Laajan dynamiikan virtasensorikanavan jatkokehitys

Abstract

Tämän opinnäytetyö tehtiin ABB Oy:n toimeksiannosta ja sen tavoitteena oli verifioida tutkimusprojektissa kehitettyjä parannuksia suojareleen virtasensorikanavaan. Lisäksi sensorikanavan dynamiikkaa laajennettiin huomattavasti.

Yhdellä Rogowski-sensorityypillä voidaan toimittaa kojeistoja useille eri nimellisvirta-alueille, mikäli sensorikanava tukee tästä seuraavan erittäin laajan dynamiikan. Koko dynamiikkaa ei tarvitse palvella yhtäaikaisesti, jolloin sensorikanavan dynamiikkaa voidaan laajentaa säädettävällä vaimennuksella. Mikäli sensorikanavan tuloimpedanssi halutaan pitää vakiona vaimennuksesta riippumatta, täytyy ensimmäisen aktiivisen komponentin kyetä käsittelemään kuitenkin koko dynamiikka. Tämä asettaa lisävaatimuksia sensorikanavan suunnittelulle.

Tehdyillä parannuksilla saavutettiin parempi CMRR, vakio tuloimpedanssi ja valitusta vaimennuksesta riippumaton taajuusvaste. Lisäksi dynamiikan laajentamiseksi kehitettiin 8-bittinen säädettävä jännitteenjakaja.

The goal of this thesis was to verify improvements initially implemented in a research project for a protection relay’s current sensor input. In addition, the dynamic range of the input was significantly increased.

Switchgears configured for several different nominal current ranges can be shipped with a single type of Rogowski sensor if the sensor input can support the resulting wide dynamic range. However, the complete dynamic range is not used simultaneously and therefore it can be split into multiple smaller ranges using adjustable attenuation. This makes it difficult to implement input impedance that is independent from the selected attenuation range unless the first active component in the signal chain is able to handle the whole dynamic range placing additional requirements for the design of the input.

The improvements were successful leading to better CMRR, stable input impedance and frequency response independent from the selected attenuation in the simulations and tests. In addition, an 8-bit adjustable voltage divider was developed to increase the adjustable dynamic range.