Kombineret instrumenttransformator (CIT) løsning: Ingeniørdesign og integrationsperspektiv

​1. Kerne løsning: Modulær platform med fælles isolering​

• ​Design:​​ Udvikling af en enhver, modulær platform, der indeholder både strøm- og spændingsmålingsfunktioner i en enkelt, optimeret struktur.
• ​Isolering:​​ Brug af en fælles isolerende omslutning. To muligheder er udviklet:
• ​SF6-gas:​​ Bevist høj dielektrisk styrke og fremragende buekvælende egenskaber for højere spændingsklasser (f.eks. 72,5 kV og over). Designet inkluderer gassætningsovervågning og bevist tætnings-teknologi.
• ​Komposit-housing (fast isolering):​​ Miljøvenlig løsning, der bruger højkvalitet polymermaterialer med silikon-slag. Ideel til lavere til middels spændinger eller hvor undgåelse af SF6 er påkrævet. Optimeret for krypafstand og forureningsevne.
• ​Modularitet:​​ Design interne komponenter og grænseflader, så de tillader:
• Skalering over forskellige spændingsklasser (f.eks. ved justering af isolatorlængde).
• Tilpasning til specifikke bushing-grænseflade-krav.
• Mulighed for fremtidige sensor-teknologi-opgraderinger.

​2. Implementering af integreret sensor-teknologi​

• ​Strømmåling:​​
• ​Sensor:​​ Højpræcision, temperatur-kompenseret Rogowski-spoler. Valgt for:
• ​Bred dynamisk rækkevidde:​​ Fremragende lineæritet fra små brøkdelen af nominelstrøm op til høje fejlstrømme (f.eks. >40 kA).
• ​Ingen mætning:​​ Grundlæggende fordel over jernkerne-CT'er, der eliminerer risikoen for mætning under fejl.
• ​Lettet:​​ Reducerer betydeligt mekanisk belastning på den samlede struktur.
• ​Integration:​​ Spoler strategisk placeret inden for isolator-omslutningen, koncentrisk med primærlederen. Sikker mekanisk montering, der er resistenter over for vibration.
• ​Spændingsmåling:​​
• ​Sensor:​​ Højestabilitet kapacitive spændingsdeler (CVD) som standard. Resistive dele (RVD) overvejet for specifikke DC- eller bredbånds-applikationer, der kræver hurtig transient respons.
• ​Integration:​​ CVD-måleelektroder (lav impedans) integreret direkte i isolator-strukturen. Præcise graduerings-elektroder sikrer ensartet feltfordeling og termisk/forureningsstabilitet. Kritisk skjerming forebygger eksternt feltinterferens.

​3. Avanceret elektromagnetisk feltmodelering & isolation (kritisk ingeniørudfordring)​​

• ​Modelering:​​ Obligatorisk, højtro heds 3D Finit Element Metode (FEM) modelering af hele platformen:
• Precist karakteriserer interne elektromagnetiske felter under alle driftsforhold (sinusformede, transiente, forvrængte bølgeformer).
• Vurderer nærhedseffekter fra ledere, beholder og nabo-faser.
• ​Minimering af crosstalk:​​
• ​Fysisk adskillelse:​​ Optimal geometrisk placering af sensor-elementer (spoler, CVD-elektroder) baseret på modelresultater. Maksimér afstand inden for begrænsninger.
• ​Aktiv skjerming:​​ Implementering af jordede elektrostatiske skjerme strategisk placeret mellem sensor-elementer baseret på felt-simulationsdata.
• ​Vagt-ringe:​​ Brug af ledrige vagt-ringe omkring Rogowski-spolernes udgange for at dræne forskydningsstrømme.
• ​Nøjagtig målingsisolation:​​
• ​Dedikerede signalbaner:​​ Rute signaler fra individuelle sensorer ved hjælp af skjult, torsket par-kabling inden for beholderen umiddelbart efter indfangelse.
• ​Kompenseret kredsløbsdesign:​​ Elektroniske konditionskredsløb designet med crosstalk-annulleringsmetoder informeret af FEM-modeller.
• ​Validering:​​ Streng fabrikstest (herunder harmonisk injektionstest) for at karakterisere og verificere isolationsmarginer og crosstalk-niveauer (< 0,1% specificeret).

