راهکار تبدیلگر ترکیبی (CIT): دیدگاه طراحی مهندسی و یکپارچه سازی

​۱. مفهوم اصلی راه‌حل: پلتفرم مدولار با عایق مشترک​

• ​طراحی:​​ توسعه یک پلتفرم متحد و مدولار که توابع تشخیص جریان و ولتاژ را در یک ساختار بهینه شده درون خود قرار می‌دهد.
• ​عایق:​​ استفاده از پوشش عایق مشترک. دو گزینه مهندسی شده‌اند:
• ​گاز SF6:​​ قدرت بالای عایقی و خاصیت بسیار خوب خاموش کننده آتش برای کلاس‌های ولتاژ بالاتر (به عنوان مثال، ۷۲.۵ kV و بالاتر). طراحی شامل نظارت بر چگالی گاز و فناوری پخته‌سازی اثبات شده است.
• ​پوشش مرکب (عایق جامد):​​ راه‌حل پایدار محیطی با استفاده از مواد پلیمری با کیفیت بالا با لایه‌های سیلیکون. مناسب برای ولتاژهای کم تا متوسط یا جایی که اجتناب از SF6 الزامی است. بهینه شده برای فاصله پخش و عملکرد آلودگی.
• ​مدولاریتی:​​ طراحی اجزای داخلی و رابط‌ها برای اجازه دادن به:
• قابلیت مقیاس‌پذیری در کلاس‌های ولتاژ مختلف (به عنوان مثال، از طریق تعدیل طول عایق).
• سازگاری با نیازهای خاص رابط بوشینگ.
• پتانسیل به‌روزرسانی فناوری سنسور در آینده.

​۲. اجرای فناوری تشخیص یکپارچه​

• ​تشخیص جریان:​​
• ​سنسور:​​ پیچ‌های روگوسکی با دقت بالا و تصحیح دما. انتخاب شده برای:
• ​دامنه پویای گسترده:​​ خطی بودن عالی از کسری‌های کوچک جریان اسمی تا جریان‌های خطای بالا (به عنوان مثال، >۴۰ kA).
• ​عدم اشباع:​​ مزیت اساسی در مقایسه با CT‌های هسته‌ای فولادی، که خطر اشباع را در حین خطاهای حذف می‌کند.
• ​سبک وزن:​​ به طور قابل توجهی تنش مکانیکی بر روی ساختار کلی را کاهش می‌دهد.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ پیچ‌ها به طور استراتژیک درون پوشش عایق قرار داده شده‌اند، همنطور با رساننده اصلی. نصب مکانیکی محکم مقاوم در برابر لرزش.
• ​تشخیص ولتاژ:​​
• ​سنسور:​​ تقسیم‌کننده‌های ولتاژ ظرفیتی (CVDs) با پایداری بالا به عنوان استاندارد. تقسیم‌کننده‌های مقاوم (RVDs) برای کاربردهای خاص DC یا پهنای باند گسترده که نیاز به پاسخ ترانزیانت سریع دارند در نظر گرفته شده‌اند.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ الکترودهای تشخیص CVD (مقاومت کم) به طور مستقیم درون ساختار عایق یکپارچه شده‌اند. الکترودهای گرادیان دقیق توزیع میدان یکنواخت و پایداری حرارتی/آلودگی را تضمین می‌کنند. محافظیت بحرانی از تداخل میدان خارجی.

​۳. مدل‌سازی پیشرفته میدان الکترومغناطیسی و عایق‌بندی (چالش مهندسی بحرانی)​​

• ​مدل‌سازی:​​ مدل‌سازی ۳D با روش المان محدود (FEM) با دقت بالا برای کل پلتفرم الزامی است:
• دقیقاً مشخصه‌سازی میدان‌های الکترومغناطیسی داخلی تحت تمام شرایط عملیاتی (سینوسی، ترانزیانت، امواج تحریف شده).
• ارزیابی اثرات نزدیکی از رساننده‌ها، پوشش و فازهای مجاور.
• ​کاهش کراس‌تک:​​
• ​جداشدگی فیزیکی:​​ ترتیب هندسی بهینه اجزای تشخیص (پیچ‌ها، الکترودهای CVD) بر اساس نتایج مدل‌سازی. حداکثر فاصله در محدودیت‌ها.
• ​محافظت فعال:​​ اجرای محافظ‌های الکترواستاتیک زمین‌شده به طور استراتژیک بین اجزای سنسور بر اساس داده‌های شبیه‌سازی میدان.
• ​حلقه‌های محافظ:​​ استفاده از حلقه‌های رسانا دور خروجی پیچ‌های روگوسکی برای تخلیه جریان‌های جابجایی.
• ​عایق‌بندی دقیق اندازه‌گیری:​​
• ​مسیرهای سیگنال اختصاصی:​​ مسیردهی سیگنال‌ها از سنسورهای فردی با استفاده از کابل‌های مارپیچ‌شده محافظ درون پوشش فوراً پس از ضبط.
• ​طراحی مدار جبرانی:​​ مدارهای شرایط‌بندی الکترونیکی با تکنیک‌های لغو کراس‌تک که از مدل‌های FEM اطلاع یافته‌اند.
• ​اعتبارسنجی:​​ تست‌های کارخانه‌ای دقیق (از جمله تست‌های تزریق هارمونیک) برای مشخصه‌سازی و تأیید حاشیه‌های عایق‌بندی و سطوح کراس‌تک (< ۰.۱٪ مشخص شده).

