kìm hãm và bảo vệ.
Kiểm tra hiệu suất EMC của EVTs là một mắt xích quan trọng để đảm bảo sự ổn định và chính xác của chúng trong quá trình hoạt động thực tế. Nó tập trung vào khả năng chống nhiễu và phân loại các tiêu chuẩn đánh giá thành Lớp A và Lớp B theo mức độ nghiêm trọng của kết quả kiểm tra:
2 Phân tích về các kiểm tra hiệu suất tương thích điện từ của biến áp điện tử
2.1 Nội dung kiểm tra và tiêu chuẩn đánh giá
Lớp A: Yêu cầu rằng khi EVTs bị quấy rối điện từ, độ chính xác đo lường vẫn nằm trong giới hạn quy định, và tín hiệu điện áp đầu ra nhất quán với giá trị thực mà không ảnh hưởng đến giám sát và điều khiển của hệ thống điện.
Lớp B: Cho phép giảm tạm thời hiệu suất đo lường (phần không liên quan đến bảo vệ) của EVTs, nhưng không được ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ, và thiết bị không cần được đặt lại/khởi động lại; điện áp đầu ra phải được kiểm soát trong phạm vi 500V để tránh gây nhiễu cho hệ thống điện.
2.2 Kiểm tra nhiễu dẫn truyền
Nhiễu dẫn truyền lan truyền qua các đường dẫn như dây cáp và ống kim loại và là một trong những loại quấy rối điện từ chính mà EVTs phải đối mặt. Nó bao gồm hai loại kiểm tra:
Kiểm tra Xung Điện Nhanh/Bộ Nổ: Mô phỏng sự quấy rối thoáng qua (với phổ tần rộng) khi các tải cảm như rơle và contactor được ngắt. Áp dụng một chuỗi xung nhanh lên EVT, quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra, và đánh giá khả năng chống nhiễu.
Kiểm tra Kháng Sức Nhảy Đột Ngột: Mô phỏng điện áp/quá tải dòng điện thoáng qua do thao tác công tắc và sét đánh (với năng lượng lớn và thời gian ngắn). Áp dụng một điện áp nhảy đột ngột với biên độ nhất định lên EVT để kiểm tra khả năng chịu đựng và sự ổn định hiệu suất của thiết bị.
2.3 Kiểm tra nhiễu bức xạ
Nó bao gồm bốn loại kiểm tra để mô phỏng các nhiễu trong các môi trường điện từ khác nhau:
Kiểm tra Kháng Sức Trường Từ Tần Số Công Suất: Áp dụng một trường từ tần số công suất với cường độ nhất định lên EVT, quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra, và đánh giá khả năng chống nhiễu trong môi trường trường từ tần số công suất.
Kiểm tra Kháng Sức Trường Từ Dao Động Giảm Dần: Mô phỏng trường từ dao động giảm dần (với tốc độ suy giảm nhanh và tần số cao) khi công tắc cách ly ở trạm biến áp cao áp chuyển mạch bus. Áp dụng trường từ tương ứng lên EVT để kiểm tra sự ổn định của hiệu suất đo lường.
Kiểm tra Kháng Sức Trường Từ Xung: Mô phỏng trường từ xung (với tốc độ tăng nhanh và giá trị đỉnh cao) do sét đánh vào các thành phần kim loại. Áp dụng một trường từ xung lên EVT để xác minh xem hiệu suất cách điện và độ chính xác đo lường của thiết bị có bị ảnh hưởng hay không.
Kiểm tra Kháng Sức Trường Điện Từ Bức Xạ Tần Số Radio: Mô phỏng bức xạ phụ sinh từ nguồn điện từ công nghiệp, đài phát thanh/phát sóng di động, v.v. Áp dụng một trường điện từ tần số radio với cường độ nhất định lên EVT, quan sát sự ổn định của tín hiệu đầu ra, và đánh giá khả năng chống nhiễu.
3 Nguyên tắc thiết kế tương thích điện từ cho biến áp điện tử
3.1 Nguyên tắc thiết kế mạch
Thiết kế Gốc Trôi: Sử dụng công nghệ gốc trôi để cách ly các đường tín hiệu mạch khỏi khung máy, chặn sự ghép nối của dòng nhiễu trên khung máy vào mạch tín hiệu, giảm nhiễu, và cải thiện độ chính xác và ổn định của tín hiệu.
Bố trí Dây Hợp Lý: Tối ưu hóa bố trí nguồn điện, đất, và đường tín hiệu. Giảm thiểu sự phân phối song song của các đường và giảm thiểu sự ghép nối nhiễu giữa các đường thông qua các phương pháp như đi dây tầng và đi dây vuông góc.
Thiết kế Bộ Lọc Tụ: Cấu hình bộ lọc tụ ở đầu vào nguồn điện của module. Chọn tụ dựa trên các yếu tố như giá trị dung lượng, khả năng chịu điện áp, và đặc tính tần số để lọc bỏ nhiễu tần số cao và nhiễu do nguồn điện đưa vào.
Thiết kế Logic Mức Thấp: Ưu tiên sử dụng các thiết bị logic mức thấp (như thiết bị mức 3.3V) để tránh mức logic cao không cần thiết, giảm tiêu thụ điện và sự tạo ra nhiễu tần số cao.
