Комбіноване виробниче рішення (CIT): Перспектива інженерного проектування та інтеграції

​1. Основна концепція рішення: модульна платформа з загальною ізоляцією​

• ​Дизайн:​​ Розробка єдиної, модульної платформи, яка містить функції вимірювання струму та напруги в одній оптимізованій структурі.
• ​Ізоляція:​​ Використання загальної ізоляційної оболонки. Інженерно розроблено два варіанти:
• ​Газ SF6:​​ Доведена висока діелектрична стійкість та відмінні властивості гасіння дуги для вищих класів напруги (наприклад, 72,5 кВ і вище). Дизайн передбачає моніторинг густини газу та доведену технологію герметизації.
• ​Композитна оболонка (твердий ізолятор):​​ Екологічно стабільне рішення, яке використовує матеріали високого класу з полімерів та силиконових шипів. Ідеальний варіант для нижчих до середніх напруг або там, де необхідне уникнення використання SF6. Оптимізований для відстані послизування та забруднення.
• ​Модульності:​​ Дизайн внутрішніх компонентів та інтерфейсів, щоб дозволити:
• Масштабування на різних класах напруг (наприклад, за допомогою регулювання довжини ізолятора).
• Адаптацію до специфічних вимог до інтерфейсу втулок.
• Можливість майбутнього оновлення технології сенсорів.

​2. Реалізація інтегрованої технології вимірювання​

• ​Вимірювання струму:​​
• ​Сенсор:​​ Високоточні, компенсовані температурою катушки Роговського. Обрані для:
• ​Широкий динамічний діапазон:​​ Відмінна лінійність від маленьких частин номінального струму до високих аварійних струмів (наприклад, >40 кА).
• ​Без насичення:​​ Фундаментальна перевага над трансформаторами струму з залізним сердечником, що елімінує ризик насичення під час аварій.
• ​Легкий:​​ Значно зменшує механічне напруження на загальну конструкцію.
• ​Інтеграція:​​ Катушки стратегічно розміщені всередині ізоляційної оболонки, концентрично з основним провідником. Механічне кріплення, стійке до вібрації.
• ​Вимірювання напруги:​​
• ​Сенсор:​​ Високостабільні ємкостні дільники напруги (CVD) як стандарт. Резистивні дільники (RVD) розглядаються для конкретних DC або широкосмугових застосувань, що потребують швидкої трансієнтної відповіді.
• ​Інтеграція:​​ Електроди CVD (низької імпедансу) інтегровані безпосередньо в структуру ізолятора. Точні електроди розподілу забезпечують рівномірне розподілення поля та термічну/забруднюючу стабільність. Критичне екранировання запобігає зовнішньому втрученню поля.

​3. Прогресивне моделювання електромагнітного поля та ізоляція (критична інженерна проблема)​​

• ​Моделювання:​​ Обов'язкове, високоякісне 3D моделювання методом скінченних елементів (FEM) всієї платформи:
• Точний характер електромагнітних полів всередині під усіми операційними умовами (синусоїдальні, трансієнтні, спотворені форми хвилі).
• Оцінка ефектів близькості від провідників, оболонки та суміжних фаз.
• ​Мінімізація перетину сигналів:​​
• ​Фізичне розділення:​​ Оптимальна геометрична розстановка сенсорних елементів (катушок, електродів CVD) на основі результатів моделювання. Максимізація відстані в рамках обмежень.
• ​Активне екранировання:​​ Реалізація заземлених електростатичних екранів, стратегічно розташованих між сенсорними елементами на основі даних моделювання поля.
• ​Захисні кільце:​​ Використання провідних захисних кілець навколо виходів катушок Роговського для відведення потоків переміщення.
• ​Точне вимірювання ізоляції:​​
• ​Відведені шляхи сигналів:​​ Передача сигналів від окремих сенсорів за допомогою екранированих, скручених пар кабелів всередині оболонки негайно після захоплення.
• ​Компенсована схема проектування:​​ Електронні схеми умовлення, розроблені з техніками скасування перетину сигналів, отриманими з моделей FEM.
• ​Перевірка:​​ Суворі заводські випробування (включаючи випробування введення гармонік) для характеристики та перевірки маржі ізоляції та рівнів перетину сигналів (< 0,1% вказано).

