حل محول الأداة المركب (CIT): منظور التصميم الهندسي والتكامل

​1. مفهوم الحل الأساسي: منصة موحدة مع عزل مشترك​

• ​التصميم:​​ تطوير منصة موحدة ووحدات مكونة تحتوي على وظائف استشعار التيار والجهد في هيكل واحد مُحسّن.
• ​العزل:​​ استخدام مظروف عازل مشترك. تم تصميم خيارين:
• ​غاز SF6:​​ يتمتع بقوة عازلة عالية وخواص ممتازة لإخماد القوس الكهربائي للفئات ذات الجهد العالي (مثل 72.5 كيلو فولت وما فوق). يتضمن التصميم مراقبة كثافة الغاز والتكنولوجيا المثبتة للختم.
• ​الغلاف المركب (العزل الصلب):​​ حل مستدام بيئيًا يستخدم مواد بوليمر عالية الجودة مع أغشية السيليكون. مناسب للفولتات المنخفضة والمتوسطة أو حيث يتم تجنب استخدام غاز SF6. مُحسّن لمسافة الزحف والأداء ضد التلوث.
• ​الوحدة:​​ تصميم المكونات الداخلية والواجهات لتسمح بـ:
• قابلية التوسع عبر فئات الجهد المختلفة (مثل خلال تعديل طول العازل).
• التكيف مع متطلبات واجهة البشنج الخاصة.
• إمكانية تحديث تقنيات الاستشعار المستقبلية.

​2. تنفيذ تكنولوجيا الاستشعار المتكاملة​

• ​قياس التيار:​​
• ​مستشعر:​​ ملفات روجوفسكي ذات دقة عالية ومصححة للحرارة. تم اختيارها لـ:
• ​المدى الديناميكي الواسع:​​ خطية ممتازة من جزء صغير من التيار الاسمي حتى التيارات العالية للأعطال (مثل >40 كا).
• ​لا تشبع:​​ ميزة أساسية مقارنة بالمحولات ذات النواة الحديدية، مما يزيل خطر التشبع أثناء الأعطال.
• ​خفيفة الوزن:​​ تقلل بشكل كبير من الإجهاد الميكانيكي على الهيكل العام.
• ​التكامل:​​ وضع الملفات استراتيجيًا داخل مظروف العازل، متمركز حول الموصل الرئيسي. تثبيت ميكانيكي آمن مقاوم للاهتزاز.
• ​قياس الجهد:​​
• ​مستشعر:​​ موزعات جهد كابيسية عالية الاستقرار (CVDs) كمعيار. تم النظر في موزعات الجهد المقاومة (RVDs) لتطبيقات التيار المستمر أو النطاق العريض التي تتطلب استجابة سريعة للموجات العابرة.
• ​التكامل:​​ تكامل أقطاب الاستشعار CVD (منخفضة المقاومة) مباشرة في هيكل العازل. تضمن أقطاب التدرج الدقيق توزيع المجال الكهربائي المنتظم والاستقرار الحراري والتلوث. يمنع التحصين النقدي تداخل المجال الخارجي.

​3. نمذجة الحقول الكهرومغناطيسية المتقدمة والعزل (تحدي هندسي حاسم)​​

• ​النمذجة:​​ النمذجة ثلاثية الأبعاد بدقة عالية باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) لجميع المنصة:
• تقوم بتحديد الحقول الكهرومغناطيسية الداخلية بدقة تحت جميع ظروف التشغيل (الموجة الجيبية، العابرة، المشوه).
• تقييم آثار القرب من الموصلات، الغلاف، والفازات المجاورة.
• ​تقليل التداخل:​​
• ​الفصل الفيزيائي:​​ الترتيب الهندسي الأمثل لعناصر الاستشعار (الملفات، أقطاب CVD) بناءً على نتائج النمذجة. زيادة المسافة قدر الإمكان ضمن القيود.
• ​الحماية النشطة:​​ تنفيذ دروع كهروستاتيكية مترابطة بين عناصر الاستشعار بناءً على بيانات محاكاة المجال.
• ​حلقات الحماية:​​ استخدام حلقات موصلة حول مخرجات ملفات روجوفسكي لتصريف التيارات الناتجة عن التحويل.
• ​عزل القياس الدقيق:​​
• ​مسارات إشارات مخصصة:​​ توجيه الإشارات من المستشعرات الفردية باستخدام أسلاك زوج ملتوي مدرعة داخل الغلاف فور التقاطها.
• ​تصميم الدوائر المعوضة:​​ تصميم الدوائر الإلكترونية المعالجة باستخدام تقنيات إلغاء التداخل المستندة إلى نماذج FEM.
• ​التحقق:​​ اختبارات مصنعية دقيقة (بما في ذلك اختبارات حقن التوافقيات) لتحديد وتأكيد هوامش العزل ومستويات التداخل (< 0.1% محددة).

