Kombinert instrumenttransformator (CIT) løsning: Ingeniørfaglig design og integrasjonsperspektiv

1. Kjerne løsning konsept: Modulær plattform med delt isolasjon

Design: Utvikle en enhetlig, modulær plattform som inneholder både strøm- og spenningssensurfunksjoner i en enkelt, optimalisert struktur.
Isolasjon: Bruke en delt isolerende omhylning. To alternativer er utviklet:

SF6-gass: Bevist høy dielektrisk styrke og fremragende buekvæssegenskaper for høyere spenninger (f.eks. 72,5 kV og over). Designet inkluderer gassdempningsovervåking og bevist tetnings-teknologi.
Kompositt hylning (solid isolasjon): Miljømessig bærekraftig løsning som bruker høykvalitets polymermaterialer med silikonslag. Ideell for lavere til middels spenninger eller der SF6-unngåelse er påkrevd. Optimalisert for krypingavstand og forurensningsytelse.

Skalering over ulike spenningsklasser (f.eks. gjennom justering av isolatorlengde).
Tilpasning til spesifikke bushing grensesnittskrav.
Mulighet for fremtidige oppgraderinger av sensorteori.

2. Implementering av integrert sensorteori

Sensor: Høy-nøyaktighet, temperatur-kompenserte Rogowski-spiraler. Valgt for:

Bred dynamisk rekkevidde: Fremragende lineæritet fra små brøkdeler av nominell strøm til høye feilstrømer (f.eks. >40 kA).
Ingen mättnad: Grunnleggende fordel over jernkjernede CT-er, som eliminerer risiko for mättnad under feil.
Lettvekt: Reduserer mekanisk stress på den totale strukturen betydelig.

Integrasjon: Spiraler plassert strategisk inni isolatorhylningen, sentriske med primærlederen. Sikker mekanisk montering mot vibrasjon.

Sensor: Høy-stabilitet kapasitive spenningsspliter (CVD) som standard. Resistive spliter (RVD) vurdert for spesifikke DC-eller bredbåndsapplikasjoner som krever rask overgangsrespons.
Integrasjon: CVD-måleenheter (lav impedans) integrert direkte i isolatorstrukturen. Nøyaktige graduerings-elektroder sikrer jevn feltfordeling og termisk/forureningsstabilitet. Kritisk skjerming forhindrer eksternt feltstøy.

3. Avansert elektromagnetisk feltmodellering & isolasjon (kritisk ingeniørutfordring)

Modellering: Obligatorisk, høytroverdig 3D Finite Element Method (FEM) modellering av hele plattformen:

Presist karakteriserer interne elektromagnetiske felt under alle driftsforhold (sinusform, overgangs-, deformerte bølgeformer).
Vurderer nærhetseffekter fra ledere, omslutning og nabo-faser.

Fysisk separasjon: Optimal geometrisk plassering av sensor-elementer (spiraler, CVD-elektroder) basert på modelleringresultater. Maksimer avstand innenfor begrensninger.
Aktiv skjerming: Implementering av jordet elektrostatiske skjermer plassert strategisk mellom sensor-elementer basert på felt-simuleringsdata.
Bevaringsringe: Bruk ledirbare bevarings-ringer rundt Rogowski-spiralutganger for å drenere forskyvningsstrømmer.

Dedikerte signalbaner: Ruter signaler fra individuelle sensorer ved hjelp av skjermede, treladede kabler inne i omslutningen umiddelbart etter opptak.
Kompensert krettsdesign: Elektroniske kondisjonerkrefter designet med krysssnakking-sannsynslighetsmetoder informert av FEM-modeller.
Validering: Streng fabrikktest (inkludert harmonisk injeksjonstest) for å karakterisere og verifisere isolasjonsmarginer og krysssnakking-nivå (< 0,1% spesifisert).

4. Integrert digital behandling & standardiserte grensesnitt

Dedikerte, lav-strøm ASIC-er eller høy-betroubare mikrokontrollerer direkte integrert i sensorplattformen eller tilstøtende tette modul.
Funksjoner inkluderer: Rogowski-spiralintegrator, skalering, ADC-konvertering, harmonisk beregning (hvis relevant), linearisering, temperaturkompensasjon og tidspunkt-markering.

Innebygde grensesnitt: Inkorporerer IEC 61869-kompatibel digital utdatakrets direkte i CIT-enheten.
Protokoller: Standardisert støtte for:

IEC 61850-9-2: Utdelt verdier (SV) strøm over Ethernet (vanligvis multicast).
IEC 61850-9-3LE: Lightning Edition SV-profil for garantert lav-latens determinisme.

Ytterligere alternativer: Forutsyn for eldre utdata (analog, IEC 60044-8 FT3) der det kreves via valgfrie moduler.

Datakvalitet: Integrert Merging Unit (MU) funksjonalitet som møter relevante IEC 61869-nøyaktighet (TPE/TPM klasse) og tidsbestemmelse (PLL-synkronisering) standarder.

5. Ingeniørdesign & integrasjonsbetragtninger

Termisk forvaltning: Modeller inkluderer termisk ytelsesanalyse. Effektavgieng fra elektronikk aktivt forvaltet ved hjelp av lav-strømkomponenter, potensielle lokale varmesinker, og optimerte konveksjonsbaner innenfor isolatoren.
EMC/EMI robusthet: Konformbelag, skjermede omslutninger, ferriter og optimerte jordingsstrategier anvendt på interne elektronikker. Overvoltagebeskyttelse i samsvar med relevante standarder (IEC 61000-4-5).
Mekanisk integritet: Strukturell analyse utført for seismiske belastninger, vindbelastning, isbelastning og dynamiske krefter under feil. Optimert bruk av materialer (komposit/porcelæn/SF6) bidrar til lavere seismisk masse.
Fabrikkkalibrering & testing: Komprehensiv kalibrering mot referansestandarder (optisk/VTBI-metoder). Inkluderer verifisering av EM-isolasjonseffektivitet, tidsnøyaktighet, protokoll-overholdelse og full-effekt dielektrisk testing.
Livslengde & servicebarhet: Designet for minimal vedlikehold (spesielt SF6 eller solid isolasjon). Modulære elektronikk potensielt tilgjengelig/testbar uten større demontering. Sluttlivshåndtering veier vurdert (SF6-gjenoppretting/gjenbruk).

Fordeler realisert gjennom dette design- & integrasjonsprinsippet:

Redusert fotavtrykk: Opptil 40-50% rombesparelse sammenlignet med separate CT-er/VT-er - avgjørende for ombygginger og kompakte GIS/AIS-design.
Forbedret nøyaktighet & sikkerhet: Eliminerer tradisjonelle CT-mättnadsrisiko, forbedrer overgangsrespons (Rogowski/CVD), reduserer eksterne koblinger/risiko.
Forenklet installasjon: Enhetlig montering og kommisjonering reduserer betydelig feltarbeid og kabelkompleksitet.
Lavere livslengdekostnader: Redusert installasjon, kabling, sivil arbeid, vedlikeholdsutgifter.
Digital substation klar: Direkte IEC 61850-9-2/3LE-utdata gir ubrudt integrasjon i moderne beskyttelses-, kontroll- og overvåkingssystemer (SAS).
Fremtidssikker plattform: Modulært design akkommoderer utviklende sensorteori og kommunikasjonsstandarder.
Redusert miljøpåvirkning (solid isolasjonsoption): Eliminerer SF6-bruk og tilhørende risiko.