ما هي المكونات التي تشكل تصميم معدات التوزيع الشبكي ذات الجهد المتوسط؟

بصفتي خبيرًا ملتزمًا بعمق في مجال تصميم أنظمة الطاقة لسنوات عديدة، فقد كنت دائمًا أهتم بالتطور التكنولوجي وتطبيق معدات التوزيع الدائرية ذات الجهد المتوسط. كجهاز كهربائي رئيسي في حلقة التوزيع الثانوية لنظام الطاقة، فإن تصميم وأداء هذه المعدات مرتبط مباشرة بتشغيل الشبكة الكهربائية بأمان واستقرار. فيما يلي تحليل محترف للموضوعات الرئيسية في تصميم معدات التوزيع الدائرية، مع التركيز على المعايير الصناعية والممارسات الهندسية.

1. منطق التصميم العام والتخطيط الهندسي

يجب أن يتماشى تصميم معدات التوزيع الدائرية بشكل صارم مع متطلبات تشغيل نظام الطاقة والمعايير الوطنية. يجب التركيز على سيناريوهات الاستخدام والأهداف المراد التحكم فيها وخواص المكونات الكهربائية الأساسية لبناء نظام الوحدات الوظيفية. يتم تجهيز المفاتيح الرئيسية أساسًا كقطع دوائر وكسرات حمل، ويستخدم عدد قليل منها الأجهزة الكهربائية المركبة. خلال التصميم، يتم إعطاء الأولوية للدائرة المركبة "الinterrupter + القاطع" - هذا النوع من الدائرة له بنية معقدة ويمكن استخدامه كمرجع لتحديد البنية العامة والتخطيط والأبعاد الخارجية للمعدات. يجب إعادة استخدام التصميم الناضج للدوائر الأخرى مثل دوائر القطع الحالية النقية قدر الإمكان لتحقيق التوحيد والشمولية.

بناءً على الأساس السابق، تم استنباط أنواع متعددة من الخزانات: خزانات القطع الحالية، وخزانات الأجهزة الكهربائية المركبة، وخزانات القطع الدائري، وخزانات الدوائر المتعددة، وغيرها. يحتاج تصميم الدائرة الموصلة الرئيسية إلى النظر بشكل منهجي في ثلاثة عناصر رئيسية: القدرة على تحمل التيار، والاستطاعة الكهربائية، وكفاءة التبريد:

• ترتيب المكونات: استخدم قوة الإغلاق الكهربائية بشكل ماهر لضمان عدم انسحاب الأطراف المتحركة أثناء اختبارات الاستقرار الديناميكي والحراري، مما يحقق التناسق بين الأداء الميكانيكي والكهربائي.

• اختيار الحافلة: قم بتطابق الحافلات الدائرية أو المستوية بدقة وفقًا للقدرة على تحمل التيار، وتحكم بشكل معقول في كثافة التيار، وتحقق التوازن بين تحمل التيار والتبريد.

• تحسين الاتصال الكهربائي: يجب أن تضمن الأطراف الديناميكية والسكونية، والاتصالات الانزلاقية/الثابتة مقاومة اتصال منخفضة. عند الاتصال بين موصلات معدنية مختلفة، يتم استخدام عمليات مثل التلدين والفضة لتقليل التآكل الكهروكيميائي وإزالة الخطر المخفي لفشل الاتصال.

يتبع تصميم الأقسام مبدأ "الأمان أولاً، التكيف مع العملية، والتشغيل والصيانة السهلة": المستوى الحماية لا يقل عن IP3X، يتم اختيار المواد العازلة (المعدنية / غير المعدنية) حسب الحاجة، ويتم تجهيز أجهزة تخفيف الضغط وتقييد القوس الكهربائي - خلال أعطال القوس الكهربائي الداخلية، يمكن تفريغ الغاز ذو الضغط العالي عبر قناة التخفيف لضمان سلامة المعدات والعاملين.

2. اعتبارات متعددة الأبعاد لتصميم الهيكل العازل

يحتاج جهاز التوزيع إلى تحمل الجهد التشغيلي الأقصى والجهد الزائد قصير الأمد (الجهد الزائد الجوي والداخلي) لفترات طويلة. يحتاج التصميم العازل إلى النظر بشكل شامل في عوامل مثل التكيف البيئي واختيار المواد، وتحسين الهيكل، وتحكم العملية:

(1) تحسين المجال الكهربائي والتنسيق العازل

يشكل شكل الموصلات تأثيرًا مباشرًا على توزيع المجال الكهربائي داخل الخزان. في التصميم، يجب استخدام قضبان النحاس المستديرة، والحافلات الدائرية، وتحسين أشكال مقاعد الأطراف الديناميكية والسكونية، والموصلات الداخلية، والأقطاب الداعمة للتخلص من الزوايا الحادة والحواف، مما يجعل المجال الكهربائي أكثر تجانسًا. بمساعدة برامج التحليل عنصر المنتهي (مثل ANSYS Maxwell)، يمكن تحديد الروابط العازلة الضعيفة بدقة. من خلال تعديل التخطيط وتحسين الهيكل (مثل تطبيق تقنية التحجب)، يمكن توحيد المجال الكهربائي وتقليل القوة القصوى، مما يحسن موثوقية العزل.

(2) منطق التطبيق لأكثر من وسيط عازل

• العزل الهوائي: بالنسبة للعزل المركب الذي يعتبر الهواء هو الركيزة الرئيسية، يجب اتباع المسافة الكهربائية والمسافة الزحف المحددة في المعايير بدقة في التصميم لتوفيق بين أداء العزل وحجم الجهاز.

