Solució de transformador combinat (CIT): Perspectiva de disseny d'enginyeria i integració

1. Concepte bàsic de la solució: Plataforma modular amb aïllament compartit

Disseny: Desenvolupar una plataforma unificada i modular que albergi les funcions de detecció de corrent i tensió en una sola estructura optimitzada.
Aïllament: Utilitzar un sobre d'aïllament compartit. Es han enginyeritzat dues opcions:

Gas SF6: Prova una alta resistència dielèctrica i excel·lents propietats d'extinció d'arc per a classes de tensió més altes (per exemple, 72,5 kV i superiors). El disseny incorpora monitorització de la densitat del gas i tecnologia de sellatge probada.
Cabina compost (aïllament sòlid): Solució ambientalment sostenible que utilitza materials polimèrics de primera qualitat amb espoliades de silicó. Ideal per a tensions baixes a mitjanes o on s'exigeix evitar el SF6. Optimitzat per a la distància de reptació i el rendiment contra la contaminació.

Modularitat: Dissenyar els components interns i les interfícies per permetre:

Escalabilitat en diferents classes de tensió (per exemple, a través de l'ajust de la longitud dels aïlladors).
Adaptació a requisits específics d'interfície de bornes.
Potencial per a futurs upgrades de tecnologia de sensors.

2. Implementació de la tecnologia de detecció integrada

Sensor: Bobines de Rogowski d'alta precisió compensades en temperatura. Seleccionades per:

Ampli rang dinàmic: Excel·lent linealitat des de fraccions petites de la corrent nominal fins a corrents de fallada altes (per exemple, >40 kA).
Sense saturació: Avantatge fonamental sobre els CT de nucli de ferro, eliminant el risc de saturació durant les falls.
Lleuger: Redueix significativament l'estress mecànic en l'estructura global.

Integració: Les bobines es col·loquen estratègicament dins de l'enveu d'aïllament, concèntriques amb el conductor primari. Muntatge mecànic segur resistent a les vibracions.

Sensor: Divisors de tensió capacitius (CVD) d'alta estabilitat com a estàndard. S'han considerat divisors de tensió resistius (RVD) per a aplicacions específiques de CC o ampla banda que requereixin una resposta transitòria ràpida.
Integració: Electrodes de detecció CVD (baixa impedància) integrades directament en l'estructura de l'aïllador. Electrodes de graduació de precisió asseguren una distribució uniforme del camp i estabilitat tèrmica i contra la contaminació. Escuts crítics eviten la interferència del camp extern.

3. Modelització avançada de camps electromagnètics i aïllament (repte d'enginyeria crític)

Modelització: Modelització de mètode d'elements finits (FEM) de fidelitat alta en 3D obligatòria de tota la plataforma:

Caracteritza amb precisió els camps electromagnètics interns en totes les condicions operatives (sinusoïdals, transitories, ona deformada).
Avalua els efectes de proximitat dels conductors, la carcassa i les fases adjacents.

Separació física: Disposició geomètrica òptima dels elements de detecció (bobines, electrodes CVD) basada en els resultats de modelització. Maximitza la distància dins de les restriccions.
Escudament actiu: Implementació d'escuts electroestàtics a terra col·locats estratègicament entre els elements de sensor basats en dades de simulació de camp.
Anells de protecció: Utilitzar anells conductors al voltant de les sortides de les bobines de Rogowski per drenejar les corrents de displaçament.

Rutes de senyal dedicades: Enrutament dels senyals dels sensors individuals utilitzant cables d'parell torçat blindat dins de la carcassa immediatament després de la captura.
Disseny de circuit compensat: Circuits electrònics de condicionament dissenyats amb tècniques de cancel·lació de crosstalk informades per models FEM.
Validació: Tests rigorosos a fàbrica (inclosos tests d'injecció harmònica) per caracteritzar i verificar els marges d'aïllament i nivells de crosstalk (< 0,1% especificats).

4. Processament digital integrat i interfícies estandaritzades

ASICs de baixa potència dedicats o microcontroladors d'alta fiabilitat integrats directament a la plataforma de sensor o al mòdul adjacent sel·lat.
Funcions inclouen: integrador de bobines de Rogowski, escalat, conversió ADC, càlcul d'armòniques (si és aplicable), linealització, compensació de temperatura i marcatge temporal.

Interfícies incrustades: Incorporar circuitria de sortida digital conforme a IEC 61869 directament dins de la unitat CIT.
Protocols: Suport estandaritzat per:

IEC 61850-9-2: Flux de valors mostrejats (SV) sobre Ethernet (normalment multicast).
IEC 61850-9-3LE: Perfil SV Lightning Edition per garantir determinisme de baixa latència.

Opcions addicionals: Provisió per a sortides heretades (analogues, IEC 60044-8 FT3) si són requerides mitjançant mòduls opcionals.

Qualitat de dades: Funcionalitat integrada d'unitat de fusió (MU) que compleix els estàndards d'exactitud (classe TPE/TPM) i sincronització (sincronització PLL) rellevants de l'IEC 61869.

5. Consideracions de disseny i integració d'enginyeria

Gestió tèrmica: Els models inclouen anàlisi de rendiment tèrmic. La dissipació de potència des de l'electrònica s'administra activament utilitzant components de baixa potència, possibles dissipadors de calor localitzats i camins de convecció optimitzats dins de l'aïllador.
Robutesa EMC/EMI: S'aplica revestiment conformal, carcasses blindades, ferrites i estratègies de terra optimitzades a l'electrònica interna. Protecció contra surges conforme a estàndards rellevants (IEC 61000-4-5).
Integritat mecànica: S'ha realitzat una anàlisi estructural per a càrregues sísmiques, càrregues de vent, càrregues de gel i forces dinàmiques durant les falls. L'ús optimitzat de materials (compost/porcellana/SF6) contribueix a una massa sísmica menor.
Calibratge i proves a fàbrica: Calibratge exhaustiu contra estàndards de referència (mètodes òptics/VTBI). Inclou la verificació de l'efectivitat de l'aïllament EM, la precisió de temps, la conformitat del protocol i proves completament dielectriques de plena potència.
Cicle de vida i mantenibilitat: Dissenyat per a un manteniment mínim (especialment SF6 o aïllament sòlid). Electrònica modular potencialment accessible/testable sense desmontatge major. S'han considerat les vies de disposició final (recuperació/reciclatge de SF6).

Avantatges assolits amb aquest enfocament de disseny i integració:

Reducció de la pegada: Fins a un 40-50% d'estalvi d'espai respecte als CTs/VTs separats - crucial per a retrofits i dissenys GIS/AIS compacts.
Millora de la precisió i la seguretat: Elimina els riscos de saturació dels CTs tradicionals, millora la resposta transitòria (Rogowski/CVD), redueix les connexions externes/riscos.
Instal·lació simplificada: El muntatge i la puesta en marcha d'una sola unitat reduixen significativament la mà d'obra de camp i la complexitat de cableat.
Costs de cicle de vida més baixos: Redueix els costos d'instal·lació, cableat, treballs civils i manutenció.
Preparació per a subestacions digitals: La sortida directa IEC 61850-9-2/3LE permet la integració fluida en sistemes moderns de protecció, control i monitorització (SAS).
Plataforma preparada per al futur: El disseny modular acomoda les tecnologies de sensors i estàndards de comunicació evolutius.
Impacte ambiental reduït (opció d'aïllament sòlid): Elimina l'ús de SF6 i els riscos associats.