Commutazione relè - Funzionamento del tester AT

Tecniche di commutazione dei relè - La matrice dei relè a 20 nodi

Il Voltech AT5600 utilizza una matrice di relè a 20 nodi, terminante con coppie di sonde a molla, per consentire il collegamento di dispositivi standard all'unità.
Ogni coppia di sonde a molla (un nodo) si collega a quattro relè ad alta tensione, configurati per la misurazione Kelvin completa (4 fili).
Due di questi relè, 'Source Hi' e 'Source Lo' (la coppia di "alimentazione"), vengono attivati per fornire la sorgente di tensione/corrente al componente in prova.
I restanti due relè, 'Misura alta' e 'Misura bassa' (la coppia "senso"), vengono eccitati per instradare la sorgente di tensione/corrente verso il circuito di misura.
Questa configurazione è mostrata di seguito, nella Figura 1, per uno dei nodi collegati a un'estremità di un avvolgimento del trasformatore in prova.

Figura 1

Questo tipo di disposizione dei relè Kelvin per ciascuno dei 20 nodi è completamente controllato dall'AT5600 ed è programmabile tramite il software AT Editor in dotazione.
Non ci sono limitazioni riguardo al nodo utilizzato per quale avvolgimento del trasformatore.

Figura 2
L'immagine a destra è uno screenshot del software AT Editor.
Si tratta di una rappresentazione grafica dell'effettiva matrice di relè a 20 nodi sul tester AT stesso.
Ciascun nodo numerato (1-20) rappresenta lo schema a quattro relè mostrato nella Figura 1 sopra.
Ci sono quattro relè per nodo e 20 nodi, per un totale di 80 relè.

Ottimizzazione dell'affidabilità dei relè

I relè sono spesso considerati un'alternativa inferiore agli interruttori a stato solido come dispositivi di commutazione. Tuttavia, i relè offrono i mezzi per trattenere migliaia di volt quando sono aperti e forniscono ancora alcune decine di milliohm di resistenza di contatto quando sono chiusi, caratteristiche che non possono essere fornite da nessun dispositivo a stato solido né ora né nel prossimo futuro.
Il motivo principale per cui i relè sono considerati componenti di qualità inferiore è che si ritiene che siano inaffidabili.
Tuttavia, la vita meccanica di un relè è superiore a 100.000.000 di operazioni, sufficienti per durare più di dieci anni in un'applicazione di tester per trasformatori ad uso intensivo, a condizione che venga utilizzata la tecnica corretta per commutare il relè. Voltech ha sviluppato tale tecnica.

Per massimizzare la durata dei relè, le fonti di tensione e corrente dell'AT3600 vengono disattivate prima di qualsiasi apertura e chiusura degli 80 relè ad alta tensione.
All'inizio di ogni test, i relè vengono chiusi prima che venga aumentata la tensione.
Al termine di un test, l'AT3600 controlla la corrente che attraversa i relè e, se c'è ancora corrente che scorre, attende che questa scenda a zero prima di aprire i relè.
Questa tecnica è nota come commutazione a freddo e riduce al minimo la formazione di archi elettrici nei contatti dei relè, garantendo che i contatti subiscano il minimo degrado e massimizzando così la durata utile dei relè e dell'AT3600 stesso.

L'importanza della misurazione della corrente per la commutazione a freddo è illustrata nella Figura 3 sottostante.

Se i relè venissero aperti dopo un tempo fisso dopo aver spento l'alimentazione, ci vorrebbe molto tempo per gestire il componente nel caso peggiore, sprecando inutilmente tempo di test per la maggior parte dei componenti.
D'altro canto, se il tempo scelto è troppo breve, i relè saranno soggetti a corrente di interruzione, che causerà archi elettrici e ne ridurrà la durata.

La maggior parte delle soluzioni di prova dei trasformatori che utilizzano una matrice esterna utilizzano semplicemente un tempo fisso per determinare quando aprire i relè, con il conseguente rischio di archi elettrici e degradazione dei relè.
Nella sua serie di prodotti AT, Voltech massimizza sia la velocità che l'affidabilità utilizzando una matrice integrata con sorgente e misura, un metodo di scarica attiva per forzare la corrente a decadere il più rapidamente possibile e misurando quando la corrente scende a zero prima dell'apertura.
L'azione di apertura e chiusura dei relè è estremamente rapida (circa tre millisecondi di tempo di chiusura e un millisecondo di tempo di rilascio).

Per mantenere la precisione operativa dell'AT3600, nell'AT5600 è stata incorporata una routine di autotest molto completa.
La sequenza di autotest viene avviata dall'utente dopo il completamento della sequenza di accensione. L'autotest è stato progettato per testare completamente la gamma di funzionamento del prodotto, inclusa la resistenza di contatto dei suoi 40 relè di sorgente e 40 di misura.
La resistenza del contatto può aumentare nel corso di molti mesi di utilizzo a causa delle impurità di spessore molecolare che migrano verso la superficie di contatto.
Se viene rilevata una resistenza di contatto maggiore di un valore predeterminato su un contatto relè, viene automaticamente implementato un processo di pulizia elettronica unico finché il contatto relè non raggiunge il suo valore basso originale. Questa azione massimizza ulteriormente il ciclo di vita dei relè.

Conclusioni

Ciascuno degli 80 relè dell'AT3600 ha un tempo medio tra guasti (MTBF) testato sul campo superiore a 100.000.000 di operazioni, una tensione nominale di stand-off di 10 kV CC o CA di picco e una corrente di commutazione fino a 3 Ampere CC o CA di picco.
Se a tutto questo si aggiungono la sequenza di autotest integrata, le velocità di commutazione dei relè, il sistema di misurazione Kelvin, i metodi di commutazione effettivi e l'esclusivo processo di pulizia elettronica dei relè dell'AT3600, questo strumento diventa uno dei metodi più accurati e affidabili per il fissaggio e il collaudo dei trasformatori disponibili in un unico strumento.

Avviso

La disposizione di più relè, sorgenti di segnale e circuiti di misura utilizzati nei tester della serie AT Voltech è protetta dai seguenti brevetti:
Stati Uniti: US5500598 ; Regno Unito: 2261957B ; Europa: 0621953B .