• العزل الغازي: تستخدم الخزانات المعزولة بالغاز غالبًا SF₆، N₂، الهواء المضغوط الجاف، أو غازات مختلطة كوسط عازل (في نطاق الضغط المنخفض). رغم أن ضغط الغاز ليس مرتفعًا، فإن التصميم المغلق مهم للغاية - يجب الانتباه لتغيرات مكونات الغاز بسبب الاختراق أثناء التشغيل طويل الأمد (مثل تسرب الهواء وإفراز الغاز العازل). بالنسبة للخزانات المحملة بالغاز بدون منتجات تجزئة قوس، يجب التحكم بدقة في محتوى الرطوبة: عندما يكون الضغط المقنن ≤ 0.05MPa، يجب أن يكون ≤ 2000μL/L؛ عندما > 0.05MPa، يتم حساب القيمة المسموح بها لمحتوى الرطوبة وفقًا للضغط البخاري المشبع عند -10°C.

• واجهة والعزل الصلب: عند توصيل أجزاء العزل الصلب، يتم استخدام مواد مرنة مثل المطاط السيليكوني للتخلص من الفجوات الهوائية وتحسين مستوى العزل الواجهة (مرتبط بضغط السطح، ونوعية التشطيب، وطول الاتصال). باستخدام مواد مثل راتنج الإيبوكسي والمطاط السيليكوني لصب وتكسير وتعبئة المكونات ذات الجهد العالي، وغطائها بطبقة تأريضية/شبه موصلة، يمكن تحسين مستوى الأمان بشكل كبير، وتقليل حجم الجهاز، وتبسيط التخطيط.

3. تصميم دقيق لنظام النقل الميكانيكي والربط

يغطي النقل الميكانيكي روابط مثل آليات تشغيل الكسرات، والفصل، والوصل الأرضي، وربط الأبواب. يحتاج التصميم إلى التحسين من حيث الأبعاد مثل المبدأ، والتخطيط، ونمط القوة (ضغط/شد)، والفرجة، ونسبة النقل، وزاوية السكتة الدماغية، والكفاءة الميكانيكية: تبسيط الهيكل، وتقليل عدد الأجزاء، وتقليل القوة التشغيلية، تحقيق "حمل القوة المناسب، والنقل الموثوق، والعمل المستقر، والتشغيل والصيانة السهلة".

الربط "الخمسة الوقايات" هو جوهر ضمان سلامة التشغيل - يتم التفضيل للربط الميكانيكي (مكون من الأذرعة، والقضبان، والحواجز، وما إلى ذلك لتشكيل قفل، مع إجراءات واضحة، وبديهة ومعتمدة)؛ إذا كانت المكونات بعيدة عن بعضها البعض أو كان من الصعب تنفيذ الربط الميكانيكي، يتم استخدام الربط الكهربائي كإضافة؛ يمكن تراكب الخزانات الذكية مع برنامج الكمبيوتر الدقيق للربط البرمجي (مستخدمًا مع الربط الميكانيكي) لبناء نظام حماية متعدد المستويات.

4. بناء نظام تأريض موثوق

يحتاج تصميم التأريض لتغطية متطلبات "سلامة التشغيل" و"تحمل الأعطال":

• خلال الصيانة، يمكن للوصل الأرضي أن يقوم بتأريض الدائرة الرئيسية بشكل موثوق وفقًا للقواعد.

• يتم تجهيز قاعدة الغلاف بموصلات وأطراف تأريض مناسبة لظروف الأعطال، ويتم توصيل الخزانات بواسطة موصلات، مع دائرة خاصة بين الوصل الأرضي والموصل الأرضي.

• يجب أن تتحمل الموصلات الأرضية، والدارة الاتصال، والاتصالات بين الخزانات التيار القصير/القمة المقنن.

• يجب أن تكون الأطراف، والغطاء، والباب، والقسم، وغيرها من المكونات مستمرة كهربائيًا لضمان الاتصال الأرضي لوحدات الوظائف.

• يجب أن يكون انخفاض الجهد المباشر من أي نقطة من الأجزاء المعدنية للغلاف إلى الموصل الأرضي عبر 30A ≤ 3V، مما يضمن فعالية التأريض.

5. التطور التكنولوجي واتجاه التطوير

مع عملية تحويل الشبكة الكهربائية ودفن الكابلات تحت الأرض، تتجه الوحدات التوزيعية المتعددة الدوائر نحو "الصغرة، والوحدة، والتعتيم"، مما يدفع التطوير الابتكاري لتقنيات العزل SF₆ والمركبة والمكونات عالية الأداء. في المستقبل، سيكون من الضروري التركيز على ترقية العمليات الصناعية (مثل المعالجة الدقيقة والتغليف المتكامل)، وتحسين موصلات الكابلات، وإعادة تكرار القواطع الحالية، والبحث والتطوير للآليات الصغيرة، والابتكار في المكونات المساعدة، وذلك لتحسين مستوى تصميم وتصنيع معدات التوزيع الدائرية المحلية. تطوير جيل جديد من الخزانات الدائرية بـ "التكيف الكامل مع جميع الظروف، والصيانة المجانية، والموثوقية العالية، والصغرة" لتمكين التوزيع الآلي سيكون اتجاهًا رئيسيًا للاختراق الصناعي.