Yhdistettyjen jakelulaitteiden standardien ja rakenteellisen suorituksen analyysi

Yhdistettyjen sähköjakelulaitteiden standardit ja luokittelu

Yhdistettyjä sähköjakelulaitteita on hyvin monia. Yleisimmin käytetyt ovat pakettiasemot, laatikkomuodoinen muuntaja, esiasennetut asemot, yhdistetty muuntaja, eurooppalaisen tyylin laatikkoasemat ja amerikkalaisen tyylin laatikkoasemat.

Yhdistettyjen sähköjakelulaitteiden asiaankuuluvat standardit

Kiinassa yhdistettyjen sähköjakelulaitteiden osalta voimassa olevat asiaankuuluvat standardit sisältävät pääasiassa: kansallinen standardi GB/T 17467 - 1998 Korkean- ja alavolttainen valmistettu asema, koneenrakennusteollisuuden standardi JB/T 10217 - 2000 Yhdistetty muuntaja sekä sähköalan tilausstandardi DL/T 537 - 2002 Valintasuositukset korkean- ja alavolttainelle valmistetulle laatikkoasemalle.

Vuonna 1995 Kansainvälinen elektrotekninen komitea (IEC) julkaisi standardin IEC1330 - 1995 Korkean- ja alavolttainen valmistettu asema. Kansallinen standardi GB/T 17467 - 1998 Korkean- ja alavolttainen valmistettu asema on vastaava kuin IEC1330-standardi. Tässä standardissa valmistettu asema määritellään seuraavasti: "laitteisto, joka on menestynyt tyypkitesteissä ja jota käytetään sähkön siirtämiseen korkeanvolttaisesta järjestelmästä alavolttaiseen järjestelmään. Se sisältää muuntimen, ala- ja korkeanvolttaiset kytkentälaitteet, yhteyksien johtimet ja apulaitteet, jotka on suljettu koteloon".

Koneenrakennusteollisuuden standardi JB/T 10217 - 2000 Yhdistetty muuntaja määrittelee yhdistetyn muuntajan standardina: "muuntaja, joka yhdistää muuntimen rungon, kytkentälaitteet, säädönsuljet, tapasuljet ja niihin liittyvät apulaitteet".

Sähköalan tilausstandardi DL/T 537 - 2002 Valintasuositukset korkean- ja alavolttainelle valmistetulle laatikkoasemalle on tarkistanut alkuperäisen DL/T 537 - 1993 Teknisiä ehtoja 6-35 kV laatikkoaseman tilaukseen, jolloin sähköalan laatikkoaseman standardi on yhdenmukaistunut IEC 1330 - 1995:n kanssa. DL/T 537 - 2002:n ja IEC 1330 - 1995:n (eli GB/T 17467 - 1998) väliset erot näkyvät taulukossa 1.

Edellä mainitut kolme kotimaista standardia ovat suositusstandardeja. Eri alojen erityispiirteiden vuoksi kukin standardi on omalaatuinen. Sähköalan tilausstandardi on otettu käyttäjän näkökulmasta huomioon, perustuen kansainvälisiin (kansallisiin) standardeihin, ja lisää sisältöä, joka on esitetty taulukossa 1, tarjoten tarkemman perustan laitteiston valintaan.

Yhdistettyjen sähköjakelulaitteiden luokittelu

Vaikka edellä mainituista standardeista huolimatta, yhdistettyjen sähköjakelulaitteiden nimitys käytännössä ei ole kovin yhtenäistä, eikä luokittelukaan ole samankaltainen. Pääasiassa on kaksi ryhmää: toinen määrittelee valmistetut asemat vain eurooppalaisiksi laatikkoasemiksi; toinen kutsuu kaikki yhdistetyt sähköjakelulaitteet valmistetuiksi asemiksi, ja sitten jakaa valmistetut asemat "eurooppalaiseksi laatikkoasemaksi" ja "amerikkalaiseksi laatikkoasemaksi". Jotkut toimittajat, jotta voisivat täyttää eri käyttäjien tarpeet, antavat jopa tuotteelle kaksi nimeä.

Rakenne ja suorituskykyanalyysi

Eurooppalaisen tyylin valmistettu asema

1970-luvulla Kiina tuomasi ensimmäistä kertaa 6-10 kV integroituja sähköjakelulaitteita Euroopan maista, kuten Ranskasta ja Saksasta. Tämä innovatiivinen laite integroi aseman kolme pääosaa (korkeanvolttaiset kytkentälaitteet, muuntin ja alavolttainen jakoluukku) yhteen koteloon, jolloin syntyi valmistetun aseman käsite.