​4. Інтегроване цифрове оброблення та стандартизовані інтерфейси​

• ​Оброблення сигналів на платформі:​​
• Спеціалізовані, низьковаттажні ASIC-модулі або високонадійні мікроконтролери, безпосередньо інтегровані на платформу сенсора або суміжний герметичний модуль.
• Функції включають: інтегратор катушок Роговського, масштабування, ADC-перетворення, обчислення гармонік (якщо застосовується), лінеаризацію, температурну компенсацію та проставлення часової метки.
• ​Стандартизований цифровий вихід:​​
• ​Вбудовані інтерфейси:​​ Інтеграція цифрової виходної схеми, відповідної IEC 61869, безпосередньо в одиницю CIT.
• ​Протоколи:​​ Стандартизована підтримка:
• ​IEC 61850-9-2:​​ Потік вибіркових значень (SV) через Ethernet (типово мультикаст).
• ​IEC 61850-9-3LE:​​ Профіль SV Lightning Edition для гарантованої низької затримки детермінізму.
• ​Додаткові опції:​​ Наявність можливостей для наслідних виходів (аналогових, IEC 60044-8 FT3), де це необхідно, через опціональні модулі.
• ​Якість даних:​​ Інтегрована функціональність єдиної одиниці (MU), яка відповідає відповідним стандартам точності IEC 61869 (TPE/TPM клас) та синхронізації (PLL синхронізація).

​5. Інженерні розробки та розгляд аспектів інтеграції​

• ​Термальне управління:​​ Моделі включають аналіз термального виконання. Виділення тепла від електроніки активно керується за допомогою низьковаттажних компонентів, потенційних локальних теплообмінників та оптимізованих шляхів конвекції всередині ізолятора.
• ​Міцність EMC/EMI:​​ Конформна покриття, екранировані оболонки, феріти та оптимізовані стратегії заземлення застосовані до внутрішніх електронних компонентів. Захист від вибухів, відповідний відповідним стандартам (IEC 61000-4-5).
• ​Механічна цілісність:​​ Виконано структурний аналіз для сейсмічних навантажень, вітрових навантажень, льодяних навантажень та динамічних сил під час аварій. Оптимізоване використання матеріалів (композит/порцеляна/SF6) сприяє зниженню сейсмічної маси.
• ​Заводська калібрування та випробування:​​ Комплексне калібрування відповідно до референтних стандартів (оптичні/VTBI методи). Включає перевірку ефективності електромагнітної ізоляції, точності часових параметрів, відповідності протоколам та повноцінні випробування диелектричних властивостей.
• ​Життєвий цикл та обслуговування:​​ Розроблено для мінімального обслуговування (особливо SF6 або твердий ізолятор). Модульна електроніка, потенційно доступна/тестова без великої розборки. Шляхи виключення в кінці життєвого циклу враховані (відновлення/переробка SF6).

​Переваги, досягнуті завдяки такому підходу до розробки та інтеграції:​​

• ​Зменшення площі:​​ До 40-50% економії простору порівняно з окремими CT/VT - важливо для модернізації та компактних GIS/AIS конструкцій.
• ​Покращена точність та безпека:​​ Елімінує ризик насичення традиційних CT, покращує трансієнтну відповідь (Роговський/CVD), зменшує зовнішні з'єднання/ризики.
• ​Спрощена установка:​​ Одночасне монтаж та введення в експлуатацію значно зменшує трудові витрати та складність кабельних систем.
• ​Зниження витрат на життєвий цикл:​​ Зменшення витрат на установку, кабелювання, будівельні роботи, обслуговування.
• ​Готовність до цифрової підстанції:​​ Безпосередній вихід IEC 61850-9-2/3LE забезпечує безперебійну інтеграцію в сучасні системи захисту, контролю та моніторингу (SAS).
• ​Платформа, готова до майбутнього:​​ Модульний дизайн дозволяє адаптацію до нових технологій сенсорів та стандартів комунікації.
• ​Зменшення впливу на навколишнє середовище (варіант твердого ізолятора):​​ Елімінує використання SF6 та пов'язані з ним ризики.