Điều Khiển Thời Gian Tăng/Giảm: Chọn thời gian tăng/giảm chậm nhất cho phép bởi chức năng mạch để kìm hãm các thành phần tần số cao không cần thiết, giảm nhiễu tần số cao trong mạch, và cải thiện sự ổn định và chính xác của tín hiệu.
3.2 Nguyên tắc thiết kế cấu trúc nội bộ
Cấu trúc Che Đậy Toàn Bộ: Vỏ khung máy sử dụng thiết kế che đậy toàn bộ để đảm bảo tiếp xúc và nối đất tốt của mỗi bề mặt, hiệu quả chặn nhiễu từ trường điện từ bên ngoài, và bảo vệ các mạch điện tử bên trong.
Giảm Tối Thiểu Đường Dây Phơi Sáng: Ngắn hóa chiều dài của đường dây phơi sáng trong khung máy bằng cách tối ưu hóa bố trí và sắp xếp hợp lý các linh kiện để giảm bức xạ điện từ và sự ghép nối nhiễu.
Bó Gộp Đường Dây Theo Nhóm: Bó gộp các đường dây theo loại tín hiệu (tách riêng tín hiệu số và tín hiệu tương tự), và giữ khoảng cách nhất định để giảm sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các đường dây và cải thiện độ rõ ràng và chính xác của tín hiệu.
Kết Nối Bằng Keo Dẫn Điện: Sử dụng keo dán dẫn điện để kết nối tại giao diện khung máy để đảm bảo kết nối điện và hiệu quả che chắn, giảm điện trở tiếp xúc, và cải thiện hiệu quả che chắn.
4 Chiến lược cải thiện hiệu suất tương thích điện từ của biến áp điện tử
4.1 Thiết kế chống nhiễu cho cổng nguồn
Lắp Bộ Lọc Nguồn: Chọn bộ lọc nguồn phù hợp theo công suất định mức và môi trường làm việc của EVT, và lắp đặt gần cổng nguồn để lọc bỏ nhiễu tần số cao và xung thoáng qua, đảm bảo sự tinh khiết của nguồn điện.
Sử dụng Thiết Kế Nguồn Dự Phòng: Cấu hình nhiều module nguồn. Khi một module bị hỏng, các module còn lại nhanh chóng tiếp quản cung cấp nguồn, cải thiện độ tin cậy, khả năng chống nhiễu, và sự ổn định tổng thể của EVT.
Củng Cố Che Đậy và Nối Đất cho Đường Dây Nguồn: Sử dụng cáp che chắn để bọc các đường dây nguồn để giảm bức xạ điện từ và sự ghép nối; đảm bảo nối đất tốt của các đường dây, đưa dòng nhiễu vào đất, và tránh làm hỏng EVT.
4.2 Bảo vệ chống phóng tĩnh điện cho cổng tín hiệu
Lắp Thiết Bị Hấp Thu Xung Tạm Thời: Chọn các thiết bị như điôt ức chế điện áp tạm thời (TVS), varistor, v.v. Các thiết bị này có thể hấp thu nhanh năng lượng trong quá trình phóng tĩnh điện, kiểm soát điện áp trong phạm vi an toàn, và bảo vệ các linh kiện điện tử bên trong.
Sử dụng Phương Pháp Truyền Tín Hiệu Khu biệt: Chia tín hiệu thành các kênh dương và âm để truyền tín hiệu khu biệt. Sử dụng sự chênh lệch tín hiệu giữa các kênh để trích xuất thông tin hiệu quả, kháng nhiễu chung, cải thiện chất lượng truyền tín hiệu, và giảm nhiễu do phóng tĩnh điện.
4.3 Tối ưu hóa hiệu suất che chắn của khung máy
Chọn Vật Liệu Có Độ Thấm Từ Cao: Ưu tiên sử dụng các vật liệu có độ thấm từ cao như tấm sắt để làm khung máy, tăng cường khả năng che chắn từ trường, hấp thụ và phân tán năng lượng từ trường, và giảm nhiễu đến bên trong EVT (độ thấm từ tương đối của kim loại được hiển thị trong Bảng 1).
Tối ưu hóa Thiết Kế Cấu Trúc Khung Máy: Sử dụng cấu trúc che đậy toàn bộ để đảm bảo tiếp xúc và nối đất tốt của mỗi bề mặt của khung máy, và tăng cường hiệu quả che chắn.
Củng Cố Xử Lý Nối Đất cho Khung Máy: Đảm bảo kết nối nối đất đáng tin cậy giữa khung máy và đất, đưa dòng nhiễu vào đất, và cải thiện hiệu quả che chắn.
5 Kết luận
Bài viết này tiến hành nghiên cứu sâu về hiệu suất EMC của EVTs, đề xuất các nguyên tắc từ các khía cạnh thiết kế mạch và thiết kế cấu trúc nội bộ, và lập chiến lược như thiết kế chống nhiễu cho cổng nguồn, bảo vệ tĩnh điện cho cổng tín hiệu, và tối ưu hóa hiệu suất che chắn của khung máy. Mục đích là cải thiện khả năng chống nhiễu và sự ổn định của EVTs trong môi trường điện từ phức tạp, đảm bảo đo lường chính xác và tin cậy tín hiệu điện áp trong hệ thống điện, và xây dựng nền tảng vững chắc cho việc vận hành an toàn và ổn định của hệ thống điện.
