التحقق من مقسم الجهد الكهربائي السعوي ودرجة الاعتماد

يتكون الإعداد المرجعي لمعايرة النظام لأنظمة قياس خسارة المحولات الصناعية (TLM) من ثلاثة مكونات رئيسية، وهي مقسم جهد ومحول تيار ومقياس طاقة، كما ويجب ألا تزيد إزاحات الطور عن (10 μrad) لتحقيق إجمالي عدم اليقين في النظام أفضل من (20 μW / VA)، بحيث تم التحقيق على نطاق واسع من مستوى عدم اليقين لمقسم الجهد السعوي القائم على المقارنة الحالي.

ضرورة التحقق من مقسم الجهد الكهربائي السعوي ودرجة الاعتماد

تمثل خسائر محولات الطاقة جزءاً كبيراً من إجمالي خسائر الشبكة الكهربائية، بحيث لا تؤثر هذه الخسائر على التكلفة الإجمالية للملكية فحسب؛ بل لها أيضاً تأثير بيئي كبير، لذلك أصدر الاتحاد الأوروبي لائحة فيما يتعلق بمحولات الطاقة، وذلك كجزء من سياسات الطاقة المستدامة لما يسمى “توجيه التصميم البيئي”، بحيث يتم استخدام أنظمة قياس خسارة المحولات التجارية (TLM).

أيضاً يجب معايرة أنظمة (TLM) هذه باستخدام نظام مرجعي أكثر دقة لضمان دقة (TLM) كافية، وبالتالي نتائج اختبار (TLM) موثوقة، بحيث يمكن تأكيد دقة أنظمة (TLM) الصناعية بمعايرة مكوناتها الفردية أو بمعايرة نظام (TLM) ككل، بحيث يتميز نهج “معايرة النظام” الأخير بميزة كبيرة جداً تتمثل في إمكانية تحقيق قدر أقل من عدم اليقين، وعلاوة على ذلك يغطي هذا جميع الأخطاء المنهجية المحتملة في نظام (TLM).

كما يتمثل النهج الأساسي في معايرة نظام (TLM) في تطبيق الجهد والتيار في وقت واحد على نظام (TLM) مع طور ثابت وقابل للتعديل بين الجهد والتيار من أجل محاكاة الحمل مع خسارة يمكن التحكم فيها لنظام (TLM).

وتحقيقا لهذه الغاية، طور (Van Swinden Laboratorium-VSL) إعداداً مرجعياً لمعايرة نظام (TLM)، وهو مناسب للاستخدام في الموقع في مباني مصنعي محولات الطاقة، والتي يمكن أن تصل إلى عدم اليقين من (0.2٪) (k = 2) عند معامل القدرة (λ) (0.01)، وهو نظام (VSL) يستخدم في الأساس للتطبيق الرقمي للنظام التناظري الأصلي.

دور أجهزة القياس في التحقق من مقسم الجهد الكهربائي السعوي

أيضاً يتكون جزء القياس من الإعداد المرجعي لمعايرة (TLM) من ثلاثة مكونات رئيسية، وهي مقسم الجهد (VD) ومحول التيار (CT) ومقياس القدرة، كما يتمثل جوهر نهج (VSL) الذي تم اختياره لتوليد إشارة الاختبار في مزيج من تقنية المقارنة الحالية التناظرية مع تقنيات أخذ العينات الرقمية لتوليد تيارات اختبار بزاوية طور ثابتة ودقيقة فيما يتعلق بالجهد العالي المطبق.

وفي اختبار محولات الطاقة وفقدان الحمل الكهربائي؛ يكون التيار متعامداً بشكل كامل تقريباً مع الجهد مع عامل قدرة نموذجي (λ) يبلغ حوالي (0.01)، وذلك للوصول إلى مستوى عدم يقين قدره (1٪) في فقد القدرة، بحيث يجب الوصول إلى حالة عدم يقين في طور (TLM) تبلغ (100 μ rad).

ولغرض الوصول إلى أفضل مستويات عدم اليقين التي يمكن تحقيقها من خلال إعداد (TLM) وإثباتها؛ فإنه يجب معايرتها من خلال مرجع أكثر دقة من (3-5) مرات، أي حوالي (20) ميكرو / (VA)، لذلك يجب ألا تزيد إزاحات الطور للمكونات الفردية للإعداد المرجعي لأنظمة (TLM) عن (10 μ rad)، بحيث يعتبر الوصول إلى مستوى عدم اليقين المنخفض أحد الأهداف الرئيسية لمشروع البحث.

كما يتم استخدام (VD) في الإعداد المرجعي لتصغير الفولتية العالية المطبقة إلى المستوى، بحيث يمكن قياسها باستخدام مقياس طاقة عالي الدقة، ولتحقيق الدقة العالية المطلوبة يستخدم الإعداد المرجعي (VSL) واحداً من اثنين من مقسمات الجهد السعوي القائمة على المقارنة الحالية (CVDs) المناسبة للجهود التي تصل إلى (100) و (230) كيلو فولت على التوالي، كما تتكون (CVD) من وحدة المقارنة الحالية ذات الجهد المنخفض (LV) ومكثفات الجهد العالي (HV).

