En los sistemas de medición de electricidad modernos, la derivación de manganina del relé coincidente, como elemento sensor central para el muestreo de corriente, desempeña un papel crucial en la conversión de grandes señales de corriente en señales de voltaje medibles. Basado en la ley de Ohm (V=I×R), el terminal de derivación logra una medición de corriente precisa midiendo la caída de voltaje generada cuando la corriente fluye a través de una resistencia de baja-resistencia. La aleación de cobre y manganeso-, debido a su coeficiente de temperatura extremadamente bajo, excelente estabilidad a largo plazo-y buena conductividad, se ha convertido en el material preferido para fabricar placas de cobre estáticas con manganeso de alta-precisión. Con el desarrollo de nuevas fuentes de energía, redes inteligentes y automatización industrial, los requisitos de rendimiento para el cobre manganeso en los medidores de electricidad aumentan constantemente, lo que hace que la tecnología evolucione continuamente hacia una mayor precisión, un menor consumo de energía y una mayor integración.
Innovación de procesos y materiales centrales: avance en la tecnología de soldadura por haz de electrones
Los terminales de derivación tradicionales para relés de enganche magnético a menudo utilizan soldadura de estaño o plata para conectar elementos de resistencia de manganina a conectores de cobre. Sin embargo, la presencia de soldadura introduce fácilmente resistencia adicional, deriva térmica y riesgos de envejecimiento, lo que afecta la estabilidad metrológica a largo plazo. En los últimos años, la tecnología de soldadura por haz de electrones (EBW) se ha convertido gradualmente en el proceso principal para las derivaciones de manganina de alta-mediciones de electricidad. Este proceso utiliza un haz de electrones de alta-energía para fusionar directamente materiales de manganina y cobre en un entorno de vacío, sin agregar soldadura, logrando una unión de nivel atómico- de grado metalúrgico-.
El conjunto de derivación de soldadura por haz de electrones ofrece importantes ventajas: en primer lugar, el diseño sin soldadura elimina la deriva de resistencia causada por la oxidación de la unión de soldadura y la fatiga térmica, lo que garantiza una precisión de medición estable durante el funcionamiento a largo plazo-. En segundo lugar, la resistencia térmica extremadamente baja y el pequeño aumento de temperatura en la junta suprimen eficazmente los errores de medición causados por el autocalentamiento. En tercer lugar, su alta resistencia mecánica le permite soportar rayos de hasta 3000 A/10 ms, y su resistencia a la oxidación y a la sobrecarga supera con creces los métodos de soldadura tradicionales. Además, este proceso exige una pureza del material y una precisión de procesamiento extremadamente altas, lo que refleja capacidades de fabricación avanzadas, y se ha convertido en la configuración estándar para resistencias de derivación de manganina de cobre personalizables con precisión de nivel 0,5- y superior en medidores de CC de potencia media- y alta (como pilas de carga y sistemas fotovoltaicos).
Evolución de los métodos de instalación: del tipo-dividido al tipo-integrado
Según el método de instalación, las derivaciones de medidores de electricidad se pueden dividir en dos categorías principales: tipo externo dividido-y tipo interno integrado-. Estos dos tipos difieren fundamentalmente en el diseño estructural, el rendimiento y los escenarios de aplicación.
Las resistencias de derivación de manganina de tipo externo dividido-para medición de corriente son independientes del cuerpo del medidor y requieren conexión a través de una línea de muestreo. Si bien ofrecen una instalación flexible, tienen inconvenientes importantes: la transmisión de señales de larga-distancia es susceptible a interferencias electromagnéticas y la impedancia de línea introduce errores adicionales; el uso de una salida de señal de alto voltaje- de 75 mV o 50 mV da como resultado una alta resistencia, lo que genera un alto consumo de energía (p. ej., hasta 22,5 VA en condiciones de 300 A), una importante generación de calor y afecta el aumento de temperatura y la seguridad del sistema; El error de medición es una combinación del medidor, el estampado de cobre manganeso y las técnicas de cableado, lo que hace que el error total sea difícil de controlar; por lo general, solo es adecuado para clases de precisión 1.0 e inferiores.
