Combined Instrument Transformer (CIT) Solution: Engineering Design & Integration Perspective دا د Combined Instrument Transformer (CIT) حل لپاره د مهندسی جوړونې او ټولنیز کیدنه توکو

​1. پایه مفهوم راه حل: پلتفرم ماژولی با عایق مشترک​

• ​طراحی:​​ توسعه یک پلتفرم یکپارچه و ماژولی که توابع تشخیص جریان و ولتاژ را در یک ساختار بهینه شده درون خود قرار می‌دهد.
• ​عایق:​​ استفاده از یک پوشش عایق مشترک. دو گزینه مهندسی شده‌اند:
• ​گاز SF6:​​ مقاومت بالا در برابر فشار الکتریکی و خاصیت برتر خاموش کننده آتش برای کلاس‌های ولتاژ بالاتر (مثلاً 72.5 kV و بالاتر). طراحی شامل نظارت بر چگالی گاز و فناوری مهر و موم اثبات شده است.
• ​پوشش ترکیبی (عایق جامد):​​ راه‌حل پایدار محیط زیستی با استفاده از مواد پلیمری با کیفیت بالا با لایه‌های سیلیکون. مناسب برای ولتاژ پایین تا متوسط یا جایی که اجتناب از SF6 الزامی است. بهینه‌سازی برای فاصله پخش و عملکرد آلودگی.
• ​ماژولاریتی:​​ طراحی اجزای داخلی و رابط‌ها برای اجازه دادن به:
• مقیاس‌پذیری در کلاس‌های ولتاژ مختلف (مثلاً از طریق تعدیل طول عایق).
• تأسیس بر اساس نیازهای رابط بوشینگ.
• پتانسیل به‌روزرسانی فناوری سنسور در آینده.

​2. اجرای فناوری تشخیص یکپارچه​

• ​تشخیص جریان:​​
• ​سنسور:​​ سیم‌پیچ‌های روگوسکی با دقت بالا و جبران دما. انتخاب شده برای:
• ​دامنه دینامیک گسترده:​​ خطی بودن عالی از کسرهای کوچک جریان اسمی تا جریان‌های خطا بالا (مثلاً >40 kA).
• ​بدون اشباع:​​ مزیت بنیادی نسبت به CT‌های هسته‌ای فولادی، که خطر اشباع را در مواقع خطا حذف می‌کند.
• ​سبک وزن:​​ به طور قابل توجهی تنش مکانیکی بر روی ساختار کلی را کاهش می‌دهد.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ سیم‌پیچ‌ها به صورت استراتژیک درون پوشش عایق قرار داده شده‌اند، همنواخت با رساننده اصلی. نصب مکانیکی مقاوم در برابر ارتعاش.
• ​تشخیص ولتاژ:​​
• ​سنسور:​​ تقسیم‌کننده‌های ولتاژ ظرفیتی (CVDs) به عنوان استاندارد. تقسیم‌کننده‌های مقاومتی (RVDs) برای کاربردهای DC خاص یا پهنای باند گسترده‌ای که نیاز به پاسخ ترانزیانت سریع دارند در نظر گرفته شده‌اند.
• ​یکپارچه‌سازی:​​ الکترودهای تشخیص CVD (مقاومت کم) به صورت مستقیم در ساختار عایق یکپارچه شده‌اند. الکترودهای پیشروی دقیق توزیع میدان یکنواخت و ثبات حرارتی/آلودگی را تضمین می‌کنند. محافظت اساسی جلوگیری از تداخل میدان خارجی را انجام می‌دهد.

​3. مدل‌سازی پیشرفته میدان الکترومغناطیسی و جداسازی (چالش مهندسی بحرانی)​​

• ​مدل‌سازی:​​ مدل‌سازی 3D با روش المان محدود (FEM) با دقت بالا برای کل پلتفرم الزامی است:
• به طور دقیق میدان‌های الکترومغناطیسی داخلی را تحت تمام شرایط عملیاتی (سینوسی، ترانزیانت، موج‌های تحریف شده) مشخص می‌کند.
• اثرات نزدیکی از رساننده‌ها، پوشش و فازهای مجاور را ارزیابی می‌کند.
• ​کاهش تداخل:​​
• ​جداشدگی فیزیکی:​​ ترتیب هندسی بهینه اجزای تشخیص (سیم‌پیچ‌ها، الکترودهای CVD) بر اساس نتایج مدل‌سازی. فاصله را در محدودیت‌ها به حداکثر می‌رساند.
• ​محافظت فعال:​​ اجرای محافظ‌های الکترواستاتیک زمین‌شده به صورت استراتژیک بین عناصر سنسور بر اساس داده‌های شبیه‌سازی میدان.
• ​حلقه‌های محافظ:​​ استفاده از حلقه‌های رسانا حول خروجی‌های سیم‌پیچ روگوسکی برای تخلیه جریان‌های جابجایی.
• ​جداسازی دقیق اندازه‌گیری:​​
• ​مسیرهای سیگنال اختصاصی:​​ مسیریابی سیگنال‌ها از سنسورهای فردی با استفاده از کابل‌های پیچیده‌ی محافظ‌شده درون پوشش فوراً پس از ضبط.
• ​طراحی مدار جبران‌کننده:​​ مدارهای شرایط‌سازی الکترونیکی با تکنیک‌های لغو تداخل از مدل‌های FEM طراحی شده‌اند.
• ​اعتبارسنجی:​​ آزمون‌های کارخانه‌ای دقیق (از جمله آزمون‌های تزریق هارمونیک) برای مشخص کردن و تأیید حاشیه‌های جداسازی و سطح تداخل (< 0.1% مشخص شده).

