Kombinerad mättransformator (CIT) lösning: Ingenjörsdesign och integrationsperspektiv

1. Kärnlösningens koncept: Modulär plattform med delad isolering

Design: Utveckla en enhetlig, modulär plattform som innehåller både ström- och spänningsmätning inom en enda, optimerad struktur.
Isolering: Använd en delad isolerande omhölje. Två alternativ är utformade:

SF6-gas: Bevisat hög dielektrisk styrka och utmärkta egenskaper för båglösningsförmåga vid högre spänningar (t.ex. 72,5 kV och över). Designen inkluderar övervakning av gasdensitet och beprövad tättningsteknik.
Kompositomhölje (solid isolering): Miljömässigt hållbart alternativ med högklassiga polymermaterial och silikonbeslag. Idealt för lägre till medelhög spänning eller där undvikande av SF6 är obligatoriskt. Optimerad för glidsträcka och föroreningsprestanda.

Skalbarhet över olika spänningsklasser (t.ex. genom justering av isolatorlängd).
Anpassning till specifika bushinggränssnittsbehov.
Möjlighet till framtida uppgraderingar av sensortechnologi.

2. Implementering av integrerad mätteknik

Bred dynamiskt område: Utmärkt linjäritet från små andelar av nominell ström upp till höga felströmmar (t.ex. >40 kA).
Ingen mättnad: Grundläggande fördel jämfört med järnkärnstransformatorer, eliminera mättnadsrisk under fel.
Lättviktig: Reducerar mekaniska påfrestningar på den totala strukturen betydligt.

Integration: Spiraler strategiskt placerade inuti isoleringsomhöljet, koncentriskt med den primära ledaren. Säker mekanisk montering motstående mot vibrationer.

Sensor: Högstabil kapacitiv spänningsdelare (CVD) som standard. Resistiv delare (RVD) övervägs för specifika DC- eller bredbandsapplikationer som kräver snabb transientsvar.
Integration: CVD-mätsensorer (låg impedans) integrerade direkt i isoleringsstrukturen. Precisionsgraduerings-elektroder säkerställer jämn fältfördelning och termisk/föroreningsstabilitet. Kritisk sköldning förhindrar externa fältstörningar.

3. Avancerad elektromagnetisk fältmodellering och isolering (kritisk ingenjörsutmaning)

Modellering: Obligatorisk, högupplöst 3D Finita Element Metod (FEM) modellering av hela plattformen:

Precis karakteriserar interna elektromagnetiska fält under alla driftförhållanden (sinusform, transient, distorserade vågor).
Utvärderar närhetseffekter från ledare, omhölje och angränsande faserna.

Fysisk separation: Optimal geometrisk placering av sensorer (spiraler, CVD-elektroder) baserat på modellresultat. Maximalt avstånd inom begränsningar.
Aktiv sköldning: Implementering av jordade elektrostatiska sköldar strategiskt placerade mellan sensorelement baserat på fältsimuleringsdata.
Vaktcirkel: Använd konduktiva vaktcirklar runt Rogowskispiralens utgångar för att dra bort förskjutningsströmmar.

Dedikerade signalvägar: Ruttering av signaler från enskilda sensorer med skölda, tvistade par-kablar inuti omhöljet omedelbart efter insamling.
Kompenserad kretsdesign: Elektroniska konditionerkretsar utformade med korspratavbrytande tekniker informerade av FEM-modeller.
Validering: Sträng fabrikstestning (inklusive harmonisk injektionstest) för att karakterisera och verifiera isoleringsmarginaler och korspratnivåer (< 0,1% specificerat).

4. Integrerad digital bearbetning och standardiserade gränssnitt

Dedikerade, lågkonsumtion ASIC:er eller högrelativitets mikrokontroller direkt integrerade på sensorplattformen eller intilliggande seglad modul.
Funktioner inkluderar: Rogowski-spiralintegrator, skalning, ADC-konvertering, harmonisk beräkning (om tillämpligt), linjärisering, temperaturkompensation och tidsstämpel.

Inbyggda gränssnitt: Inkorporera IEC 61869-kompatibla digitala utgångskretsar direkt inuti CIT-enheten.
Protokoll: Standardiserat stöd för:

IEC 61850-9-2: Samplade värden (SV) ström över Ethernet (vanligtvis multicast).
IEC 61850-9-3LE: Lightning Edition SV-profil för garanterad låg latens-determinism.

Ytterligare alternativ: Bestämmelser för äldre utgångar (analog, IEC 60044-8 FT3) där det krävs via valbara moduler.

Datakvalitet: Integrerad Merging Unit (MU) funktionalitet som uppfyller relevanta IEC 61869-noggrannhets- (TPE/TPM klass) och tidsinställningsstandarder (PLL-synkronisering).

5. Ingenjörsdesign och integrationsöverväganden

Termisk hantering: Modeller inkluderar termisk prestandaanalys. Effektavledning från elektronik hanteras aktivt med lågkonsumtionkomponenter, potentiella lokala värmesänkor och optimerade konvektionssökvägar inuti isolatorn.
EMC/EMI robusthet: Konformbeläggning, skölda omhöljen, ferriter och optimerade jordningsstrategier tillämpas på intern elektronik. Överbelastningsskydd i enlighet med relevanta standarder (IEC 61000-4-5).
Mekanisk integritet: Strukturanalys utförs för seismiska belastningar, vindbelastning, isbelastning och dynamiska krafter under fel. Optimerad användning av material (komposit/porcellan/SF6) bidrar till lägre seismisk massa.
Fabrikskalibrering och testning: Komprehensiv kalibrering mot referensstandarder (optiska/VTBI-metoder). Inkluderar verifiering av EM-isoleringsverkan, tidsnoggrannhet, protokollkompatibilitet och full effekt dielektriska tester.
Cykel och servicebarhet: Utformad för minimal underhåll (särskilt SF6 eller solid isolering). Modulär elektronik potentiellt tillgänglig/testbar utan stora demonteringar. Slutlivshanteringsvägar övervägs (SF6 återvinning/recycling).

Fördelar som uppnås genom denna design- och integrationsmetod:

Footprint-reduktion: Upp till 40-50% rymd besparing jämfört med separata CT/VT - viktigt för reparationer och kompakta GIS/AIS-designer.
Förbättrad noggrannhet och säkerhet: Eliminerar traditionella risker för mättransformatorsmättnad, förbättrar transientsvar (Rogowski/CVD), minskar externa anslutningar/risker.
Förenklad installation: Enhetlig montering och kommissionering minskar betydligt fältarbete och kablagekomplexitet.
Lägre livscykelskostnader: Minskade installations-, kablings-, civila arbets- och underhållskostnader.
Beredskap för digitala anläggningar: Direkt IEC 61850-9-2/3LE-utgång möjliggör sömlös integration i moderna skydd, styrning och övervakningssystem (SAS).
Framtidsbekräftad plattform: Modular design möjliggör anpassning till utvecklande sensortechnologier och kommunikationsstandarder.
Minskad miljöpåverkan (solid isoleringsoption): Eliminerar användningen av SF6 och associerade risker.