Analisis Standard dan Prestasi Struktur peralatan pengagihan gabungan
Standard dan Klasifikasi Peranti Pengagihan Kuasa Bergabung
Terdapat pelbagai jenis peranti pengagihan kuasa bergabung. Antara yang biasa digunakan termasuk substesen berpaket, transformator kotak, substesen prapemasangan, transformator gabungan, substesen kotak gaya Eropah, dan substesen kotak gaya Amerika.
Standard Relevan untuk Peranti Pengagihan Kuasa Bergabung
Standard yang berkesan di China untuk peranti pengagihan kuasa bergabung terutamanya merangkumi: standard negara GB/T 17467 - 1998 Substesen Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah, standard industri mekanikal JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan, dan standard pemesanan industri tenaga DL/T 537 - 2002 Panduan Pilihan untuk Substesen Kotak Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah.
Pada tahun 1995, International Electrotechnical Commission (IEC) menerbitkan standard IEC1330 - 1995 Substesen Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah. Standard negara GB/T 17467 - 1998 Substesen Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah adalah setara dengan standard IEC1330. Dalam standard ini, substesen prapemasangan didefinisikan sebagai "peralatan yang telah lulus ujian jenis dan digunakan untuk mentransmisikan tenaga elektrik dari sistem tegangan tinggi ke sistem tegangan rendah. Ia termasuk transformator, switchgear tegangan rendah dan tinggi, sambungan kabel, dan peralatan pembantu yang dikandung dalam satu casing".
Standard industri mekanikal JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan menyatakan definisi standard bagi transformator gabungan adalah: "transformator yang menggabungkan badan transformator, switchgear, fuse, pemilih tap, dan peralatan pembantu yang berkaitan".
Standard pemesanan industri tenaga DL/T 537 - 2002 Panduan Pilihan untuk Substesen Kotak Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah merevisi standard asal DL/T 537 - 1993 Syarat Teknikal untuk Pemesanan Substesen Kotak 6 - 35kV, menjadikan standard industri tenaga untuk substesen kotak selaras dengan IEC 1330 - 1995. Perbezaan antara DL/T 537 - 2002 dan IEC 1330 - 1995 (i.e., GB/T 17467 - 1998) ditunjukkan dalam Jadual 1.
Tiga standard tempatan di atas adalah semua standard direkomendasikan. Kerana ciri-ciri yang berbeza bagi pelbagai industri, setiap standard mempunyai ciri uniknya sendiri. Standard pemesanan industri tenaga dipertimbangkan dari sudut pandang pengguna, berdasarkan standard antarabangsa (negara), dan menambah kandungan yang diperkenalkan dalam Jadual 1, memberikan asas yang lebih terperinci untuk pemilihan peralatan.
Klasifikasi Peranti Pengagihan Kuasa Bergabung
Walaupun terdapat standard-standar yang disebutkan di atas, penamaan peranti pengagihan kuasa bergabung dalam aplikasi praktikal tidak sangat seragam, dan pengelasannya juga berbeza. Terdapat dua kategori utama: satu ialah mendefinisikan substesen prapemasangan hanya sebagai substesen kotak gaya Eropah; yang lain adalah memanggil semua peranti pengagihan kuasa bergabung sebagai substesen prapemasangan, dan kemudian membahagikan substesen prapemasangan menjadi "substesen kotak gaya Eropah" dan "substesen kotak gaya Amerika". Sesetengah pembekal, untuk memenuhi keperluan pengguna yang berbeza, bahkan mempunyai produk dengan dua nama.
Analisis Struktur dan Prestasi
Substesen Prapemasangan Gaya Eropah
Pada tahun 1970-an, China mengimport peralatan pengagihan kuasa terpadu 6-10kV dari negara-negara Eropah seperti Perancis dan Jerman. Peralatan inovatif ini mengintegrasikan tiga komponen utama substesen (switchgear tegangan tinggi, transformator, dan panel pengagihan tegangan rendah) ke dalam satu casing, menubuhkan konsep substesen prapemasangan.