إعداد ومعايرة نظام قياس خسارة المحولات الكهربائية TLM

يوضح الشكل التالي (1) مبدأ عمل الإعداد المرجعي الذي تم تطويره في (VSL) لمعايرة نظام (TLM)، بحيث يوفر (CVD) القائم على المقارنة الحالية خرج (LV) للجهد العالي المطبق، بحيث تولد وحدة معالجة الإشارات الرقمية (DSP) لاحقاً إشارة قيادة لمضخم التحويل (G) الذي يولد تيار الاختبار العالي.

كما أنه يتم قياس التيار المطبق الفعلي باستخدام (CT) النشط المعوض إلكترونياً (CT1) في الشكل (1)، بحيث تقوم وحدة (DSP) بضبط إشارة القيادة حتى تتطابق المرحلة الفعلية للتيار المقاس مع نقطة الضبط المحددة، كذلك يتم استخدام (CT) النشط الإضافي المعوض إلكترونياً ومقياس القدرة المرجعية للتحقق من القراءات من حلقة التغذية المرتدة الرقمية.

أيضاً يتم تحديد دقة الإعداد المرجعي من خلال مكوناته الرئيسية، بحيث يقاس التيار بواسطة (CTs) التي تم تعويضها إلكترونياً، والتي تحتوي على نسبة أخطاء صغيرة جداً وتحولات الطور التي تصل إلى (2) كيلو أمبير وأقل من (2) ميكرو أمبير، كذلك المحولين التناظري إلى الرقمي (24) بت (ADCs) داخل (DSP) والمستخدمين لقياس مخرجات (CVD) و (CT) لهما دقة طور نسبية أفضل من (0.1 μ rad).

ونظراً لكونهما على نفس المطبوع لوحة الدائرة وتقاسم نفس إشارة الساعة المحلية، تتم معايرة مكاسب (ADC) باستخدام مقياس الواط المرجعي إلى حالة عدم يقين أفضل من (20 × 10−6) (k = 2)، بحيث يتم معايرة الواط ميتر نفسه مع عدم يقين [10-μW / VA (k = 2)] على مدى عامل القدرة الكامل مع إعداد الطاقة الأولية (VSL).

منهجية التحقق من نظام قياس خسارة المحولات الكهربائية

يعتمد مبدأ (CVD) القائم على المقارنة الحالية هو أن إلكترونيات (VD) تحول التيار المتولد من الجهد العالي ومكثف (HV/CHV) إلى جهد خرج، بحيث يتم تحقيق دقة النسبة والمرحلة عن طريق تحويل جهد الخرج إلى تيار باستخدام مكثف (LV/CLV) ومقارنة التيارين السعوية في مقارنة الحالية التي تشكل قلب إلكترونيات (VD).

كذلك تستخدم حلقة التغذية الراجعة إشارة الخطأ المقاسة بواسطة المقارنة الحالية لضبط جهد الخرج حتى يتطابق تماماً مع جهد الاختبار المطبق، وذلك مع تحجيم (CHV/CLV) مضروباً في نسبة المقارنة الحالية، وباستخدام نسب المقارنة الحالية التي تتراوح من (1:1) إلى (1:100) ومكثف (100-pF HV) ومكثف (LV 1000-pF)، كما يمكن تصغير الفولتية التي تتراوح من (1 – 100) كيلو فولت إلى مستوى (100) فولت.

عادة يتم تحقيق إمكانية تتبع قناة الجهد للإعداد المرجعي (VSL-TLMS) من خلال معايرة مكوناتها: إلكترونيات (VD) ونسبة المكثفات، بحيث يمكن بعد ذلك اشتقاق عدم اليقين الكلي من (CVD) من عدم اليقين في المعايرات المكونة من عنصرين، ومع ذلك؛ فإن الظروف العملية التي قد تؤثر على دقة القياس يجب أن تؤخذ في الاعتبار أيضاً.

على سبيل المثال، هناك حاجة إلى كابلات قياس أطول في الموقع بسبب الأبعاد الكبيرة لقاعات الاختبار لمصنعي محولات الطاقة بحيث تتطلب البيئة القاسية لقاعة الاختبار هذه أيضاً كابلات قياس ذات أداء أفضل ضد التداخل وعناية خاصة بالتأريض الكهربائي المناسب، ولسوء الحظ؛ فإن معايرة المكونات الفردية غير قادرة على تضمين هذه التأثيرات.

وأخيراً وعلى الرغم من صعوبة معايرة الإعداد ككل مع عدم اليقين المنخفض؛ فإن هذا النهج هو الأفضل لأنه يغطي جميع أخطاء القياس المنهجية المحتملة، بحيث تتمثل منهجية الدراسة الحالية في مقارنة نتائج المعايرة بالكامل مع نتائج مستوى المكون في ظل ظروف تمثل الاستخدام في الموقع، وذلك بهدف التحقق وإثبات إمكانية التتبع ومستوى عدم اليقين المعلن للمكون معايرة.