​4. Integreret digital behandling & standardiserede grænseflader​

• ​Onboard-signalbehandling:​​
• Dedikerede, lavstrøms ASIC'er eller højt pålidelige mikrokontroller direkte integreret på sensorplatformen eller tilstødende sigtet module.
• Funktioner inkluderer: Rogowski-spol-integrator, skalering, ADC-konvertering, harmonisk beregning (hvis relevant), linearisering, temperaturkompensation og tidsstempel.
• ​Standardiseret digital output:​​
• ​Integrerede grænseflader:​​ Indarbejd IEC 61869-overensstemmende digital output-kredsløb direkte inden for CIT-enheden.
• ​Protokoller:​​ Standardiseret understøttelse for:
• ​IEC 61850-9-2:​​ Samlede værdier (SV) stream over Ethernet (typisk multicast).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ Lightning Edition SV-profil for garanteret lav-latency determinisme.
• ​Yderligere muligheder:​​ Foranstaltning for legacy outputs (analog, IEC 60044-8 FT3) hvor det er nødvendigt via valgfrie moduler.
• ​Datakvalitet:​​ Integreret Fusion Unit (MU) funktionalitet, der opfylder relevante IEC 61869-præcision (TPE/TPM klasser) og timing (PLL-synkronisering) standarder.

​5. Ingeniørdesign & integrationsovervejelser​

• ​Termisk ledelse:​​ Modeller inkluderer termisk ydeevneanalyse. Effektfordriv fra elektronikken aktivt ledet ved hjælp af lavstrømskomponenter, potentielle lokale varmesink og optimerede konvektionsspor inden for isolatoren.
• ​EMC/EMI robusthed:​​ Konformbelægning, skjulte beholdere, ferriter og optimerede jordestrategier anvendt på interne elektronik. Overvoltagebeskyttelse i overensstemmelse med relevante standarder (IEC 61000-4-5).
• ​Mekanisk integritet:​​ Strukturanalyse udført for seismiske laster, vindlast, islast og dynamiske kræfter under fejl. Optimeret brug af materialer (komposit/porcelæn/SF6) bidrager til lavere seismisk masse.
• ​Fabrikkalibrering & test:​​ Komplet kalibrering imod referencestandarder (optisk/VTBI metoder). Inkluderer verificering af EM-isolations effektivitet, tidspunkt præcision, protokol overholdelse og fuld effekt dielektrisk test.
• ​Livscyklus & servicebarhed:​​ Designet til minimal vedligeholdelse (især SF6 eller fast isolering). Modulære elektronikpotentieltilgængelig/testbar uden større demontering. Livscyklusdisposition veje overvejet (SF6 genindvinding/genvinding).

​Fordele ved dette design & integrationsapproach:​​

• ​Reduktion af fodspor:​​ Op til 40-50% pladsbesparelse sammenlignet med separate CT'er/VT'er - afgørende for ombygninger og kompakte GIS/AIS-designer.
• ​Forbedret præcision & sikkerhed:​​ Eliminerer traditionelle CT-mætningsrisici, forbedrer transient respons (Rogowski/CVD), reducerer eksterne forbindelser/risici.
• ​Forenklet installation:​​ Enhedsmontage og kommissionering reducerer betydeligt feltarbejde og kablingskompleksitet.
• ​Lavere livscykluskost:​​ Reduceret installation, kablingsarbejde, civil arbejde, vedligeholdelsesomkostninger.
• ​Digital substations klarhed:​​ Direkte IEC 61850-9-2/3LE-output giver mulighed for seemless integration i moderne beskyttelses-, kontrol- og overvågnings-systemer (SAS).
• ​Fremtidssikret platform:​​ Modulært design, der tilpasser sig udviklende sensor-teknologier og kommunikationsstandarder.
• ​Reducerede miljøpåvirkninger (fast isolering option):​​ Eliminerer brugen af SF6 og de dertil knyttede risici.