Yhdistetty mittalaitosmuunnin (CIT) -ratkaisu: Insinöörimäinen suunnittelu ja integrointi näkökulmasta

1. Ydinratkaisun käsite: modulaarinen alusta yhteisellä eristyskehyksellä

Suunnittelu: Kehitä yhtenäinen, modulaarinen alusta, joka sisältää sekä virta- että jännitteidenmittausfunktiot yhdessä optimoidussa rakenteessa.
Eristys: Käytä yhteistä eristyskehystä. Ongelmiin on suunniteltu kaksi vaihtoehtoa:

SF6-kaasu: Todistettu korkea dielektrinen vahvuus ja erinomainen kaaren tukkipuoma korkeammille jännitteille (esim. 72,5 kV ja ylöspäin). Suunnitelma sisältää kaasutiheyden valvonnasta ja todistetusta tiivisteeksi teknologiasta.
Kompositirakennus (kiinteä eristys): Ympäristöllisesti kestävä ratkaisu, jossa käytetään korkealaatuisia polymeerimateriaaleja silikonikorujen kanssa. Ideaalinen pienempien ja keskitason jännitteiden tai SF6:n välttämisen vaatimusten mukaiselle käytölle. Optimoitu kriipidistanssin ja saasteen suorituskyvyn kannalta.

Mittakaavan muuttaminen eri jänniteluokissa (esim. eristysputken pituuden säätämällä).
Sovittaminen tiettyihin bushing-rajapintavaatimuksiin.
Tulevaisuudennäköisten anturiteknologioiden päivityksen mahdollisuus.

2. Integroitu mittaus teknologia

Anturi: Korkeatarkkuus, lämpötilakompensoidut Rogowskin kyynärset. Valittu seuraavista syistä:

Laaja dynaaminen laajuus: Erinomainen lineaarisuus pienten nominaalivirtojen osalta aina suurempiin sijaisvirtoihin asti (esim. >40 kA).
Ei täyttymistä: Perustavanlaatuinen etu rautaytimisiä CT:eihin nähden, mikä poistaa täyttymisriskin sijaiskierroksissa.
Kevyt: Merkittävästi vähentää mekaanista stressiä kokonaisrakenteelle.

Integrointi: Kyynärit sijoitettu strategisesti eristysputken sisälle, keskittyen ensimmäiseen johtoon. Vankka mekaaninen kiinnitys, joka on vastustuskykyinen vibraatiolle.

Anturi: Korkeastabiilita, kapasitiivisia jännitetjakajia (CVD) standardina. Resistorit jakajat (RVD) harkittu tiettyihin DC- tai laajabanda-applikaatioihin, jotka vaativat nopeaa transientejä.
Integrointi: CVD-mittauskatodit (matala impedanssi) integroidut suoraan eristysrakenteeseen. Tarkka graduaattikatodit varmistavat tasaisen kentän jakautumisen ja lämpö/puhdistusstabiilisuuden. Kriittinen suojauksen estää ulkoisen kentän häiriöt.

3. Edistynyt sähkömagneettinen kenttämallinnus ja eristys (kritinen insinöörimainen haaste)

Mallinnus: Pakollinen, korkeatasoinen 3D-elementtimenetelmä (FEM) mallintaminen koko alustalle:

Tarkka karakterisointi sisäisiä sähkömagneettisia kenttiä kaikissa toimintaolosuhteissa (sinusoidiset, transienteja, vääristyneet aaltomuodot).
Arvio lähellä olevien johtojen, kotelon ja viereisten vaiheiden vaikutuksia.

Fyysinen erotus: Optimaalinen geometrinen järjestely mittauskomponenteille (kyynärit, CVD-katodit) mallintustulosten perusteella. Maksimoi etäisyys rajoitteiden puitteissa.
Aktiivinen suojauksen: Maanjäristys elektrostaattiset suojaukset sijoitettu strategisesti mittauskomponenttien välille kenttäsimuloinnin tiedon perusteella.
Vartioryhmät: Käytä johtavia vartioryhmiä Rogowskin kyynärset tulosteiden purkaa siirtymävirtauksia.

Omat signaalipolut: Reititä signaaleja yksittäisiltä antureilta suojattuna, kääntyneillä parilla kabelilla kotelossa välittömästi tallennuksen jälkeen.
Kompensoidun piirin suunnittelu: Sähköiset konditionointipiirit suunniteltu häiriötperuutusmenetelmillä FEM-mallien perusteella.
Varmistus: Tiukka tehtaiden testaus (mukaan lukien harmoniset injektio-testit) karakterisoida ja vahvistaa eristysmarginaalit ja häiriötaso (< 0,1% määritelty).