Pada Disember 1993, bekas Kementerian Tenaga menerbitkan standard industri DL/T 537-1993 "Spesifikasi Teknikal untuk Substesen Prapemasangan 6-35kV". Pasal 3.1 standard ini secara jelas mendefinisikan: "perakitan pengagihan kuasa lengkap yang padat yang terdiri daripada peralatan pengagihan tegangan tinggi, transformator tenaga, peralatan pengagihan tegangan rendah, dan peranti pengukuran energi elektrik yang dikandung dalam satu atau beberapa kabinet harus disebut sebagai substesen prapemasangan, singkatnya substesen kotak." Berasal dari reka bentuk Eropah, konfigurasi ini menjadi dikenali sebagai substesen prapemasangan gaya Eropah.
Selepas penerbitan Standard Negara GB/T 17467-1998 "Substesen Prapemasangan Tegangan Tinggi/Rendah" pada tahun 1998, terminologi rasmi beralih kepada "substesen prapemasangan". Walau bagaimanapun, baik pengguna maupun pengeluar terus merujuk kepada instalasi ini sebagai substesen kotak atau substesen gaya Eropah dalam amalan umum.
Ciri-ciri Struktur:
Substesen gaya Eropah biasanya terdiri daripada tiga ruang fungsional:
Ruang tegangan tinggi
Ruang tegangan rendah
Ruang transformator
Dua konfigurasi utama digunakan:
Susunan linear: Konfigurasi standard
Susunan segitiga: Diambil untuk keperluan litar tegangan rendah yang kompleks
Kelebihan Prestasi berbanding Substesen Konvensional:
Optimisasi kedekatan beban:
Mengurangkan jejari bekalan tenaga sebanyak 40-60%
Menurunkan kos pelaburan kabel sebanyak 25-35%
Mengurangkan kerugian garis sebanyak 15-20%
Efisiensi ruang:
Mengambil kira 10% jejak substesen tradisional
Mengurangkan kos kejuruteraan sivil sebanyak 60-70%
Pemasangan mudah:
Masa pembinaan lapangan berkurang sebanyak 50-60%
Keterbatasan Teknikal dan Penyelesaian:
Reka bentuk pengasingan menimbulkan cabaran pengurusan haba yang kritikal:
Penyebaran haba yang terhad meningkatkan suhu dalaman (peningkatan ΔT biasa: 8-12°C)
Potensi impak haba terhadap stabiliti komponen (penurunan prestasi anggaran: 3-5% setiap 10°C naik)
Strategi mitigasi industri termasuk:
Sistem ventilasi canggih:
Dinding kasing struktur labirin
Pembaling ekzos aliran aksial (biasanya kapasiti 200-400 CFM)
Ukuran peningkatan haba:
Optimisasi radiator (luas permukaan bertambah 20-30%)
Bahan insulasi tahan haba (Kelas H atau lebih tinggi)
Penyelesaian ini, walaupun berkesan, memperkenalkan:
Kerumitan struktur (penjedaan siklus pembuatan: 15-20%)
Penggunaan tenaga tambahan (sistem pembantu: 5-8% beban total)
Pengeluaran akustik (peningkatan tahap bunyi biasa: 3-5 dBA)
Kemajuan Teknologi Baru-baru Ini:
Pengeluar utama telah mencapai perkembangan penting dalam pengurusan haba:
Konfigurasi penyebaran haba baru untuk transformator (peningkatan kecekapan: 12-15%)
Aerodinamik kasing yang dioptimumkan (penurunan suhu: 6-8°C)
Reka bentuk kapasiti tinggi (≥800kVA) tanpa ventilasi paksa
Patuh dengan had haba transformator kering GB 1094.11 (peningkatan suhu gulungan maksimum: 100K)
Inovasi ini memelihara patuhan dengan standard nasional sambil mencapai:
Penghematan tenaga (penurunan tenaga peman: 100%)
Penurunan tahap bunyi (4-7 dBA)
Peningkatan kebolehpercayaan operasi (peningkatan MTBF: 20-25%)
Substesen Kotak Gaya Amerika (Transformator Gabungan)
