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

​1. مفهوم جوهری راه‌حل: پلتفرم مدولار با عایق مشترک​

• ​طراحی:​​ توسعه یک پلتفرم یکپارچه و مدولار که توابع تشخیص جریان و ولتاژ را در یک ساختار بهینه شده در خود جای می‌دهد.
• ​عایق:​​ استفاده از پوشش عایق مشترک. دو گزینه مهندسی شده‌اند:
• ​گاز SF6:​​ قدرت عایق‌بندی بالا و خصوصیات ممتاز خاموش‌کننده قوس برای کلاس‌های ولتاژ بالاتر (مانند 72.5 kV و بالاتر). طراحی شامل نظارت بر چگالی گاز و فناوری بسته‌سازی معتبر است.
• ​پوشش مرکب (عایق جامد):​​ راه‌حل پایدار محیطی با استفاده از مواد پلیمری با کیفیت بالا و لایه‌های سیلیکون. مناسب برای ولتاژهای کمتر تا متوسط یا جایی که اجتناب از SF6 الزامی است. بهینه‌سازی برای فاصله خزنده و عملکرد آلودگی.
• ​مدولار:​​ طراحی مولفه‌ها و رابط‌های داخلی برای:
• قابلیت مقیاس‌پذیری در کلاس‌های ولتاژ مختلف (مانند تنظیم طول عایق).
• انطباق با نیازهای رابط بوشینگ خاص.
• پتانسیل به‌روزرسانی فناوری سنسورهای آینده.

​2. اجرای فناوری تشخیص یکپارچه​

• ​تشخیص جریان:​​
• ​سنسور:​​ حلقه‌های روگوسکی با دقت بالا و جبران دما. انتخاب شده برای:
• ​دامنه دینامیکی گسترده:​​ خطی بودن عالی از کسرهای کوچک جریان اسمی تا جریان‌های خطا بالا (مانند >40 kA).
• ​عدم اشباع:​​ مزیت بنیادی نسبت به CT‌های با هسته فولادی، که خطر اشباع را در زمان خطا حذف می‌کند.
• ​سبک وزن:​​ به طور قابل توجهی تنش مکانیکی بر روی ساختار کلی را کاهش می‌دهد.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ حلقه‌ها به صورت استراتژیک در پوشش عایق قرار گرفته و همنواخت با رساننده اصلی. نصب مکانیکی مقاوم در برابر ارتعاش.
• ​تشخیص ولتاژ:​​
• ​سنسور:​​ تقسیم‌کننده‌های ولتاژ ظرفیتی (CVD) با پایداری بالا به عنوان استاندارد. تقسیم‌کننده‌های مقاوم (RVD) برای کاربردهای DC یا پهنای باند گسترده که نیاز به پاسخ ترانزیانت سریع دارند در نظر گرفته شده‌اند.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ الکترودهای تشخیص CVD (با امپدانس پایین) به صورت مستقیم در ساختار عایق یکپارچه شده‌اند. الکترودهای گرادیان دقیق توزیع یکنواخت میدان و پایداری حرارتی/آلودگی را تضمین می‌کنند. محافظ بحرانی جلوگیری از تداخل میدان خارجی را انجام می‌دهد.

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

• ​مدل‌سازی:​​ مدل‌سازی 3D با روش المان محدود (FEM) با دقت بالا برای کل پلتفرم الزامی است:
• به طور دقیق میدان‌های الکترومغناطیسی داخلی را تحت تمام شرایط عملیاتی (سینوسی، ترانزیانت، موج‌های تحریف‌شده) مشخص می‌کند.
• اثرات نزدیکی از رساننده‌ها، پوشش و فازهای مجاور را ارزیابی می‌کند.
• ​کاهش کراس‌تاک:​​
• ​جداشدگی فیزیکی:​​ ترتیب هندسی بهینه عناصر تشخیص (حلقه‌ها، الکترودهای CVD) بر اساس نتایج مدل‌سازی. حداکثر فاصله را در محدودیت‌ها به دست می‌آورد.
• ​محافظت فعال:​​ اجرای محافظ‌های الکترواستاتیک متصل به زمین به صورت استراتژیک بین عناصر سنسور بر اساس داده‌های شبیه‌سازی میدان.
• ​حلقه‌های محافظ:​​ استفاده از حلقه‌های رسانا حول خروجی‌های حلقه روگوسکی برای جریان‌دهی جریان‌های جابجایی.
• ​عایق‌بندی دقیق اندازه‌گیری:​​
• ​مسیرهای سیگنال اختصاصی:​​ مسیردهی سیگنال‌ها از سنسورهای فردی با استفاده از کابل‌های مجزا و پیچیده‌شده در پوشش فوراً پس از ضبط.
• ​طراحی مدار جبران‌کننده:​​ مدارهای شرایط الکترونیکی با تکنیک‌های لغو کراس‌تاک که از مدل‌های FEM آگاه هستند طراحی شده‌اند.
• ​اعتبارسنجی:​​ آزمون‌های کارخانه‌ای دقیق (از جمله آزمون‌های تزریق هارمونیک) برای مشخص کردن و تأیید حاشیه‌های عایق‌بندی و سطح کراس‌تاک (< 0.1% مشخص شده).

