복합 계측 변압기(CIT) 솔루션: 공학 설계 및 통합 관점

​1. 핵심 솔루션 개념: 공유 절연을 갖춘 모듈형 플랫폼​

• ​디자인:​​ 단일 최적화된 구조 내에서 전류 및 전압 감지 기능을 모두 수용하는 통합 모듈형 플랫폼 개발.
• ​절연:​​ 공유 절연 케이스 활용. 두 가지 옵션이 설계되었습니다:
• ​SF6 가스:​​ 높은 전기 강도와 우수한 아크 소멸 특성을 갖추고 있으며, 고전압 클래스(예: 72.5 kV 이상)에 적합합니다. 설계에는 가스 밀도 모니터링과 입증된 밀봉 기술이 포함됩니다.
• ​복합 하우징(고체 절연):​​ 고급 폴리머 재료와 실리콘 쉐드를 사용하여 환경적으로 지속 가능한 솔루션입니다. 저전압부터 중간 전압까지 또는 SF6 회피가 요구되는 경우에 이상적입니다. 크리핑 거리와 오염 성능을 최적화했습니다.
• ​모듈성:​​ 내부 구성 요소와 인터페이스를 설계하여 다음과 같은 기능을 제공합니다:
• 다양한 전압 클래스(예: 절연자의 길이 조정을 통해)에 대한 확장성.
• 특정 부싱 인터페이스 요구 사항에 대한 적응성.
• 미래의 센서 기술 업그레이드 가능성을 위한 잠재력.

​2. 통합 센싱 기술 구현​

• ​전류 측정:​​
• ​센서:​​ 고정밀, 온도 보상 로고스키 코일. 다음 이유로 선택되었습니다:
• ​넓은 동적 범위:​​ 정격 전류의 작은 분수부터 고장 전류(예: >40 kA)까지 탁월한 선형성.
• ​포화 없음:​​ 철심 CT보다 기본적인 이점으로, 고장 시 포화 위험을 제거합니다.
• ​경량:​​ 전체 구조물에 대한 기계적 스트레스를 크게 줄입니다.
• ​통합:​​ 코일은 주 전도체와 동심원으로 절연 케이스 내에 전략적으로 배치되며, 진동에 견딜 수 있는 견고한 기계적 장착이 이루어집니다.
• ​전압 측정:​​
• ​센서:​​ 표준으로 고안정성 용량 분할기(CVDs). 특정 DC 또는 고주파 대역폭 응용 프로그램에서 빠른 일시적 응답이 필요한 경우 저항 분할기(RVDs)를 고려합니다.
• ​통합:​​ CVD 감지 전극(저임피던스)은 직접 절연 구조에 통합됩니다. 정밀 등급 전극은 균일한 필드 분포와 열/오염 안정성을 보장하며, 중요한 차폐는 외부 필드 간섭을 방지합니다.

​3. 고급 전자기장 모델링 및 격리(중요한 엔지니어링 도전)​​

• ​모델링:​​ 플랫폼 전체에 대한 필수적인 고해상도 3D 유한 요소 방법(FEM) 모델링:
• 모든 작동 조건(정현파, 일시적, 왜곡 파형)에서 내부 전자기장을 정확하게 특성화합니다.
• 전도체, 하우징, 인접 위상으로부터의 근접 효과를 평가합니다.
• ​크로스토크 최소화:​​
• ​물리적 분리:​​ 모델링 결과를 기반으로 센서 요소(코일, CVD 전극)의 최적 기하학적 배열. 제약 조건 내에서 최대 거리를 유지합니다.
• ​활성 차폐:​​ 필드 시뮬레이션 데이터를 기반으로 센서 요소 사이에 전략적으로 위치한 접지된 정전기 차폐를 구현합니다.
• ​가드 링:​​ 로고스키 코일 출력 주변에 전도성 가드 링을 사용하여 변위 전류를 배출합니다.
• ​정밀 측정 격리:​​
• ​전용 신호 경로:​​ 개별 센서로부터의 신호를 즉시 캡처 후, 하우징 내에서 차폐된 트위스트-페어 케이블을 사용하여 라우팅합니다.
• ​보상 회로 설계:​​ FEM 모델을 기반으로 크로스토크 취소 기법을 적용한 전자 조건 회로 설계.
• ​검증:​​ 엄격한 공장 테스트(조화 주입 테스트 포함)를 통해 격리 여유 및 크로스토크 수준(< 0.1% 지정)을 특성화하고 검증합니다.

