Solução de Transformador Combinado (CIT): Perspetiva de Engenharia de Design e Integração

1. Conceito de Solução Central: Plataforma Modular com Isolamento Compartilhado

Design: Desenvolver uma plataforma unificada e modular que abrigue tanto as funções de detecção de corrente quanto de tensão em uma única estrutura otimizada.
Isolamento: Utilizar um envelope isolante compartilhado. Duas opções foram engenhadas:

Gás SF6: Comprovada alta resistência dielétrica e excelentes propriedades de extinção de arco para classes de tensão mais elevadas (por exemplo, 72,5 kV e acima). O design incorpora monitoramento da densidade do gás e tecnologia de vedação comprovada.
Caso Composto (Isolamento Sólido): Solução ambientalmente sustentável utilizando materiais poliméricos de alta qualidade com lâminas de silicone. Ideal para tensões menores a médias ou onde é obrigatória a evitação do SF6. Otimizado para distância de rastejamento e desempenho contra poluição.

Escala em diferentes classes de tensão (por exemplo, através do ajuste do comprimento do isolador).
Adaptação a requisitos específicos de interface de bucha.
Potencial para futuras atualizações de tecnologia de sensores.

2. Implementação de Tecnologia de Detecção Integrada

Sensor: Bobinas de Rogowski de alta precisão e compensadas por temperatura. Selecionadas por:

Ampla Faixa Dinâmica: Excelente linearidade desde frações pequenas da corrente nominal até altas correntes de falha (por exemplo, >40 kA).
Sem Saturação: Vantagem fundamental sobre CTs de núcleo de ferro, eliminando o risco de saturação durante falhas.
Leve: Reduz significativamente o estresse mecânico na estrutura geral.

Integração: Bobinas estrategicamente posicionadas dentro do envelope do isolador, concêntricas com o condutor primário. Montagem mecânica segura resistente a vibrações.

Sensor: Divisores de tensão capacitivos (CVDs) de alta estabilidade como padrão. Divisores resistentivos (RVDs) considerados para aplicações DC ou de largura de banda ampla que requerem resposta transitória rápida.
Integração: Eletrodos de detecção CVD (baixa impedância) integrados diretamente na estrutura do isolador. Eletrodos de graduação de precisão garantem distribuição uniforme do campo e estabilidade térmica/poluente. Blindagem crítica previne interferência de campos externos.

3. Modelagem Avançada de Campo Eletromagnético & Isolamento (Desafio de Engenharia Crítico)

Modelagem: Modelagem 3D de Elementos Finitos (FEM) de alta fidelidade obrigatória para toda a plataforma:

Caracteriza com precisão os campos eletromagnéticos internos sob todas as condições operacionais (sinusoidais, transientes, formas de onda distorcidas).
Avalia efeitos de proximidade de condutores, invólucro e fases adjacentes.

Separação Física: Arranjo geométrico ótimo de elementos de detecção (bobinas, eletrodos CVD) baseado nos resultados da modelagem. Maximiza a distância dentro das restrições.
Blindagem Ativa: Implementação de blindagens eletrostáticas aterradas estrategicamente posicionadas entre os elementos de sensor baseadas em dados de simulação de campo.
Anéis de Guarda: Utiliza anéis condutivos ao redor das saídas das bobinas de Rogowski para drenar correntes de deslocamento.

Rotas de Sinal Dedicadas: Roteamento de sinais de sensores individuais usando cabos par trançado blindado dentro do invólucro imediatamente após a captura.
Projeto de Circuito Compensado: Circuitos eletrônicos de condicionamento projetados com técnicas de cancelamento de interferência cruzada informadas por modelos FEM.
Validação: Testes rigorosos de fábrica (incluindo testes de injeção harmônica) para caracterizar e verificar margens de isolamento e níveis de interferência cruzada (< 0,1% especificados).

4. Processamento Digital Integrado & Interfaces Padronizadas

Circuitos integrados de baixo consumo (ASICs) ou microcontroladores de alta confiabilidade diretamente integrados na plataforma de sensores ou módulo selado adjacente.
Funções incluem: integrador de bobina de Rogowski, escalonamento, conversão ADC, cálculo harmônico (se aplicável), linearização, compensação de temperatura e marcação de tempo.

Interfaces Embutidas: Incorporar circuitaria de saída digital compatível com IEC 61869 diretamente no CIT.
Protocolos: Suporte padronizado para:

IEC 61850-9-2: Fluxo de Valores Amostrados (SV) via Ethernet (geralmente multicast).
IEC 61850-9-3LE: Perfil SV Edição Relâmpago para determinismo de baixa latência garantido.

Opções Adicionais: Provisão para saídas legadas (analógicas, IEC 60044-8 FT3) conforme necessário via módulos opcionais.

Qualidade de Dados: Funcionalidade integrada de Unidade de Fusão (MU) atendendo aos padrões relevantes de precisão IEC 61869 (classe TPE/TPM) e sincronização (PLL).

5. Considerações de Design e Integração de Engenharia

Gestão Térmica: Modelos incluem análise de desempenho térmico. Dissipação de energia dos eletrônicos gerenciada ativamente usando componentes de baixo consumo, potenciais dissipadores de calor localizados e caminhos de convecção otimizados dentro do isolador.
Robustez EMC/EMI: Aplicação de revestimento conformal, invólucros blindados, ferrites e estratégias de aterramento otimizadas aos eletrônicos internos. Proteção contra surtos conforme padrões relevantes (IEC 61000-4-5).
Integridade Mecânica: Análise estrutural realizada para cargas sísmicas, carga de vento, carga de gelo e forças dinâmicas durante falhas. Uso otimizado de materiais (composto/porcelana/SF6) contribui para massa sísmica menor.
Calibração e Testes de Fábrica: Calibração abrangente contra padrões de referência (métodos ópticos/VTBI). Inclui verificação da eficácia do isolamento EM, precisão de tempo, conformidade com protocolos e testes dielétricos de potência total.
Ciclo de Vida & Manutenibilidade: Projetado para manutenção mínima (especialmente SF6 ou isolamento sólido). Eletrônicos modulares potencialmente acessíveis/testáveis sem desmontagem majoritária. Caminhos de descarte no final da vida considerados (recuperação/reciclagem de SF6).

Benefícios Realizados através deste Abordagem de Design & Integração:

Redução de Pegada: Até 40-50% de economia de espaço em comparação com CTs/VTs separados - crucial para retrofit e designs compactos de GIS/AIS.
Precisão e Segurança Aumentadas: Elimina riscos de saturação de CTs tradicionais, melhora a resposta transitória (Rogowski/CVD), reduz conexões/riscos externos.
Instalação Simplificada: Montagem e comissionamento de uma única unidade reduzem significativamente a mão de obra de campo e a complexidade de cabos.
Custos de Ciclo de Vida Menores: Redução de instalação, cabos, obras civis, custos de manutenção.
Prontidão para Subestações Digitais: Saída direta IEC 61850-9-2/3LE permite integração perfeita em sistemas modernos de proteção, controle e monitoramento (SAS).
Plataforma Futuro-Ssegura: Design modular acomoda tecnologias de sensores e padrões de comunicação em evolução.
Redução do Impacto Ambiental (Opção de Isolamento Sólido): Elimina o uso de SF6 e riscos associados.