Gecombineerde instrument transformatie (CIT) oplossing: Ingenieursontwerp en integratie perspectief

1. Kernoplossingconcept: Modulaire platform met gedeelde isolatie

Ontwerp: Ontwikkel een geünificeerd, modulair platform dat zowel stroom- als spanningmetingfuncties in een enkele, geoptimaliseerde structuur huisvest.
Isolatie: Gebruik een gedeelde isolerende omhulling. Er zijn twee opties ontworpen:

SF6-gas: Bewezen hoge dielektrische sterkte en uitstekende boogdoofeigenschappen voor hogere spanningklasse (bijv. 72,5 kV en hoger). Het ontwerp omvat gasdichtheidsonderzoek en bewezen sluittechnologie.
Samengestelde behuizing (vaste isolatie): Milieuvriendelijke oplossing met hoogwaardige polymeermaterialen met siliconen schilfers. Ideaal voor lagere tot middelste spanning of waar SF6-ontduiking verplicht is. Geoptimaliseerd voor kruipafstand en vervuilingseigenschappen.

Modulariteit: Ontwerp interne componenten en interfaces om het volgende mogelijk te maken:

Schaalbaarheid over verschillende spanningklassen (bijv. door aanpassing van de lengte van de isolator).
Aanpassing aan specifieke bushinginterfacevereisten.
Mogelijkheid voor toekomstige sensortechnologie-upgrades.

2. Implementatie van geïntegreerde sensor technologie

Sensor: Hoognauwkeurige, temperatuurcompensated Rogowski spoelen. Geselecteerd voor:

Breed dynamisch bereik: Uitstekende lineariteit van kleine fracties van de nominale stroom tot hoge foutstromen (bijv. >40 kA).
Geen verzadiging: Fundamenteel voordeel ten opzichte van ijzerkern CT's, waarmee verzadigingsrisico tijdens fouten wordt geëlimineerd.
Lichtgewicht: Vermindert aanzienlijk de mechanische belasting op de gehele structuur.

Integratie: Spoelen strategisch geplaatst binnen de isolatoromhulling, concentrisch met de primaire geleider. Veilig mechanisch bevestigd tegen trillingen.

Sensor: Hoogstabiele capacitive spanningdelers (CVD's) als standaard. Resistieve delers (RVD's) overwogen voor specifieke DC- of breedbandtoepassingen die snelle transiënte reactie vereisen.
Integratie: CVD-sensingelektroden (lage impedantie) direct geïntegreerd in de isolatorstructuur. Precisiegradatielektroden zorgen voor uniforme veldverdeling en thermische/vervuilingsstabiliteit. Kritische scherming voorkomt externe veldinterferentie.

3. Geavanceerde elektromagnetische veldmodellering & isolatie (kritieke ingenieursuitdaging)

Modellering: Verplichte, high-fidelity 3D Eindige Element Methode (FEM) modellering van het gehele platform:

Precies karakteriseert interne elektromagnetische velden onder alle bedrijfsomstandigheden (sinusoïdaal, transiënt, gedistord golfvormen).
Evalueert nabijheidseffecten van geleiders, behuizing en aangrenzende fasen.

Fysieke scheiding: Optimaal geometrisch arrangement van sensingelementen (spoelen, CVD-elektroden) gebaseerd op modelresultaten. Maximaliseer afstand binnen de beperkingen.
Actieve scherming: Implementatie van aangesloten elektrostatische schermen strategisch geplaatst tussen sensorelementen op basis van veldsimulatiedata.
Wachtsringen: Gebruik geleidende wachtsringen rond Rogowski spoeluitgangen om verplaatsingsstromen af te voeren.

Toegewijde signaalpaden: Routering van signalen van individuele sensoren met geschermd, gekruld parenkabels binnen de behuizing onmiddellijk na vastlegging.
Gecompenseerd circuitontwerp: Elektronische conditioneeringscircuits ontworpen met crosstalkannulatietechnieken gebaseerd op FEM-modellen.
Validatie: Streng fabriekstesten (inclusief harmonische injectietests) om isolatiemarges en crosstalkniveaus te karakteriseren en te verifiëren (< 0,1% gespecificeerd).