Joulukuussa 1993 entinen Sähköministeriö julkaisi teollisuusstandardin DL/T 537-1993 "6-35 kV valmistettujen asemien tekniset ehdot". Artikla 3.1 tässä standardissa määrittelee selkeästi: "tiivis kokonaisjakelulasite, joka koostuu korkeanvolttaisista jakelulaitteista, sähkömuuntimesta, alavolttainen jakelulasite ja sähköenergian mittauslaitteista, jotka on suljettu yhden tai useamman kabinetin sisään, on nimeltään valmistettu asema, lyhyesti laatikkoasema." Eurooppalaisen suunnittelun perinteisiin perustuva tämä konfiguraatio tuli tunnetuksi nimellä eurooppalaisen tyylin valmistettu asema.

Kun kansallinen standardi GB/T 17467-1998 "Korkean- ja alavolttainen valmistettu asema" julkaistiin vuonna 1998, virallinen termi siirtyi "valmistettu asema" -nimikkeeseen. Kuitenkin käyttäjät ja valmistajat jatkavat käytäntöä kutsua näitä asennuksia laatikkoasemiksi tai eurooppalaisiksi asemiksi.

Rakennuspiirteet:

Eurooppalaisessa asemassa on yleensä kolme toiminnallista tilaa:

• Korkeanvolttainen huone

• Alavolttainen huone

• Muuntimen huone

Käytetään kahdella pääasiallisella konfiguraatiolla:

• Lineaarinen asettelu: Standardikonfiguraatio

• Kolmiomainen asettelu: Hyväksytty kompleksisille alavolttainen piirille

Suorituskykyedut perinteisiin asemiin verrattuna:

• Läheisyyden optimointi:

• Vähentää sähköntarjoamisen säde 40-60%

• Vähentää kaapelisijoituskustannukset 25-35%

• Vähentää linjahäviöt 15-20%

• Tilaeffektiivisyys:

• Kattaa noin 10% perinteisestä asemasta

• Vähentää rakennuskustannukset 60-70%

• Yksinkertaistettu asennus:

• Kenttätyöaika vähenee 50-60%

Tekniset rajoitukset ja ratkaisut:

Paketoitu rakenne aiheuttaa kriittisiä lämpöhallintahaasteita:

• Rajoitettu lämpövuoto nostaa sisäistä lämpötilaa (tyypillinen ΔT-kasvu: 8-12°C)

• Mahdollinen lämpövaikutus komponenttien vakautukseen (arvioitu suorituskyvyn heikentyminen: 3-5% per 10°C nousu)

Teollisuuden lievitysstrategiat sisältävät:

• Edistyneet ilmanvaihtojärjestelmät:

• Labyrinttimainen kotelurakenne

• Aksiaalisuuntaiset ulospuhdasmit (yleensä 200-400 CFM kapasiteetti)

• Lämpötehostustoimenpiteet:

• Lämmityksen optimointi (pinta-ala kasvattaa 20-30%)

• Lämpökestävät eristysmateriaalit (luokka H tai korkeampi)

• Nämä ratkaisut, vaikka tehokkaat, tuovat mukanaan:

• 
  

• Rakenteen monimutkaisuus (valmistuskierron pidentäminen: 15-20%)

• Lisäenergian kulutus (apulaitteet: 5-8% kokonaismäärästä)

• Äänipäästöt (tyypillinen äänitaso nousu: 3-5 dBA)

Viimeaikaiset teknologiset edistysaskeleet:

Johtavat valmistajat ovat saavuttaneet läpimurtoja lämpöhallinnassa:

• Uudet lämpöveden konfiguraatiot muuntimille (parannettu tehokkuus: 12-15%)

• Optimoitu kotelun aerodynamiikka (lämpötilan lasku: 6-8°C)

• Sertifioitu korkeakapasiteettinen suunnittelu (≥800kVA) ilman pakollista ilmanvaihtoa

• Sopimus GB 1094.11 kuiva muuntimen lämpörajoitukset (maksimi hengityksen lämpötilan nousu: 100K)

Nämä innovaatiot säilyttävät kansallisten standardien mukaisuuden, samalla saavuttamalla:

• Energiansäästö (venttiolin voiman vähentäminen: 100%)

• Äänitaso vähenee (4-7 dBA)

• Parannettu toiminnallinen luotettavuus (MTBF-parannus: 20-25%)

Amerikkalaisen tyylin laatikkoasemat (yhdistetty muuntaja)