Pada tahun 1990-an, transformator distribusi tiga fasa bersekat gaya Amerika memasuki pasaran China. Mengikut Standard Nasional Amerika (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standard for Pad-Mounted Compartmentalized Self-Cooled Three-Phase Distribution Transformers with High-Voltage Plug-in Connectors, kabel tegangan tinggi disambungkan ke transformator melalui konektor kabel di ruang tegangan tinggi, dan kabel tegangan rendah disambungkan ke terminal tegangan rendah dengan mur di ruang tegangan rendah. Tangki minyak transformator bersekat bersekat dilengkapi dengan fuse tegangan tinggi dan beralih beban empat posisi. Transformator boleh beroperasi sebagai terminal atau dalam rangkaian gelung, melindungi dan mengawal status bekalan tenaga pada sisi tegangan tinggi transformator.
Pengeluar transformator di China telah menambah pemutus litar tegangan rendah dan meter elektrik ke ruang tegangan rendah produk gaya Amerika, menjadikannya peranti pengagihan kuasa bergabung. Peranti-peranti ini banyak digunakan di kawasan perumahan. Untuk membezakannya daripada substesen kotak gaya Eropah, ia dipanggil substesen kotak gaya Amerika, juga dikenali sebagai transformator gabungan. Standard industri mekanikal JB/T 10217 - 2000 Transformator Gabungan menerangkan definisi standard bagi transformator gabungan (seperti yang disebut di atas). Dalam 3.7, ia mendefinisikan "ruang tegangan tinggi dan rendah" sebagai "ruang di mana terminasi kabel tegangan tinggi dan rendah serta bahagian operasi dan kawalan komponen elektrik dikandung oleh plat besi, bergantung pada dinding tangki minyak". Ini adalah salah satu perbezaan struktur daripada substesen kotak gaya Eropah.
Standard ini mengelas transformator gabungan (substesen kotak gaya Amerika) kepada dua jenis mengikut struktur tangki minyak: jenis tangki bersama dan jenis tangki berasingan. Dalam jenis tangki bersama, komponen elektrik tegangan tinggi berkongsi tangki minyak transformator dengan badan transformator, ditandakan dengan huruf ZG. Dalam jenis tangki berasingan, komponen elektrik tegangan tinggi seperti beralih beban diletakkan dalam tangki minyak berasingan, manakala komponen elektrik tegangan tinggi lain dan badan transformator dipasang dalam tangki minyak yang lain. Sistem minyak kedua-dua tangki tidak disambung, ditandakan dengan huruf ZF.
Transformator Gabungan Tangki Bersama
Selain kelebihan substesen kotak gaya Eropah, transformator gabungan tangki bersama mempunyai kelebihan berikut:
Jejak yang Lebih Kecil: Menempati kira-kira 3/5 area substesen kotak gaya Eropah.
Pembuangan Haba yang Lebih Baik: Transformator terdedah secara langsung, yang bermanfaat untuk pembuangan haba. Strukturnya relatif mudah, dan harga jualannya relatif rendah (kira-kira 3/5 daripada substesen kotak gaya Eropah).
Pengangkutan dan Pemasangan yang Mudah: Lebih kecil dalam isipadu, menjadikan pengangkutan dan pemasangan lebih mudah.
Dalam konteks China, substesen kotak gaya Amerika yang diimport secara langsung dari luar negara mempunyai kekurangan berikut:
Penurunan Kualiti Minyak Transformator: Apabila beralih beban tegangan tinggi beroperasi, ark yang dihasilkan mungkin menyebabkan penguraian minyak transformator, mempengaruhi jangka hayat keseluruhan substesen kotak gaya Amerika.