4. Integroitu digitaalinen käsittely ja standardoitu rajapinnat

Dedikoitu, alhaisen energian ASIC:t tai korkean luotettavuuden mikrokontrollerit integroituna suoraan anturialustalle tai vieressä sijaitsevaan tiiviisti suljetulle moduuliin.
Toiminnot sisältävät: Rogowskin kyynärset integraattori, skaalaus, ADC-muunnos, harmoniset laskelmat (jos sovelletaan), linearisointi, lämpötilakompensaatio ja aikamerkintä.

Upotettu rajapinnat: Sisällytä IEC 61869-yhteensopiva digitaalinen tulostekniikka suoraan CIT-yksikköön.
Protokollat: Standardoitu tuki seuraaville:

IEC 61850-9-2: Näytearvot (SV) Ethernet-yli (yleensä multicast).
IEC 61850-9-3LE: Lightning Edition SV-profiili vakuutettu matala-latency determinismi.

Lisävaihtoehdot: Mahdollisuus vanhoihin tulosteisiin (analogiset, IEC 60044-8 FT3) tarvittaessa valinnaisilla moduleilla.

Data laatua: Yhdistetty Merging Unit (MU) -toiminto, joka täyttää IEC 61869-tarkkuuden (TPE/TPM-luokka) ja ajan (PLL-synkronointi) standardeja.

5. Insinöörimainen suunnittelu ja integrointi huomioonotot

Lämpöhallinta: Mallit sisältävät lämpösuorituskyvyn analyysin. Sähkökomponenttien tuottama tehonkulutus hallitaan aktiivisesti alhaisen energian komponenttien, mahdollisten paikallisten lämpövaihtojen ja optimoidun konvektiopolkujen avulla eristysputken sisällä.
EMC/EMI-robustisuus: Konformaalikansi, suojatut kotelot, ferritit ja optimoidut maanalaiset strategiat sovellettu sisäisiin sähkökomponentteihin. Jousi suojaus IEC 61000-4-5-standardien mukaisesti.
Mekaaninen eheys: Rakennerakennan analyysi maanjäristysten, tuulen, jäätä ja sijaisvoimien aiheuttamissa dynaamisissa voimissa. Optimoidun materiaalien (kompositi/porseleeni/SF6) käyttö edistää alhaisempaa maanjäristysmassaa.
Tehtaiden kalibrointi ja testaus: Kattava kalibrointi vertailustandardeihin (optiset/VTBI-menetelmät). Sisältää EM-eristyksen tehokkuuden, ajoitus tarkkuuden, protokollien yhteensopivuuden ja täysienergiadielektriset testit.
Elinkaari ja huollettavuus: Suunniteltu minimaalista huoltoa varten (erityisesti SF6 tai kiinteä eristys). Modulaariset sähkökomponentit ovat mahdollisesti saatavilla/testattavissa ilman suuria purkamistoimenpiteitä. Loppuelinkaarihin liittyvät hävittämiskäytännöt harkittu (SF6-palautus/käyttökierrätys).

Edut tämän suunnittelun ja integroinnin lähestymistavan kautta:

Jalanjäljen pienentäminen: Jopa 40-50 % tilasäästö erillisille CT/VT-ohjaimille – olennaista uudistuksille ja tiiviille GIS/AIS-suunnitelmille.
Parannettu tarkkuus ja turvallisuus: Poistaa perinteiset CT-täyttymisriskit, parantaa transientejä (Rogowski/CVD), vähentää ulkoisia yhteyksiä/riskejä.
Yksinkertaistettu asennus: Yhden yksikön asennus ja komissionointi vähentävät merkittävästi kenttätyöläisyyttä ja kaapelointikompleksisuutta.
Alhaisempi elinkaari: Vähennetään asennus-, kaapelointi-, sivilitehtävien- ja ylläpitokustannukset.
Digitaalinen aluevalmius: Suora IEC 61850-9-2/3LE-tuloste mahdollistaa sujuvan integroinnin moderniin suojaukseen, ohjaus- ja valvontajärjestelmiin (SAS).
Tulevaisuudenvarmalla alustalla: Modulaarinen suunnittelu mahdollistaa evoluutioivan anturiteknologian ja viestintästandardien mukautumisen.
Vähennetty ympäristövaikutus (kiinteä eristysvaihtoehto): Poistaa SF6:n käytön ja sen liittyvät riskit.