1990-luvulla amerikkalaisen tyylin moniosaiset kolmivaiheiset jakelu-muuntimet tulivat Kiinan markkinoille. Amerikan kansallisen standardin (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standard for Pad-Mounted Compartmentalized Self-Cooled Three-Phase Distribution Transformers with High-Voltage Plug-in Connectors mukaan, korkeanvolttaiset kaapelit on yhdistetty muuntimeen kaapeliyhteyksien kautta korkeanvolttaisessa huoneessa, ja alavolttaiset kaapelit on kiinnitetty ruuvien avulla alavolttaisiin terminaaleihin alavolttaisessa huoneessa. Laatikkomuuntimen öljylaatikossa on korkeanvolttaisia säädönsulkeita ja nelipaikkaiset kuormituskytkentäkytkimet. Muuntin voi toimia loppupisteena tai silmukaverkossa, suojelemassa ja hallinnoimassa muuntimen korkeanvolttaisen puolen sähköntarjoamisen tilaa.

Kiinan muuntinvalmistajat ovat lisänneet alavolttaisia sähkökytkimiä ja sähkömittareita amerikkalaisen tyylin tuotteiden alavolttaisiin huoneisiin, muuttamalla ne yhdistetyiksi sähköjakelulaitteiksi. Nämä laitteet ovat laajalti käytössä asuinalueilla. Erottuakseen ne eurooppalaisista laatikkoasemista, niitä kutsutaan amerikkalaisiksi laatikkoasemiksi, myös yhdistetyksi muuntajaksi. Koneenrakennusteollisuuden standardi JB/T 10217 - 2000 Yhdistetty muuntaja käsittelee yhdistetyn muuntajan standardimääritelmää (kuten edellä mainittiin). 3.7:ssä määritellään "korkean- ja alavolttainen huone" seuraavasti: "tila, jossa korkean- ja alavolttainen kaapelin päät ja sähkökomponenttien toiminta- ja ohjausosat on suljettu teräslevyjen sisään, riippuen öljylaatikon seinistä". Tämä on yksi rakennuksellisista eroista eurooppalaiseen laatikkoasemaa verrattuna.

Tämä standardi luokittelee yhdistettyjä muuntajia (amerikkalaiset laatikkoasemat) kahdeksi tyypiksi öljylaatikon rakenteen mukaan: yhteinen laatikko ja erillinen laatikko. Yhteisessä laatikossa korkeanvolttaiset sähkökomponentit jakavat muuntimen öljylaatikon muuntimen rungon kanssa, merkitty kirjaimella ZG. Erillisessä laatikossa, kuten kuormituskytkentäkytkimet, korkeanvolttaiset sähkökomponentit sijoitetaan erilliselle öljylaatikolle, kun taas muut korkeanvolttaiset sähkökomponentit ja muuntimen runko asennetaan toiselle öljylaatikolle. Kummankin öljylaatikon öljykierros ei ole yhdistetty, merkitty kirjaimella ZF.

Yhteinen laatikko yhdistetty muuntaja

Lisäksi eurooppalaisen tyylin laatikkoaseman etuja, yhteinen laatikko yhdistetty muuntaja tarjoaa seuraavat etumat:

• Pienempi pinta-ala: Noin 3/5 eurooppalaisen tyylin laatikkoaseman pinta-alasta.

• Parempi lämpöveden johtaminen: Muuntin on suoraan altistettu, mikä on hyödyllistä lämpöveden johtamiselle. Rakennus on suhteellisen yksinkertainen, ja myyntihinta on suhteellisen alhainen (noin 3/5 eurooppalaisen tyylin laatikkoaseman hinnasta).

• Mukavan kuljetus ja asennus: Pienempi tilavuus tekee kuljetuksesta ja asennuksesta helpompaa.

Kiinan kontekstissa, amerikkalaiset laatikkoasemat, jotka on tuotu suoraan ulkomailta, ovat seuraavia puutteita:

• Muuntimen öljyn huonontuminen: Kun korkeanvolttaiset kuormituskytkentäkytkimet toimivat, arkua, joka syntyy, voi aiheuttaa muuntimen öljyn hajoamisen, mikä vaikuttaa amerikkalaisen tyylin laatikkoaseman kokonaispäivänpitajuuteen.

• Phasijen puuttuminen: Kun korkeanvolttaiset säädönsuljet puhkeavat, se voi aiheuttaa muuntimen toimivan phasien puuttumisen ollessa.