4. Geïntegreerde digitale verwerking & gestandaardiseerde interfaces

Toegewijde, laagenergie ASIC's of hoogbetrouwbare microcontrollers direct geïntegreerd op het sensorplatform of aangrenzende verzegelde module.
Functies omvatten: Rogowski spoelintegrator, schaling, ADC-conversie, harmonische berekening (indien van toepassing), linearisatie, temperatuurcompensatie en tijdstempeling.

Ingebedde interfaces: Integreer IEC 61869-compatibele digitale uitvoercircuitry direct binnen de CIT-eenheid.
Protocollen: Gestandaardiseerde ondersteuning voor:

IEC 61850-9-2: Gemeten waarden (SV) stream over Ethernet (meestal multicast).
IEC 61850-9-3LE: Lightning Edition SV-profiel voor gegarandeerde lage-latency determinisme.

Aanvullende opties: Voorziening voor legacy-uitgangen (analoog, IEC 60044-8 FT3) indien nodig via optionele modules.

Datakwaliteit: Geïntegreerde Merging Unit (MU) functionaliteit die voldoet aan relevante IEC 61869-nauwkeurigheid (TPE/TPM klasse) en timing (PLL-synchronisatie) normen.

5. Ingenieursontwerp & integratieoverwegingen

Thermisch beheer: Modellen omvatten thermische prestatieanalyse. Energieafgifte van elektronica actief beheerd met behulp van laagenergiecomponenten, potentieel lokale koellichamen en geoptimaliseerde convectiepaden binnen de isolator.
EMC/EMI-robustheid: Conformal coating, geschermd behuizing, ferrieten en geoptimaliseerde aardingstrategieën toegepast op interne elektronica. Overstroombeveiliging in overeenstemming met relevante normen (IEC 61000-4-5).
Mechanische integriteit: Structuuranalyse uitgevoerd voor seismische belastingen, windbelasting, ijsbelasting en dynamische krachten tijdens fouten. Geoptimaliseerd gebruik van materialen (composiet/porselein/SF6) draagt bij aan lagere seismische massa.
Fabriekscalibratie & testen: Comprehensieve calibratie tegen referentiestandaarden (optische/VTBI-methoden). Omvat verificatie van EM-isolatieeffectiviteit, timingaccurate, protocollenconformiteit en volledige vermogensdielectrische tests.
Levenscyclus & servicebaarheid: Ontworpen voor minimale onderhoud (vooral SF6 of vaste isolatie). Modulaire elektronica mogelijk toegankelijk/testbaar zonder grote demontage. Einde-leven afvalpaden overwogen (SF6-herwinning/recycling).

Voordelen gerealiseerd door dit ontwerp- & integratiebenadering:

Voorvoetspoorreductie: Tot 40-50% ruimtesparings ten opzichte van aparte CT's/VT's - cruciaal voor retrofits en compacte GIS/AIS-ontwerpen.
Verbeterde nauwkeurigheid & veiligheid: Elimineert traditionele CT-verzadigingsrisico's, verbetert transiëntereactie (Rogowski/CVD), vermindert externe verbindingen/risico's.
Vereenvoudigde installatie: Enkele eenheid montage en inbedrijfstelling verkleinen aanzienlijk veldarbeid en kabelcomplexiteit.
Lagere levenscycluskosten: Verlaagde installatie, kabellegging, civiel werk, onderhoudskosten.
Digitaal substation gereed: Directe IEC 61850-9-2/3LE-uitvoer maakt naadloze integratie in moderne bescherming, controle en monitoring systemen (SAS) mogelijk.
Toekomstbestendig platform: Modulair ontwerp past zich aan evoluerende sensortechnologieën en communicatiestandaarden aan.
Verlaagde milieuimpact (vaste isolatieoptie): Elimineert SF6-gebruik en bijbehorende risico's.