​4. پردازش دیجیتال یکپارچه و رابط‌های استاندارد​

• ​پردازش سیگنال روی پلتفرم:​​
• IC‌های ASIC با مصرف کم انرژی یا میکروکنترلرهای با قابلیت اطمینان بالا به صورت مستقیم در پلتفرم سنسور یا ماژول مجاور بسته شده یکپارچه شده‌اند.
• وظایف شامل: انتگرال‌گیر حلقه روگوسکی، مقیاس‌بندی، تبدیل ADC، محاسبه هارمونیک (در صورت لزوم)، خطی‌سازی، جبران دما و زمان‌گذاری.
• ​خروجی دیجیتال استاندارد:​​
• ​رابط‌های تعبیه‌شده:​​ تجهیزات خروجی دیجیتال مطابق با IEC 61869 مستقیماً در واحد CIT یکپارچه شده‌اند.
• ​پروتکل‌ها:​​ پشتیبانی استاندارد از:
• ​IEC 61850-9-2:​​ جریان مقادیر نمونه‌برداری (SV) از طریق اترنت (معمولاً چندگانه).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ پروفایل SV نسخه Blitz برای تعیین قطعیت با تأخیر پایین.
• ​گزینه‌های اضافی:​​ امکان خروجی‌های قدیمی (آنالوگ، IEC 60044-8 FT3) در صورت نیاز از طریق ماژول‌های اختیاری.
• ​کیفیت داده:​​ عملکرد واحد ترکیبی (MU) یکپارچه که معیارهای دقت (کلاس TPE/TPM) و زمان‌بندی (همگام‌سازی PLL) مربوط به IEC 61869 را برآورده می‌کند.

​5. در نظر گرفتن طراحی مهندسی و یکپارچه‌سازی​

• ​مدیریت حرارتی:​​ مدل‌ها شامل تحلیل عملکرد حرارتی. تلفات انرژی از الکترونیک‌ها با استفاده از مولفه‌های کم مصرف، ممکن است رادیاتورهای محلی و مسیرهای تشعشع بهینه در عایق مدیریت شوند.
• ​مقاومت EMC/EMI:​​ پوشش همگن، پوشش‌های محافظ، فریت‌ها و استراتژی‌های زمین‌بندی بهینه به الکترونیک‌های داخلی اعمال شده‌اند. محافظت از خروجی مطابق با استانداردهای مربوط (IEC 61000-4-5).
• ​تمامیت مکانیکی:​​ تحلیل ساختاری برای بارهای لرزه‌ای، بارهای بادی، بارهای یخی و نیروهای دینامیکی در زمان خطا انجام شده‌است. استفاده بهینه از مواد (مرکب/سفیدکاری/SF6) به کاهش جرم لرزه‌ای کمک می‌کند.
• ​کالیبراسیون و آزمون کارخانه:​​ کالیبراسیون جامع در برابر استانداردهای مرجع (روش‌های نوری/VTBI). شامل تأیید مؤثر بودن عایق‌بندی EM، دقت زمان‌بندی، مطابقت پروتکل و آزمون‌های دی‌الکتریک کامل با توان کامل.
• ​چرخه عمر و خدمات‌پذیری:​​ طراحی شده برای نگهداری حداقل (به ویژه برای SF6 یا عایق جامد). الکترونیک‌های مدولار ممکن است بدون تجزیه عمده قابل دسترسی و تست باشند. مسیرهای حذف در پایان عمر در نظر گرفته شده‌اند (بازیابی/دوباره‌سازی SF6).

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

• ​کاهش مساحت:​​ تا 40-50٪ صرفه‌جویی در فضا نسبت به CT/VT جدا – حیاتی برای رetrofit و طراحی‌های GIS/AIS فشرده.
• ​افزایش دقت و ایمنی:​​ حذف خطرات اشباع CT معمولی، بهبود پاسخ ترانزیانت (روگوسکی/CVD)، کاهش اتصالات خارجی/خطرات.
• ​ساده‌سازی نصب:​​ نصب و مأموریت واحد به طور قابل توجهی کارگری میدانی و پیچیدگی کابل‌بندی را کاهش می‌دهد.
• ​هزینه‌های چرخه عمر پایین‌تر:​​ کاهش نصب، کابل‌بندی، کارهای مدنی و هزینه‌های نگهداری.
• ​آمادگی زیرگذر دیجیتال:​​ خروجی مستقیم IEC 61850-9-2/3LE امکان یکپارچه‌سازی ساده به سیستم‌های حفاظت، کنترل و نظارت مدرن (SAS) را فراهم می‌کند.
• ​پلتفرم آینده‌دار:​​ طراحی مدولار امکان تطبیق با فناوری‌های سنسور و استانداردهای ارتباطی در حال تکامل را فراهم می‌کند.
• ​کاهش تأثیرات زیست‌محیطی (گزینه عایق جامد):​​ حذف استفاده از SF6 و خطرات مرتبط با آن.