Rogowski-Spule + Niedrigenergie-CT (LPCT) integrierte GIS-Breitband-Strommesslösung

Hintergrund: In Gleichstrom-Umrichterstationen, großen elektrischen Lichtbogenöfen und anderen Umgebungen mit starken harmonischen Verunreinigungen und hohen transitorischen Bedingungen stellen traditionelle elektromagnetische Stromtransformatoren (CTs) in gasisolierten Schaltanlagen (GIS) erhebliche Herausforderungen dar: Die begrenzte Frequenzbandbreite führt zu Verzerrungen von Hochfrequenz- und Transientensignalen; die Messgenauigkeit reicht für die Anforderungen an die Harmonischenanalyse und den Schutz nicht aus; und externe Merging Units (MUs) erhöhen die Kosten und Komplexität.

Lösung: Diese Lösung integriert innovativ Rogowski-Spulen und Niedrigleistungs-Stromtransformatoren (LPCTs) innerhalb der GIS-Gehäuse, kombiniert mit lokaler Digitalisierungstechnologie, um genaue Vollbandmessungen von nahezu DC bis zu hohen Frequenzen bereitzustellen, mit direkter digitaler Ausgabe gemäß dem IEC 61850-Standard.

Technische Highlights:

1. Dual-Sensor-Fusion-Technologie:
• Rogowski-Spule: Verantwortlich für die Erfassung von Breitband-/Hochfrequenzharmonischen/Transientenströmen. Ihr Fehlen von magnetischer Sättigung gewährleistet eine lineare Antwort über ein extrem breites Frequenzband von 0,1 Hz bis 2 MHz, wodurch schnelle Transientprozesse in Umrichterstationen (z.B. Kommutationsausfälle) und hochfrequente Harmonische bis zu mehreren Hundert Mal, die von Lichtbogenöfen erzeugt werden, genau erfasst werden.
• Niedrigleistungs-CT (LPCT): Verantwortlich für die hochgenaue Messung und den Schutz von Netzfrequenzgrundwellen. Es erreicht eine Genauigkeitsklasse von bis zu 0,2S, was eine stabile, zuverlässige und standardkonforme Strommessung unter Grundfrequenz (50/60Hz) und benachbarten niedrigen Harmonischen sicherstellt und den Anforderungen an Energiemessung und Schutzsignale entspricht.
• Intelligente Fusion: Eine Datenverarbeitungseinheit führt eine intelligente Synchronisation und Kalibrierung der beiden Signalwege durch, um eine nahtlose Verbindung über das gesamte Frequenzband (0,1 Hz bis 2 MHz) herzustellen und einen einheitlichen, hochgenauen Stromdatenstrom auszugeben.
2. Sensor-nahes Digitalisieren:
• Abtastung: Integriert den leistungsfähigen AD7606-ADC-Chip (16-Bit-Auflösung, 200 kSPS-Abtastrate) direkt auf der CT-Montageflanschseite.
• Ausgabe: Digitalisierte Daten werden über Glasfaser übertragen, gemäß dem IEC 61850-9-2LE-Protokollstandard, wodurch die traditionelle externe Merging Unit (MU) ersetzt wird.
• Vorteile: Beseitigt vollständig Dämpfung, Rauschstörungen und Erdungsprobleme, die durch die langstreckige Analogsignalübertragung entstehen; vereinfacht erheblich die Systemstruktur; verbessert die Signalqualität und die Störfestigkeit.
3. Extrem störfestes Design (Kern zur Zuverlässigkeitsgewährleistung):
• Fusionseinheit (MU-Modul)-Struktur:
• Gehäuse: Ein hochfestes Aluminiumgussgehäuse bietet mechanische Stärke und grundlegende elektromagnetische Abschirmung.
• Kernabschirmungsschicht: Verwendet Permalloy (magnetische Permeabilität μ ≥ 10⁴), um einen ultra-hohen Permeabilitätsweg für die magnetische Abschirmung zu bilden. Die Abschirmfähigkeit dieses Materials für niederfrequente starke Magnetfelder übertrifft bei weitem die von normalen Aluminiumgehäusen oder Siliziumblechen, was es zur idealen Wahl für die harte elektromagnetische Umgebung innerhalb der GIS macht.

Anwendungsszenarien:

• Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC)-Umrichterstationen: Erfasst genau steile Wellenfronten (extrem hohe di/dt) und charakteristische Harmonische (z.B. 12k±1 Ordnungen, die von 12-Puls-Systemen erzeugt werden) während des Umrichterschaltvorgangs, um eine stabile und effiziente Betriebsweise des Gleichstromsteuer- und Schutzsystems sicherzustellen.
• Große Lichtbogenöfen / Walzwerke und andere Stoßlasten: Erfasst präzise schnell startende/stoppende Lasten, Kurzschlussströme und die erzeugten breitbandigen Harmonischen (2. bis 50. Ordnung und darüber hinaus), um hochauflösende Daten für die Analyse der Netzqualität, die Harmonischenminderung und den Relais-Schutz bereitzustellen.
• Smart-Unterstationen: Erfüllt die strengen Anforderungen an die Bandbreite und Genauigkeit der Stromdaten für neue fortschrittliche Anwendungen wie zustandsbasierte Überwachung (CBM), Phasenmess-Einheiten (PMU) und breitbandigen Schutz.

Kernvorteile:

1. Ultra-Hohe Genauigkeit über die gesamte Bandbreite: Gesamtfehler streng kontrolliert innerhalb von ±0,5% über das gesamte Messband (0,1 Hz - 2 MHz), gleichzeitig erfüllen sie die Anforderungen an hochgenaue Netzfrequenzmessung (0,2S-Klasse) und Hochfrequenz/Transientenmessung.
2. Durchbruch in Bezug auf Bandbreitenbegrenzungen: Die extrem breite Frequenzantwort der Rogowski-Spule (0,1 Hz - 2 MHz) deckt DC-Komponenten, extrem niedrige Harmonische bis hin zu hochfrequenten RF-Störungen ab, was traditionelle CTs nicht erreichen können.
3. Signifikante Kosteneinsparungen und Platzsparen: Eliminiert die externe Merging Unit (MU) und dazugehörige Leitungen, Installationsraum, reduziert die Gesamtkosten für die Beschaffung, Installation und Wartung des Systems um etwa 30%. Die Hauptstruktur der GIS wird kompakter.
4. Hohe Störfestigkeit und zuverlässiger Betrieb: Die Kombination aus einem Aluminiumgussgehäuse und Permalloy-Magnetabschirmung bietet ausgezeichneten elektromagnetischen Schutz, um einen langfristig stabilen und zuverlässigen Betrieb in der harten GIS-Umgebung sicherzustellen.
5. Seamless-Digital-Netzintegration: Nativer IEC 61850-9-2LE-Glasfaser-digitaler Ausgang, vollständig kompatibel mit moderner digitaler Unterstationsarchitektur, vereinfacht die sekundäre Verkabelung.

Überblick über die wichtigsten Leistungsparameter