Investigating Contributing Factors to Rogowski Coil Accuracy: COMSOL Simulation and Laboratory Testing
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3094255Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for elkraftteknikk [2419]
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Denne studien undersøker ytelsen og nøyaktigheten til forskjellige konfigurasjoner av Rogowski-spoler gjennom laboratorietester og COMSOL-simuleringer, med hovedfokus på posisjonsfeil,vinkelforskyvninger, effekten av crosstalk og temperaturvariasjoner. Sammenligninger mellomsimulerte og eksperimentelle resultater avdekker mindre avvik i referansescenarier, med forholds-feil som varierer fra 0,7% til 4,8%. Imidlertid ble det funnet betydelige avvik i tilfeller sominvolverte eksentrisitet, vinkelavvik og eksterne magnetiske felt, med totale forholdsfeil somvarierer fra 33,26% til 84,12% over alle scenarier.
Studien evaluerte tre distinkte typer Rogowski-spoler: en kommersiell Fluke i2000 Flex-spole,to skreddersydde Stiff Core Rogowski-spoler, med og uten en 10-graders luftspalte, og en skred-dersydd Compensated Rogowski-spole.
Resultatene viste at tilstedeværelsen av en luftspalte har en betydelig innvirkning på spolensytelse, med forholdsmessige feil som svinger betydelig. I tillegg avslørte studien at selv omeffekten av en returledning for å dempe effekten av eksterne magnetfelt var mindre enn forventet,forbedret fraværet av en luftspalte i Stiff Core-spolen ytelsen betydelig. Denne spolen vistenesten halvparten av den maksimale forholdsmessige feilen, gjennomsnittlig forholdsmessig feil,og standardavviket til sin luftspalte-motpart.
Under laboratorietesting ble kompensasjonsmetoder vurdert for å dempe effekten av luftspalten.Disse metodene viste potensial for å redusere den samlede feilen, noe som indikerer områder forfremtidig forskning og utvikling. Spesielt utkonkurrerte den kompenserte Rogowski-spolen sinukompenserte motpart, noe som indikerer effektiviteten av luftspalte-kompensasjon i å redusereforholdsmessige feil under ulike forhold.
Simuleringer ble også gjennomført for å vurdere påvirkningen av temperatursvingninger, noesom understreker viktigheten av riktig valg av lastverdi for å motvirke disse endringene. Merkbartførte en lavere utgangsimpedanse til en høyere avvik i respons på stigende temperaturer. I mot-setning viste en høyere utgangsimpedanse minimale påvirkninger - mindre enn en ∆Vm på0,01% for en utgangsimpedanse på 2M Ω. Dette står i kontrast til en betydelig avvik på ∆Vmp ̊a 0,25% som ble notert for en impedans på 200Ω, noe som understreker effektiviteten av høyereutgangsimpedanse i å redusere temperaturinduserte avvik.
Denne studien bekrefter nytten av COMSOL-simuleringer i modellering og forbedring av Rogowski-spole-design til tross for disse begrensningene. Den har potensielt lagt grunnlaget for fremti-dig forskning og forbedringer, spesielt med tanke på fordelene med kompensasjonsmetoder ogviktigheten av på dempe effekten av luftspalter This study examines the performance and accuracy of various Rogowski coil configurations vialaboratory testing and COMSOL simulations, with a primary focus on positional errors, angularshifts, the effects of crosstalk, and temperature variations. Comparisons between simulated andexperimental results reveal minor discrepancies in reference scenarios, with ratio errors rangingfrom 0.7% to 4.8%. However, significant deviations were found in cases involving eccentricity,angular deviation, and influence of external magnetic fields (crosstalk), with total ratio errorsranging from 33.26% to 84.12% across all scenarios.
The study evaluated three distinct types of Rogowski coils: a commercial Fluke i2000 Flexcoil, two custom-made Stiff Core Rogowski coils, with and without a 10-degree air gap, and acustom-made Compensated Rogowski coil.
The results demonstrated that the presence of an air gap has a significant impact on the per-formance of the coil, with ratio errors fluctuating significantly. In addition, the study revealedthat while the effect of a return wire in mitigating the effects of external magnetic fields wasless than anticipated, the absence of an air gap in the Stiff Core coil significantly enhanced itsperformance. This coil displayed nearly half the maximum ratio error, average ratio error, andstandard deviation of its air-gap counterpart.
During laboratory testing, compensation methods were evaluated to mitigate the effects of theair gap. These methods demonstrated potential for reducing overall error, indicating areas forfuture research and development. Particularly, the compensated Rogowski coil outperformedits uncompensated counterpart, indicating the effectiveness of air gap compensation in reducingratio errors under various conditions.
Simulations were also conducted to assess the influence of temperature fluctuations, emphasizingthe importance of proper burden value selection to counter these changes. Notably, a lowerimpedance burden led to a higher deviation in response to rising temperatures. Conversely, ahigher impedance burden demonstrated minimal impacts - less than ∆V − measured of 0.01%with a terminal impedance of 2M Ω. This contrasts with a significant deviation ∆V − measuredof 0.25% noted with an impedance of 200Ω, underscoring the effectiveness of higher impedanceburdens in reducing temperature-induced deviations.
This study reaffirms the usefulness of COMSOL simulations in modeling and improving Ro-gowski coil designs despite these limitations. It has laid the groundwork for future research andenhancements, especially concerning the advantages of compensation methods and the import-ance of mitigating the effects of air gaps.