​4. پردازش دیجیتال یکپارچه و رابط‌های استاندارد​

• ​پردازش سیگنال روی بورد:​​
• آی‌سی‌ها یا میکروکنترلرهای با قابلیت اطمینان بالا با مصرف انرژی کم به صورت مستقیم در پلتفرم سنسور یا ماژول مجاور مهر و موم شده یکپارچه شده‌اند.
• وظایف شامل: انتگرال‌گیر سیم‌پیچ روگوسکی، مقیاس‌بندی، تبدیل ADC، محاسبه هارمونیک (در صورت لزوم)، خطی‌سازی، جبران دما و زمان‌بندی.
• ​خروجی دیجیتال استاندارد:​​
• ​رابط‌های تعبیه شده:​​ تجهیزات خروجی دیجیتال مطابق با IEC 61869 به طور مستقیم در واحد CIT تعبیه شده‌اند.
• ​پروتکل‌ها:​​ پشتیبانی استاندارد از:
• ​IEC 61850-9-2:​​ جریان داده‌های نمونه‌برداری شده (SV) از طریق اترنت (معمولاً چندگانه).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ پروفایل SV نسخه گرمسیری برای تعهد به دترمینیسم با تأخیر کم.
• ​گزینه‌های اضافی:​​ امکان خروجی‌های قدیمی (آنالوگ، IEC 60044-8 FT3) در صورت نیاز از طریق ماژول‌های اختیاری.
• ​کیفیت داده:​​ عملکرد واحد ترکیبی (MU) یکپارچه که معیارهای دقت (TPE/TPM کلاس) و زمان‌بندی (همگام‌سازی PLL) مربوط به IEC 61869 را رعایت می‌کند.

​5. ملاحظات طراحی و یکپارچه‌سازی مهندسی​

• ​مدیریت حرارتی:​​ مدل‌ها شامل تحلیل عملکرد حرارتی. مصرف توان از الکترونیک‌ها با استفاده از اجزای کم‌مصرف، پتانسیل سینک‌های حرارتی محلی و مسیرهای تهویه بهینه درون عایق مدیریت می‌شود.
• ​مقاومت EMC/EMI:​​ پوشش همگن، پوشش‌های محافظ، فریت‌ها و استراتژی‌های زمین‌کشی بهینه به الکترونیک‌های داخلی اعمال شده‌اند. محافظت از سر و صدای مطابق با استانداردهای مرتبط (IEC 61000-4-5).
• ​یکپارچگی مکانیکی:​​ تحلیل ساختاری برای بارهای لرزه‌ای، بار باد، بار یخ و نیروهای پویا در مواقع خطا انجام شده است. استفاده بهینه از مواد (ترکیبی/پورسلن/SF6) به جرم لرزه‌ای کمتر کمک می‌کند.
• ​کالیبراسیون و آزمون کارخانه:​​ کالیبراسیون جامع در برابر استانداردهای مرجع (روش‌های نوری/VTBI). شامل تأیید مؤثر بودن جداسازی EM، دقت زمان‌بندی، رعایت پروتکل و آزمون‌های دی‌الکتریک با توان کامل.
• ​دوره عمر و خدمات‌پذیری:​​ طراحی شده برای نگهداری حداقل (به ویژه SF6 یا عایق جامد). الکترونیک‌های ماژولار پتانسیل دسترسی/آزمون بدون تجزیه عمده. مسیرهای دوره پایان عمر در نظر گرفته شده‌اند (بازیابی/دوباره‌چرخه‌ای SF6).

​مزایای حاصل از این رویکرد طراحی و یکپارچه‌سازی:​​

• ​کاهش فضای مورد نیاز:​​ تا 40-50% کاهش فضا نسبت به CTs/VTs جداگانه - حیاتی برای بازسازی‌ها و طراحی‌های GIS/AIS فشرده.
• ​افزایش دقت و ایمنی:​​ حذف خطرات اشباع CT معمولی، بهبود پاسخ ترانزیانت (روگوسکی/CVD)، کاهش اتصالات خارجی/خطرات.
• ​ساده‌سازی نصب:​​ نصب و راه‌اندازی واحد واحد به طور قابل توجهی کار میدانی و پیچیدگی کابل‌کشی را کاهش می‌دهد.
• ​کاهش هزینه‌های دوره عمر:​​ کاهش نصب، کابل‌کشی، کار ساختمانی و هزینه‌های نگهداری.
• ​آمادگی زیرساخت دیجیتال:​​ خروجی مستقیم IEC 61850-9-2/3LE امکان یکپارچه‌سازی سلسبی در سیستم‌های حفاظت، کنترل و نظارت مدرن (SAS) را فراهم می‌کند.
• ​پلتفرم آینده‌پژوه:​​ طراحی ماژولار امکان گنجاندن فناوری‌های سنسور و استانداردهای ارتباطی در حال تحول را فراهم می‌کند.
• ​کاهش تأثیرات محیط زیستی (گزینه عایق جامد):​​ حذف استفاده از SF6 و خطرات مرتبط با آن.