Sistema di misurazione della corrente a larga banda integrato GIS con Coil Rogowski + CT a basso consumo (LPCT)

Contesto:​​ Nelle stazioni di conversione per la trasmissione continua (DC), nelle grandi fornaci elettriche ad arco e in altri ambienti con forte inquinamento armonico e condizioni transitorie elevate, i tradizionali trasformatori di corrente elettromagnetici (CT) all'interno degli apparati isolati a gas (GIS) affrontano sfide significative: la banda passante limitata causa la distorsione dei segnali ad alta frequenza e transitori; l'accuratezza della misurazione non è sufficiente per le analisi armoniche e i requisiti di protezione; e le unità di fusione esterne (MU) aumentano i costi e la complessità.

​Soluzione:​​ Questa soluzione innovativamente integra bobine Rogowski e trasformatori di corrente a basso consumo (LPCT) all'interno dell'involucro GIS, combinati con la tecnologia di digitalizzazione locale, fornendo una misurazione accurata su tutta la banda da quasi DC a frequenze elevate, con un'uscita digitale diretta conforme allo standard IEC 61850.

​Punti Tecnici di Rilievo:​​

1. ​Tecnologia di Fusione Dual-Sensor:​​
• ​Bobina Rogowski:​​ Responsabile della cattura di correnti armoniche a larga banda/alto ordine e transitorie. La sua assenza di saturazione magnetica garantisce una risposta lineare in una banda passante ultra-larga da 0,1 Hz a 2 MHz, catturando con precisione processi transitori veloci nelle stazioni di conversione (ad esempio, fallimenti di commutazione) e armoniche di alto ordine fino a diverse centinaia generate dalle fornaci ad arco.
• ​Trasformatore di Corrente a Basso Consumo (LPCT):​​ Responsabile della misurazione ad alta accuratezza e della protezione delle fondamentali di potenza. Raggiunge una classe di accuratezza elevata fino a 0,2S, garantendo una misurazione di corrente stabile, affidabile e conforme agli standard sotto le condizioni di frequenza fondamentale (50/60Hz) e armoniche di basso ordine vicine, soddisfacendo i requisiti per la rilevazione del consumo energetico e le fonti di segnale di protezione.
• ​Fusione Intelligente:​​ Un'unità di elaborazione dati esegue la sincronizzazione e la calibrazione intelligente dei due percorsi di segnale, realizzando un'incollatura senza soluzioni di continuità su tutta la banda passante (da 0,1 Hz a 2 MHz), producendo un flusso di dati di corrente unificato e ad alta precisione.
2. ​Digitalizzazione sul Sensore:​​
• ​Campionamento:​​ Integra il chip ADC AD7606 ad alte prestazioni (risoluzione a 16 bit, tasso di campionamento di 200 kSPS) direttamente sul lato della flangia di montaggio del CT.
• ​Uscita:​​ I dati digitalizzati vengono trasmessi tramite fibra ottica, conformi allo standard del protocollo IEC 61850-9-2LE, sostituendo l'unità di fusione esterna (MU) tradizionale.
• ​Vantaggi:​​ Elimina completamente l'attenuazione, l'interferenza e i problemi di messa a terra introdotti dalla trasmissione analogica a lunga distanza; semplifica significativamente la struttura del sistema; migliora la qualità del segnale e la capacità anti-interferenza.
3. ​Progettazione Estrema Anti-Interferenza (Garanzia Chiave di Affidabilità):​​
• ​Struttura dell'Unità di Fusione (Modulo MU):​​
• ​Involucro:​​ Un involucro in alluminio fuso ad alta rigidità fornisce resistenza meccanica e schermatura elettromagnetica di base.
• ​Strato di Schermo Centrale:​​ Utilizza Permalloy (permeabilità magnetica μ ≥ 10⁴), formando un percorso di schermo magnetico ad ultra-alta permeabilità. La capacità di schermatura di questo materiale per i forti campi magnetici a bassa frequenza supera ampiamente quella degli involucri in alluminio comuni o delle lamiere di silicio, rendendolo la scelta ideale per l'ambiente elettromagnetico severo all'interno del GIS.

​Scenari di Applicazione:​​

• ​Stazioni di Conversione per Trasmissione Continua (HVDC):​​ Misura con precisione le correnti transitorie con fronte d'onda ripido (di/dt estremamente elevato) e le armoniche caratteristiche (ad esempio, gli ordini 12k±1 generati dai sistemi a 12 pulsanti) prodotte durante la commutazione dei valvole convertitrici, garantendo l'operazione stabile ed efficiente del sistema di controllo e protezione DC.
• ​Grandi Fornaci Elettriche ad Arco / Laminatoi e Altri Carichi Impatti:​​ Cattura con precisione l'avvio/fermata rapida del carico, le correnti di cortocircuito e le armoniche a larga banda (dall'ordine 2 al 50 e oltre), fornendo dati ad alta fedeltà per l'analisi della qualità dell'energia, la mitigazione armonica e la protezione relè.
• ​Sottostazioni Intelligenti:​​ Soddisfa i requisiti stringenti per la banda passante e l'accuratezza dei dati di corrente da nuove applicazioni avanzate come il Monitoraggio Basato sullo Stato (CBM), le Unità di Misura Fasoriale (PMU) e la protezione a larga banda.

​Vantaggi Principali:​​

1. ​Accuratezza Ultra-Alta Su Tutto il Range di Frequenza:​​ L'errore complessivo è rigorosamente controllato entro ±0,5% su tutta la banda di misurazione (0,1 Hz - 2 MHz), soddisfacendo contemporaneamente i requisiti di misurazione ad alta accuratezza in frequenza di rete (classe 0,2S) e le necessità di misurazione ad alta frequenza/transitoria.
2. ​Superamento dei Limiti di Banda Passante:​​ La risposta di frequenza ultra-larga della bobina Rogowski (0,1 Hz - 2 MHz) copre i componenti DC, le armoniche di ordine estremamente basso fino all'interferenza RF ad alta frequenza, irraggiungibile dai tradizionali CT.
3. ​Risparmio Significativo di Costi e Spazio:​​ Elimina l'unità di fusione esterna (MU) e i cavi associati, lo spazio di installazione, riducendo i costi complessivi di acquisto, installazione e manutenzione del sistema di circa il 30%. La struttura principale del GIS diventa più compatta.
4. ​Anti-Interferenza Elevata & Operazione Affidabile:​​ La combinazione di un involucro in alluminio fuso e uno schermo magnetico in Permalloy fornisce una protezione elettromagnetica eccezionale, garantendo un'operazione stabile e affidabile a lungo termine nell'ambiente severo del GIS.
5. ​Integrazione Digitale Senza Soluzioni di Continuità:​​ Uscita digitale ottica nativa IEC 61850-9-2LE, pienamente compatibile con l'architettura moderna delle sottostazioni digitali, semplificando il cablaggio secondario.

​Panoramica dei Parametri di Prestazione Chiave​