• Rajoitettu korkeanvolttaisen piirin toiminta: Korkeanvolttaisen piiri on suhteellisen yksinkertainen, mikä ei täysin vastaa nykyisten sähkötoiminnan säännösten vaatimuksia. Esimerkiksi, korkeanvolttaisella kuormituskytkentäkytkimellä ei ole selvää katkon pistettä.

Näihin ongelmiin reagoimalla kotimaiset valmistajat ovat tehneet useita parannuksia. Kuten edellä mainittiin, amerikkalaisen tyylin laatikkoaseman alavolttaisiin huoneisiin on lisätty alavolttaisia sähkökytkimiä (yleensä älykkäitä ilmakytkimiä) saavuttaakseen monia virheturvatoimia, kuten ylikuormitus, alavoltti, lyhytsulku ja maajohdin. Tämä poistaa korkeanvolttaisten säädönsuljetten puhkeamisen alavolttaisissa syöttölinjoissa lyhytsulkujen tai ylikuormituksen vuoksi, välttäen muuntimen toiminnan phasien puuttuessa. Toiseksi, korkeanvolttaisen osan on uudelleen suunniteltu. Esimerkiksi, korkeanvolttaisen suojan osalta, amerikkalaiset laatikkoasemat käyttävät kuormituskytkentäkytkimiä leikkaamaan kuormituksen sähköntarjoamisen ja luottavat varasuoja- ja liitos-säädönsulkeihin täydelliseen sähköntarjoamisen suojaamiseen.

Erillinen laatikko yhdistetty muuntaja

Tähän asti useimmat amerikkalaiset laatikkoasemat, jotka muuntinvalmistajat ovat tuottaneet, kuuluvat ZG-tyyppisiin yhteisiin laatikoihin yhdistettyihin muuntajiin. Poistaaakseen yhteisiin laatikoihin yhdistettyjen muuntajien edellä mainitut puutteet, kotimaiset muuntinvalmistajat ovat erottaneet korkeanvolttaiset komponentit, kuten kuormituskytkentäkytkimet ja varasuoja-säädönsuljet, muuntimen öljylaatikosta. Korkeanpistetehtävällä öljyllä on täytetty kuormituskytkentäkytkinten kaltaisten korkeanvolttaisten komponenttien pienet laatikot, ja tavallista öljyä numero 25 on lisätty muuntimen öljylaatikkoon. Tämä ei ainoastaan ratkaise muuntimen öljyn vanhenemisen ongelmaa, kun kuormituskytkentäkytkimet toimivat, mutta myös lämpöveden johtamisen ongelmaa, jos korkeanpistetehtävällä öljyllä käytetään koko muuntimen öljylaatikkoa (sen takia sen korkea viskositeetti).

Amorfisen liiton muuntimien käyttö

Muuntin on suurin kokois ja lämpöä tuottava komponentti laatikkoasemassa. Sen rakennepiirteet ja häviön taso ovat suoraan liittyvät laatikkoaseman kokonaissuunnitteluun.

Vuonna 1996 Kiina onnistui kehittämään ja tuottamaan amorfiset jakelu-muuntimet alle 500 kVA, mutta tuotantomäärä oli pieni, eikä suurimittaisen tuotannon saavutettu. Vuonna 1998 Shanghai Xindian Electric Company otti käyttöön amorfisten muuntimien suunnittelun ja valmistuksen General Electric (GE):ltä Yhdysvalloista suurimittaiseen tuotantoon. Nykyisin on yli 20 amorfisten muuntimien valmistajaa. Amorfisen liiton magneettisen ytimen tyhjiökulutus on 20 prosenttia S9-sarjan kulutuksesta, mikä osoittaa erittäin merkittävää energiansäästövaikutusta.

ANSI:n jakelu-muuntimien standardit myös pelaavat roolia laajemmassa muuntin teknologia- ja markkinaympäristössä. Kuitenkin päätekijä, joka rajoittaa amorfisten liittojen muuntimien käyttöä kotimaisissa laatikkoasemissa, on hinta, joka vaatii maan kannustimien toteuttamista. Itse asiassa kotimaassa ja ulkomailla on paljon kannustimia amorfisten liittojen muuntimien käytölle. Taiwanilaisten valmistajien mukaan Taiwanin alueella on laadittu tiukat standardit amorfisten liittojen muuntimille. Missä tahansa käyttäjä ostaa amorfisen liiton muuntimen, hän voi saada tukea muuntimen kapasiteetin mukaan, joka on jopa sadat tuhat Uusi Taiwan Dollaria per kW.