Por el contrario, la derivación interna integrada de Manganin para relé de enclavamiento monofásico-encapsula directamente la resistencia de cobre de manganeso dentro del medidor, formando una estructura integrada. Sus principales ventajas son: Emplea una transmisión de señal de bajo-voltaje de 6 mV, lo que da como resultado una resistencia más baja (por ejemplo, 20 μΩ) y el consumo de energía es solo 1/12 del de un sistema de tipo dividido- (aproximadamente 1,8 VA a 300 A), lo que reduce significativamente la generación de calor y el consumo de energía; el enlace de muestreo es corto y cerrado, evitando interferencias externas y errores de cableado, logrando una precisión de medición de clase 0,5 con un error estable dentro de ±0,5%; admite sellos de plomo integrados para evitar manipulaciones y mejorar la imparcialidad de la medición; El cableado se simplifica y solo requiere líneas de voltaje y comunicación, lo que aumenta la eficiencia de la instalación en más del 50 %, lo que lo hace particularmente adecuado para escenarios con espacio-limitado, como pilas de carga de CC de una sola-pistola y sistemas de almacenamiento de energía montados en vehículos-.
Especificaciones estructurales y sistema de niveles de precisión
Estructuralmente, el medidor eléctrico Shunt sigue un diseño estandarizado, con modelos comunes que incluyen el tipo básico FL-2 y el tipo FL-29/FL-39 de alta-potencia. El modelo FL-2 es adecuado para rangos de corriente de 1 A a 15000 A, con un voltaje de salida seleccionable de 20 mV a 100 mV (el estándar es 75 mV) y se usa ampliamente en medidores de energía de CA y CC de potencia pequeña-y-mediana. Los modelos FL-29/FL-39 están diseñados para escenarios de corriente ultra alta por encima de 2000 A, emplean una base de aislamiento resistente a altas temperaturas para mejorar la capacidad de sobrecarga y son adecuados para medición de CC de alto voltaje de grado industrial.
Las clases de precisión se clasifican según estándares como DL/T 2345-2021, en clases 0,2, 0,5 y 1,0. La clase 0,2 representa la mayor precisión y es adecuada para calibración de laboratorio y mediciones clave; la clase 0.5 es el estándar actual de alta precisión, ampliamente utilizado en pilas de carga y sistemas fotovoltaicos; La clase 1.0 es adecuada para medición industrial y comercial en general. La precisión depende no sólo del rendimiento del material de cobre y manganeso, sino también del proceso de soldadura, el diseño estructural y el mecanismo de compensación de temperatura.
Tendencias de desarrollo: integración, bajo consumo de energía y muestreo híbrido
Actualmente, la tecnología Relay Resistor Shunt muestra tres tendencias principales: primero, en términos de procesos de fabricación, la soldadura por haz de electrones se está adoptando ampliamente para mejorar la confiabilidad y la adaptabilidad ambiental. En segundo lugar, en términos de estructura, la tecnología está evolucionando de componentes discretos a sistemas integrados, y las derivaciones de cobre y manganeso integradas-se están convirtiendo en la dirección de iteración tecnológica para los medidores de energía de CC. En tercer lugar, a nivel de sistema, se están explorando esquemas de muestreo híbridos que combinan derivaciones y transformadores de corriente, equilibrando los requisitos de grandes rangos de medición de corriente y alta precisión, adecuados para escenarios de alto voltaje- de 1500 V, almacenamiento de energía de miles de amperios y combinadores fotovoltaicos.
Al mismo tiempo, la aplicación de nuevos materiales, como aleaciones de manganeso y cobre de alta-pureza y películas metálicas compuestas, reduce aún más el coeficiente de temperatura y la deriva a largo plazo-, lo que mejora la estabilidad en un amplio rango de temperaturas (-40 grados a +70 grados). Combinados con compensación de trazas de PCB, monitoreo de ruido en tiempo real-y corrección de algoritmos de software, los sistemas modernos de derivación de cobre y manganeso han logrado la cooptimización de hardware y software, lo que garantiza la precisión de la medición en entornos electromagnéticos complejos.
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