​4. المعالجة الرقمية المتكاملة والواجهات القياسية​

• ​المعالجة الرقمية على متن الجهاز:​​
• رقائق ASIC ذات استهلاك منخفض للطاقة أو متحكمات دقيقة عالية الموثوقية مدمجة مباشرة على منصة الاستشعار أو الوحدة الختم المجاورة.
• تشمل الوظائف: متكامل ملفات روجوفسكي، التحجيم، تحويل ADC، حساب التوافقيات (إذا применимо), линеаризация, компенсация температуры и проставление временных меток.
• ​الإخراج الرقمي القياسي:​​
• ​الواجهات المدمجة:​​ دمج دائرة الإخراج الرقمي المتوافقة مع IEC 61869 مباشرة داخل وحدة CIT.
• ​البروتوكولات:​​ الدعم القياسي لـ:
• ​IEC 61850-9-2:​​ تدفق القيم المأخوذة (SV) عبر Ethernet (عادةً متعدد البث).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ ملف التعريف SV Lightning Edition للضمان المحدد للتأخير المنخفض.
• ​خيارات إضافية:​​ توفير الإخراج التقليدي ( аналоговый, IEC 60044-8 FT3) там, где это необходимо, с помощью опциональных модулей.
• ​جودة البيانات:​​ وظيفة الوحدة المدمجة (MU) المتكاملة تلبي معايير الدقة ذات الصلة (TPE/TPM class) وتزامن الوقت (PLL synchronization) المحددة في IEC 61869.

​5. اعتبارات التصميم الهندسي والتكتل​

• ​إدارة الحرارة:​​ تشمل النماذج تحليل الأداء الحراري. يتم إدارة استهلاك الطاقة من الألكترونيات باستخدام مكونات ذات استهلاك منخفض للطاقة، وأسطح تبريد محلي محتملة، وممرات تدفق محسنة داخل العازل.
• ​متانة EMC/EMI:​​ يتم تطبيق الطلاء المطابق، والغلاف الدرعي، والفيرايتس، واستراتيجيات التأريض المحسنة على الألكترونيات الداخلية. الحماية من الارتفاعات المطابقة للمعايير ذات الصلة (IEC 61000-4-5).
• ​السلامة الميكانيكية:​​ يتم إجراء تحليل هيكلي للأحمال الزلزالية، والأحمال الناتجة عن الرياح، والأحمال الجليدية، والقوى الديناميكية أثناء الأعطال. يتم استخدام المواد المحسنة (مركبة/بورسلين/SF6) مما يساهم في تقليل الكتلة الزلزالية.
• ​الضبط والاختبار في المصنع:​​ ضبط شامل ضد المعايير المرجعية (طرق الضبط البصري/VTBI). يتضمن التحقق من فعالية العزل الكهرومغناطيسي، ودقة التوقيت، ومطابقة البروتوكولات، واختبارات العزل الكهربائي الكاملة.
• ​دورة الحياة والصيانة:​​ مصمم لأقل صيانة (خاصة SF6 أو العزل الصلب). يمكن الوصول إلى الألكترونيات الوحدات وإجراء الاختبارات دون الحاجة إلى تفكيك كبير. تم مراعاة طرق التخلص في نهاية العمر (استرداد/تدوير SF6).

​المزايا المتحققة من خلال هذا النهج للتصميم والتكتل:​​

• ​تخفيض المساحة:​​ توفير ما يصل إلى 40-50٪ من المساحة مقارنة بالمتحسسات CTs/VTs المنفصلة - الأمر حاسم للتجديدات والتصميمات المدمجة GIS/AIS.
• ​تحسين الدقة والسلامة:​​ يزيل مخاطر التشبع التقليدية للمتحولات، ويحسن استجابة العابرة (Rogowski/CVD)، ويقلل من الاتصالات الخارجية والمخاطر.
• ​تبسيط التركيب:​​ تركيب وتشغيل الوحدة الواحدة يقلل بشكل كبير من العمل الميداني ومعقدية الكابلات.
• ​تكلفة دورة الحياة الأقل:​​ تقليل التكلفة المرتبطة بالتركيب، والكابلات، والأعمال المدنية، والصيانة.
• ​التحضير لمراكز التحكم الرقمية:​​ الإخراج المباشر IEC 61850-9-2/3LE يتيح التكامل السلس مع أنظمة الحماية والتحكم والمراقبة الحديثة (SAS).
• ​منصة مستقبلية:​​ التصميم الوحداتي يوفر مرونة لتقنيات الاستشعار والمعايير التواصلية التطورية.
• ​تقليل الأثر البيئي (خيار العزل الصلب):​​ يزيل استخدام غاز SF6 والمخاطر المرتبطة به.