​4. 통합 디지털 처리 및 표준화된 인터페이스​

• ​온보드 신호 처리:​​
• 센서 플랫폼이나 인접한 밀폐 모듈에 직접 통합된 전용 저전력 ASIC 또는 고신뢰성 마이크로컨트롤러.
• 기능에는: 로고스키 코일 적분기, 스케일링, ADC 변환, 조화 계산(적용 가능한 경우), 선형화, 온도 보상, 타임스탬핑이 포함됩니다.
• ​표준화된 디지털 출력:​​
• ​내장 인터페이스:​​ IEC 61869 준수 디지털 출력 회로를 CIT 유닛 내에 직접 통합합니다.
• ​프로토콜:​​ 표준 지원:
• ​IEC 61850-9-2:​​ 이더넷(일반적으로 멀티캐스트)을 통한 샘플 값(SV) 스트림.
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ 저지연 결정성을 보장하는 라이트 에디션 SV 프로필.
• ​추가 옵션:​​ 필요에 따라 아날로그, IEC 60044-8 FT3 등의 레거시 출력을 제공하기 위한 선택적 모듈.
• ​데이터 품질:​​ 관련 IEC 61869 정확성(TPE/TPM 클래스) 및 타이밍(PLL 동기화) 표준을 충족하는 통합 병합 유닛(MU) 기능.

​5. 엔지니어링 설계 및 통합 고려사항​

• ​열 관리:​​ 모델에는 열 성능 분석이 포함됩니다. 전자 제품에서 발생하는 전력 소비는 저전력 구성 요소, 잠재적인 국소적 히트싱크, 절연체 내 최적화된 대류 경로를 통해 적극적으로 관리됩니다.
• ​EMC/EMI 내구성:​​ 내부 전자 제품에 일체형 코팅, 차폐 하우징, 페라이트, 최적화된 접지 전략을 적용합니다. 관련 표준(IEC 61000-4-5)에 부합하는 서지 보호.
• ​기계적 무결성:​​ 지진 하중, 바람 하중, 얼음 하중, 고장 시 동적 힘에 대한 구조 분석 수행. 재료(복합/포세린/SF6)의 최적화된 사용은 낮은 지진 질량에 기여합니다.
• ​공장 교정 및 테스트:​​ 참조 표준(광학/VTBI 방법)에 대한 포괄적인 교정. EM 격리 효과, 타이밍 정확성, 프로토콜 준수, 풀-파워 절연 테스트를 포함합니다.
• ​라이프사이클 및 서비스 가능성:​​ 최소 유지보수 설계(SF6 또는 고체 절연체 특히). 모듈형 전자 제품은 주요 분해 없이 접근 및 테스트 가능합니다. 폐기 시 경로 고려(SF6 회수/재활용).

​이 설계 및 통합 접근 방식을 통해 얻는 이점:​​

• ​佔地面積減少：​​ 相比單獨的CT/VT，最多可節省40-50%的空間——對於改造和緊湊型GIS/AIS設計至關重要。
• ​提高精度與安全性：​​ 消除了傳統CT飽和風險，改進了瞬態響應（羅戈夫斯基/電容分壓器），減少了外部連接/風險。
• ​簡化安裝：​​ 單元安裝和調試大大減少了現場勞動和布線複雜性。
• ​降低生命周期成本：​​ 減少安裝、布線、土建工作、維護開支。
• ​數字變電站準備就緒：​​ 直接支持IEC 61850-9-2/3LE輸出，實現與現代保護、控制和監控系統（SAS）的無縫集成。
• ​面向未來的平台：​​ 模塊化設計適應不斷發展的傳感器技術和通信標準。
• ​減少環境影響（固體絕緣選項）：​​ 消除SF6使用及其相關風險。