Nghiên Cứu Hệ Đo Vạn Năng Cao Áp Không Biến Dòng và Biến Điện Áp Cao

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành đo lường đóng vai trò quan trọng. Kỹ thuật đo là lĩnh vực khoa học thực nghiệm, nghiên cứu phương pháp và thiết bị đo. Phương pháp và thiết bị đo liên hệ mật thiết, bổ sung cho nhau. Một thiết bị đo chỉ xây dựng trên phương pháp đo xác định. Sự phát triển của công nghệ chế tạo thúc đẩy tìm ra các phương pháp đo mới. Kỹ thuật đo điện đã trải qua các giai đoạn chính, từ dụng cụ chỉ thị cơ điện đến dụng cụ đo điện tử tương tự và số đơn giản, và cuối cùng là sự ra đời của vi xử lý và vi điều khiển, tạo ra các thiết bị đo nhỏ gọn, chức năng tăng lên gấp bội.

Từ năm 1976, đã có hai phương pháp đo không tiếp xúc được đưa ra dựa trên hiệu ứng Kerr-Pokense và hiệu ứng Faraday. Hiệu ứng dùng để đo dòng điện dựa vào đo góc lệch pha của chùm tia lazer chiếu trong từ trường do dòng điện cần đo tạo ra. Tuy nhiên, các phương pháp này mới dừng lại ở nghiên cứu và độ chính xác không cao. Theo tài liệu, góc lệch pha được tính theo công thức θ = C_B .l, trong đó C_B là hằng số, B là cảm ứng từ, l là chiều dài vùng từ trường tác dụng. Điều này cho thấy một cách tiếp cận tiềm năng, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế cần khắc phục.

Trong hệ đo lường điện cao áp, sai số có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau như sai số của biến dòng, biến áp, sai số do nhiễu điện từ, và sai số do điều kiện môi trường. Để giảm thiểu sai số, cần sử dụng các thiết bị đo có độ chính xác cao, áp dụng các kỹ thuật lọc nhiễu hiệu quả, và hiệu chỉnh sai số định kỳ. Việc phân tích và đánh giá các nguồn sai số tiềm ẩn là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện là bắt buộc trong mọi hoạt động đo lường cao áp. Các tiêu chuẩn này quy định các biện pháp phòng ngừa tai nạn điện, đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. Cần trang bị đầy đủ các thiết bị bảo hộ cá nhân như găng tay cách điện, ủng cách điện, và sử dụng các dụng cụ đo được chứng nhận an toàn. Thực hiện kiểm tra định kỳ các thiết bị đo để đảm bảo chúng hoạt động đúng chức năng và an toàn.

Công nghệ IoT (Internet of Things) mở ra khả năng giám sát điện cao áp từ xa, giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp của con người vào môi trường nguy hiểm. Các cảm biến được kết nối mạng có thể thu thập dữ liệu về điện áp, dòng điện, nhiệt độ, và các thông số khác, sau đó truyền tải dữ liệu về trung tâm điều khiển để phân tích và đưa ra các quyết định kịp thời. Ứng dụng IoT giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu rủi ro tai nạn, và tiết kiệm chi phí bảo trì.

Vi hệ thống ADE7753 là một IC của hãng Analog Devices, tích hợp các hàm xử lý tín hiệu nhanh, tính toán với độ chính xác cao, được sử dụng rộng rãi trong đo lường, đặc biệt là đo các đại lượng điện trong mạch điện một pha. Các vi hệ thống ADE77xx đều dựa trên định nghĩa về đo giá trị hiệu dụng và công suất tác dụng. Analog Devices sử dụng các biện pháp như khuếch đại điện áp vào bằng phần mềm, sau đó đưa vào ADC chính xác cao, tốc độ nhanh, đảm bảo sai số thấp.

ADE7753 là một vi hệ thống on-chip biến đổi đại lượng điện một pha, gồm 2 kênh tín hiệu vào tương tự, mỗi kênh có một bộ PGA (Programmable Gain Amplifier) để khuếch đại tín hiệu. Vi hệ thống tích hợp 2 bộ biến đổi tương tự số ADC Σ-∆ 24 bit, các bộ lọc thông thấp (LPF), thông cao (HPF) và bộ chuyển đổi năng lượng sang tần số (DFC). ADE7753 còn có các thanh ghi để hiệu chỉnh, bù sai số, và cảm biến nhiệt độ.

ADE7753 sử dụng các thuật toán để đo giá trị hiệu dụng (RMS) của dòng điện (I_RMS) và điện áp (V_RMS). Các thuật toán này dựa trên việc lấy mẫu tín hiệu tức thời và tính toán giá trị hiệu dụng theo công thức. Vi hệ thống có khả năng xử lý tín hiệu số (DSP) hiện đại, cho phép thực hiện các phép biến đổi tương tự số, lọc số, phép nhân, tích phân số để đảm bảo độ chính xác cao.

Để đo công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q), ADE7753 sử dụng các thuật toán phức tạp dựa trên việc lấy mẫu đồng thời điện áp và dòng điện, sau đó tính toán công suất tức thời và trung bình. Vi hệ thống tích hợp các khối dịch pha để tính công suất phản kháng. Việc hiệu chỉnh offset công suất và pha cũng được thực hiện để đảm bảo độ chính xác cao.

Việc ghép nối ADE7753 với mạch đo điện cao áp đòi hỏi sự cẩn trọng để đảm bảo an toàn và độ chính xác. Biến dòng (CT) và biến áp (VT) được sử dụng để hạ dòng điện và điện áp xuống mức an toàn trước khi đưa vào ADE7753. Mạch bảo vệ quá áp và quá dòng cũng cần được thiết kế để bảo vệ ADE7753 khỏi các sự cố điện.

Module Bluetooth được sử dụng để truyền dữ liệu đo được từ ADE7753 về máy tính trung tâm. Giao diện truyền thông Bluetooth cần được thiết kế để đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu đủ nhanh và độ tin cậy cao. Các giao thức truyền thông và mã hóa dữ liệu cũng cần được xem xét để bảo mật thông tin.

Chương trình phần mềm được tổ chức để thực hiện các nhiệm vụ như đọc dữ liệu từ ADE7753, tính toán các đại lượng điện, điều khiển module Bluetooth, và hiển thị dữ liệu trên máy tính. Các thuật toán điều khiển được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống và đảm bảo độ chính xác của kết quả đo.

Trong quá trình thử nghiệm, cần phân tích các nguồn sai số đo tiềm ẩn và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến kết quả đo. Các sai số có thể đến từ thiết bị đo, mạch điện, điều kiện môi trường, và quá trình xử lý dữ liệu. Việc phân tích sai số giúp xác định các biện pháp cải thiện độ chính xác của hệ thống.

Độ ổn định của hệ thống đo trong thời gian dài là một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo. Cần thực hiện các thử nghiệm kéo dài để đánh giá sự thay đổi của các thông số đo theo thời gian. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định cần được xác định và giảm thiểu.