Soluzione di Trasformatore Combinato (CIT): Prospettiva di Progettazione e Integrazione Ingegneristica

1. Concetto di Soluzione Core: Piattaforma Modulare con Isolamento Condiviso

Progettazione: Sviluppare una piattaforma unificata e modulare che ospiti funzioni di misurazione della corrente e del voltaggio all'interno di una singola struttura ottimizzata.
Isolamento: Utilizzare una guaina isolante condivisa. Sono state progettate due opzioni:

Gas SF6: Elevata resistenza dielettrica e ottime proprietà di spegnimento dell'arco per classi di tensione superiori (ad esempio, 72,5 kV e oltre). Il design include il monitoraggio della densità del gas e tecnologie di sigillatura dimostrate.
Involucro Composito (Isolamento Solido): Soluzione sostenibile dal punto di vista ambientale utilizzando materiali polimerici di alta qualità con sporgenze in silicone. Ideale per tensioni inferiori o medie o dove è richiesta l'evitazione del SF6. Ottimizzato per la distanza di rampicamento e le prestazioni contro la contaminazione.

Scalabilità tra diverse classi di tensione (ad esempio, attraverso l'aggiustamento della lunghezza dell'isolatore).
Adattamento a requisiti specifici di interfaccia dei candelotti.
Potenziale per futuri aggiornamenti delle tecnologie dei sensori.

2. Implementazione della Tecnologia Integrata di Sensing

Sensore: Bobine Rogowski ad alta precisione, compensate per temperatura. Selezionate per:

Ampia Gamma Dinamica: Ottima linearità da frazioni piccole della corrente nominale fino a correnti di cortocircuito elevate (ad esempio, >40 kA).
Nessuna Saturazione: Vantaggio fondamentale rispetto ai CT a nucleo di ferro, eliminando il rischio di saturazione durante i guasti.
Leggero: Riduce significativamente lo stress meccanico sulla struttura complessiva.

Integrazione: Bobine posizionate strategicamente all'interno della guaina isolante, concentriche al conduttore primario. Montaggio meccanico sicuro resistente alle vibrazioni.

Sensore: Divisori di tensione capacitivi (CVD) ad alta stabilità come standard. Divisori resistivi (RVD) considerati per applicazioni specifiche in CC o a larga banda che richiedono una risposta transitoria rapida.
Integrazione: Elettrodi di sensazione CVD (bassa impedenza) integrati direttamente nella struttura dell'isolatore. Elettrodi di gradazione precisi garantiscono una distribuzione uniforme del campo e stabilità termica e contro la contaminazione. Schermatura critica prevenendo l'interferenza del campo esterno.

3. Modellazione Avanzata del Campo Elettromagnetico e Isolamento (Sfida Ingegneristica Critica)

Modellazione: Obbligatoria, modellazione 3D ad alta fedeltà con il Metodo degli Elementi Finiti (FEM) dell'intera piattaforma:

Caratterizza con precisione i campi elettromagnetici interni in tutte le condizioni operative (sinusoidali, transitorie, forme d'onda distorte).
Valuta gli effetti di prossimità dai conduttori, dall'involucro e dalle fasi adiacenti.

Separazione Fisica: Disposizione geometrica ottimale degli elementi di sensing (bobine, elettrodi CVD) basata sui risultati della modellazione. Massimizza la distanza entro i vincoli.
Schermatura Attiva: Implementazione di schermature elettrostatiche a terra posizionate strategicamente tra gli elementi dei sensori basata sui dati di simulazione del campo.
Anelli di Protezione: Utilizzo di anelli di protezione condutti intorno agli usciti delle bobine Rogowski per drenare le correnti di spostamento.

Percorsi di Segnale Dedicati: Rotta dei segnali dai singoli sensori utilizzando cavi a coppie intrecciate schermati all'interno dell'involucro immediatamente dopo la cattura.
Progettazione di Circuiti Compensati: Circuiti di condizionamento elettronico progettati con tecniche di cancellazione del crosstalk informate dai modelli FEM.
Validazione: Rigorosi test in fabbrica (inclusi test di iniezione armonica) per caratterizzare e verificare i margini di isolamento e i livelli di crosstalk (< 0,1% specificati).