​۴. پردازش دیجیتال یکپارچه و رابط‌های استاندارد​

• ​پردازش سیگنال در محل:​​
• آی‌سی‌ای‌سی‌ها یا میکروکنترلرهای با قابلیت اطمینان بالا به طور مستقیم یکپارچه شده‌اند روی پلتفرم سنسور یا ماژول مجاور مسدود.
• وظایف شامل: یکپارچه‌ساز پیچ روگوسکی، مقیاس‌بندی، تبدیل ADC، محاسبه هارمونیک (اگر قابل اجرا باشد)، خطی‌سازی، تصحیح دما و ثبت زمان.
• ​خروجی دیجیتال استاندارد:​​
• ​رابط‌های تعبیه شده:​​ تعبیه مدار خروجی دیجیتال مطابق با IEC 61869 مستقیماً در واحد CIT.
• ​پروتکل‌ها:​​ پشتیبانی استاندارد از:
• ​IEC 61850-9-2:​​ جریان مقادیر نمونه‌برداری شده (SV) از طریق Ethernet (معمولاً چندگانه).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ نسخه Blitz SV برای تعیین قطعیت پایین تأخیر.
• ​گزینه‌های اضافی:​​ امکان خروجی‌های قدیمی (آنالوگ، IEC 60044-8 FT3) در صورت نیاز از طریق ماژول‌های اختیاری.
• ​کیفیت داده:​​ عملکرد یکپارچه واحد ترکیب (MU) که معیارهای دقت (TPE/TPM class) و زمان‌بندی (PLL synchronization) مربوط به IEC 61869 را برآورده می‌کند.

​۵. ملاحظات طراحی مهندسی و یکپارچه‌سازی​

• ​مدیریت حرارتی:​​ مدل‌ها شامل تحلیل عملکرد حرارتی. تلفات توان از الکترونیک به طور فعال با استفاده از اجزای با توان کم، ممکن است سینک‌های حرارتی محلی و مسیرهای کانوکشن بهینه درون عایق.
• ​مقاومت EMC/EMI:​​ پوشش همگن، پوشش‌های محافظ، فریت‌ها و استراتژی‌های زمین‌شدن بهینه به الکترونیک داخلی اعمال شده‌اند. محافظت از افزایش نیروی الکتریکی مطابق با استانداردهای مربوط (IEC 61000-4-5).
• ​تمامیت مکانیکی:​​ تحلیل ساختاری برای بارهای لرزه‌ای، بار باد، بار یخ و نیروهای پویا در حین خطاهای انجام شده است. استفاده بهینه از مواد (مرکب/پورسلین/SF6) به کاهش جرم لرزه‌ای کمک می‌کند.
• ​کالیبراسیون و تست کارخانه‌ای:​​ کالیبراسیون جامع علیه استانداردهای مرجع (روش‌های نوری/VTBI). شامل تأیید مؤثر بودن عایق‌بندی EM، دقت زمان‌بندی، رعایت پروتکل و تست دی‌الکتریک با توان کامل.
• ​دوره عمر و قابلیت خدمات:​​ طراحی شده برای نگهداری حداقل (به ویژه SF6 یا عایق جامد). الکترونیک مدولار ممکن است بدون نصب بزرگ قابل دسترسی/آزمون باشد. مسیرهای حذف پایان عمر در نظر گرفته شده‌اند (بازیافت/دوباره‌سازی SF6).

​مزایای به دست آمده از این رویکرد طراحی و یکپارچه‌سازی:​​

• ​کاهش پایه:​​ تا ۴۰-۵۰٪ کاهش فضایی نسبت به CTs/VTs جدا – بسیار مهم برای رetrofit و طراحی‌های GIS/AIS فشرده.
• ​دقت و ایمنی بهبود یافته:​​ حذف ریسک‌های اشباع CT معمولی، بهبود پاسخ ترانزیانت (روگوسکی/CVD)، کاهش اتصالات خارجی/ریسک‌ها.
• ​نصب ساده:​​ نصب و راه‌اندازی واحد واحد به طور قابل توجهی کاهش کارگری میدان و پیچیدگی کابل‌کشی.
• ​هزینه‌های دوره عمر پایین:​​ کاهش نصب، کابل‌کشی، کار سیویل، هزینه‌های نگهداری.
• ​آمادگی زیرстан دیجیتال:​​ خروجی مستقیم IEC 61850-9-2/3LE امکان یکپارچه‌سازی ساده در سیستم‌های حفاظت، کنترل و نظارت مدرن (SAS) را فراهم می‌کند.
• ​پلتفرم آینده‌پژوه:​​ طراحی مدولار امکان گنجاندن فناوری‌های سنسور و استانداردهای ارتباطی در حال تحول را فراهم می‌کند.
• ​کاهش تأثیرات محیطی (گزینه عایق جامد):​​ حذف استفاده از SF6 و ریسک‌های مرتبط با آن.