一 CT取電的原理
傳統電源模式通過變壓器(電壓互感原理)降壓并整流的方式實現高壓交流電向低壓直流電的轉換,在交流電壓下降過程中,電壓信號始終保持50Hz的交流正弦波形信號,該信號的頻率、幅值和相位和高壓電網保持同步,交流輸出回路可以開路但不可以短路,根據負載的不同電流信號的大小、相位可能不同,電流信號也可能不再是標準的正弦波信號,輸出電流的波形、相位和幅值決定了輸出功率的變化。
CT取電也是利用電磁感應的原理實現電能變換,但其與傳統變壓器電壓感應原理不同,它是利用電流互感原理傳遞電能,和傳統電源模式原理為對偶關系,即在電流互感器CT(假設電流互感器的容量無限大,即理想CT)輸出端的電流信號頻率、幅值和相位與原端電網保持同步,CT輸出端可以短路但不可以開路,根據電源模塊負載的不同,CT輸出端電壓信號的大小、相位保持變化,甚至CT輸出端電壓信號不再是標準正弦波信號,正是CT輸出側電壓信號的波形、相位和幅值變化決定了其傳導功率的變化。
為了保證在電源無負載或輕負載的情況下,CT輸出端不會處于等效開路狀態,在電源變換模塊的輸入側需加裝電流旁路調節裝置,電流旁路調節裝置在負載需要電能時,讓電流流經整流器給負載供電,在無負載時,讓CT的輸出電流近似全部流經電流旁路調節裝置,此時電源模塊的輸入側(即CT的輸出端)的電壓近似為零。
可見,CT電源模塊的輸入為電流信號輸入,其需保證CT的輸出側不能處于開路狀態,否則容易形成高壓危及設備及人身安全。電源模塊輸入端不可以直接加入電壓信號,電流旁路調節裝置有可能會給電壓信號形成短路回路,容易造成設備的損壞。
二 常規電源模式的干擾感應路徑
由于常規源模塊的電壓信號來自于電網側的線電壓或相電壓,因此電網側遭遇的雷擊高壓信號或操作過電壓信號將沿著降壓回路傳導到電源模塊及至負載電路板上,因此電源模塊和負載電子電路的防雷擊電壓浪涌和操作過電壓非常重要,即相應的電子電氣設備需滿足浪涌和脈沖群沖擊的要求。
如圖,雷擊或操作過電壓都較容易在相間(圖中AB相)或相地(圖中AN相)上產生超出常規工作電壓高得多的高電壓信號,該類信號可以通過變壓器以及供電回路傳導到整流器的輸出側,如果回路中沒有安裝防護措施,容易導致后續設備的損壞。所以為了檢驗設備的抗干擾能力,在電源的輸入端需要加入模擬測試高壓信號(差模信號加入)。
三 CT取電的干擾感應路徑
由于前述CT取電與傳統電源原理上的對偶性,所以檢驗CT取電模式供電的可靠性應該以檢驗CT取電設備在電流信號傳導過程中的可靠性為主。由于傳統的雷擊與操作過電壓傳導途徑在CT取電的模式中不再存在,所以傳統的雷擊與操作過電壓幾乎對CT取電模式不會造成影響。
由圖可見,在相間或相地之間發生雷擊或操作過電壓的情況下,由于CT的一次側為穿過CT線圈的A相導線,相當于A相導線的某一點,CT的一次側電流為A相導線電流,CT的一次側電壓接近為零,理論上CT的二次側電流與一次側電流之比滿足匝數比值,CT的二次側電壓與一次側的相間或相地電壓均無關,可以推測,CT二次側輸出電壓僅與后端的等效阻抗和一次側電流的大小有關。因此,CT取電在抗擊雷擊過電壓和操作過電壓時具有安全優勢。
由此可見,傳統在電源模塊輸入端差模加入浪涌測試信號和脈沖群信號的測試方法不適合CT取電電源供電模式,由此方法得出的測試結果不具有設備的可靠性意義。甚至可能電流旁路調節裝置設計不當的取電模塊反而可能更容易取得好的測試指標,而這種模塊往往更容易在電流較大時在CT輸出側形成近似開路高壓,導致設備的損壞。
但是,當前CT取電在導線電流10A甚至更小的情況下要求正常工作,在導線額定電流時往往又高達600A甚至更高,在電網發生短路故障時導線上可能流經短時短路大電流,所以檢驗一次側大電流時取電模塊的可靠性,以及短時短路電流情況下取電模塊的耐受力很有必要。
由上分析,在CT取電模塊設計得當的情況下,CT取電在抗擊雷擊浪涌過電壓和電作過電壓方面具有先天性的理論優勢,對于該類產品的測試建議放在抵抗大電流沖擊、電源模塊輸入端有沒存在開路風險等安全性指標上來。