4. Elaborazione Digitale Integrata e Interfacce Standardizzate

Circuiti integrati a basso consumo o microcontrollori ad alta affidabilità direttamente integrati sulla piattaforma del sensore o su un modulo sigillato adiacente.
Funzioni incluse: integratore di bobina Rogowski, scaling, conversione ADC, calcolo armonico (se applicabile), linearizzazione, compensazione della temperatura e timestamping.

Interfacce Incorporate: Incorporare circuiti di uscita digitale conformi alla IEC 61869 direttamente all'interno dell'unità CIT.
Protocolli: Supporto standardizzato per:

IEC 61850-9-2: Flusso di Valori Campionati (SV) su Ethernet (tipicamente multicast).
IEC 61850-9-3LE: Profilo SV Lightning Edition per determinismo a latenza ridotta garantito.

Opzioni Aggiuntive: Previsione per uscite legacy (analogiche, IEC 60044-8 FT3) dove richiesto tramite moduli opzionali.

Qualità dei Dati: Funzionalità di Unità di Fusione (MU) integrata conforme agli standard di accuratezza (classe TPE/TPM) e temporizzazione (sincronizzazione PLL) rilevanti IEC 61869.

5. Considerazioni di Progettazione e Integrazione Ingegneristica

Gestione Termica: I modelli includono l'analisi delle prestazioni termiche. La dissipazione di potenza dagli elettronici è gestita attivamente utilizzando componenti a basso consumo, eventuali dissipatori termici localizzati e percorsi di convezione ottimizzati all'interno dell'isolatore.
Robustezza EMC/EMI: Rivestimento conformale, involucri schermati, ferriti e strategie di messa a terra ottimizzate applicate agli elettronici interni. Protezione contro sovraccarichi conforme agli standard pertinenti (IEC 61000-4-5).
Integrità Meccanica: Analisi strutturale per carichi sismici, carichi di vento, carichi di ghiaccio e forze dinamiche durante i guasti. L'uso ottimizzato dei materiali (compositi/porcellana/SF6) contribuisce a una massa sismica inferiore.
Taratura e Test in Fabbrica: Taratura completa rispetto agli standard di riferimento (metodi ottici/VTBI). Include la verifica dell'efficacia dell'isolamento EM, dell'accuratezza temporale, della conformità ai protocolli e dei test dielettrici a piena potenza.
Ciclo di Vita e Manutenibilità: Progettato per manutenzione minima (specialmente per l'isolamento SF6 o solido). Elettronica modulare potenzialmente accessibile/testabile senza smontaggi importanti. Sono stati presi in considerazione i percorsi di smaltimento alla fine della vita (recupero/riciclo del SF6).

Vantaggi Realizzati con questo Approccio di Progettazione e Integrazione:

Riduzione dell'Impronta: Risparmio dello spazio fino al 40-50% rispetto a CT/VT separati - cruciale per i retrofit e i progetti GIS/AIS compatti.
Accuratezza e Sicurezza Migliorate: Elimina i rischi di saturazione dei CT tradizionali, migliora la risposta transitoria (Rogowski/CVD), riduce le connessioni esterne/rischi.
Installazione Semplificata: Il montaggio e la messa in servizio di un'unica unità riducono significativamente il lavoro sul campo e la complessità dei cavi.
Costi Ciclo di Vita Inferiori: Riduzione dei costi di installazione, cablaggio, lavori civili e manutenzione.
Prontezza per la Sottostazione Digitale: L'uscita diretta IEC 61850-9-2/3LE consente un'integrazione senza soluzione di continuità nei moderni sistemi di protezione, controllo e monitoraggio (SAS).
Piattaforma Futura-Proof: Il design modulare accoglie le tecnologie dei sensori e gli standard di comunicazione evoluti.
Ridotto Impatto Ambientale (Opzione Isolamento Solido): Elimina l'uso del SF6 e i rischi associati.