Operasi Tanpa Fasa: Apabila fuse tegangan tinggi meletus, ia mungkin menyebabkan transformator beroperasi dalam keadaan tanpa fasa.
Fungsi Litar Tegangan Tinggi yang Terhad: Litar tegangan tinggi mempunyai fungsi yang relatif mudah, yang tidak sepenuhnya memenuhi keperluan peraturan operasi elektrik semasa. Sebagai contoh, beralih beban tegangan tinggi tidak mempunyai titik putus yang jelas.
Untuk menangani masalah-masalah ini, pengeluar tempatan telah membuat beberapa penambahbaikan. Seperti yang disebutkan di atas, pemutus litar tegangan rendah (biasanya pemutus udara pintar) telah ditambah ke ruang tegangan rendah substesen kotak gaya Amerika untuk mencapai pelindungan pelbagai kesalahan seperti beban berlebihan, tegangan rendah, hubungan pendek, dan penghujung bumi. Ini menghapuskan fenomena fuse tegangan tinggi meletus akibat hubungan pendek atau beban berlebihan pada litar penghujung tegangan rendah, mengelakkan operasi tanpa fasa transformator. Kedua, bahagian tegangan tinggi telah didesain semula. Sebagai contoh, dalam perlindungan tegangan tinggi, substesen kotak gaya Amerika menggunakan beralih beban untuk memutuskan bekalan daya beban dan bergantung pada fuse pelindung sandaran dan fuse plug-in untuk perlindungan daya penuh.
Transformator Gabungan Tangki Berasingan
Sejauh ini, kebanyakan substesen kotak gaya Amerika yang dihasilkan oleh pengeluar transformator termasuk transformator gabungan tangki bersama jenis ZG. Untuk menghilangkan kekurangan transformator gabungan tangki bersama yang disebutkan di atas, pengeluar transformator tempatan telah memisahkan komponen tegangan tinggi seperti beralih beban dan fuse pelindung sandaran dari tangki minyak transformator. Minyak berflash-point tinggi dimasukkan ke dalam kompartemen kecil komponen tegangan tinggi seperti beralih beban, dan minyak No. 25 biasa dimasukkan ke dalam tangki minyak transformator. Ini tidak hanya menyelesaikan masalah penguraian minyak transformator yang disebabkan oleh operasi beralih beban tetapi juga menangani masalah pembuangan haba yang disebabkan oleh penggunaan minyak berflash-point tinggi dalam seluruh tangki minyak transformator (kerana viskositasnya yang tinggi).
Penggunaan Transformator Amorf
Transformator adalah komponen yang paling besar dan paling menghasilkan haba dalam substesen kotak. Ciri-ciri struktur dan tahap kerugian langsung berkaitan dengan reka bentuk keseluruhan substesen kotak.
Pada tahun 1996, China berjaya membangunkan dan menghasilkan transformator distribusi amorf di bawah 500 kVA, tetapi jumlah produksi kecil, dan pengeluaran berskala besar tidak dicapai. Pada tahun 1998, Shanghai Xindian Electric Company memperkenalkan teknologi reka bentuk dan pembuatan transformator amorf dari General Electric (GE) di Amerika Syarikat untuk pengeluaran berskala besar. Kini, terdapat lebih dari 20 pengeluar transformator amorf. Kerugian tanpa beban inti amorf adalah 20% daripada siri S9, menunjukkan kesan penghematan tenaga yang sangat signifikan.
Standard transformator distribusi ANSI juga memainkan peranan dalam konteks yang lebih luas dalam teknologi dan pasaran transformator. Namun, faktor utama yang menghalang penggunaan transformator amorf dalam substesen kotak tempatan adalah harga, yang memerlukan negara untuk melaksanakan dasar insentif yang sesuai. Sebenarnya, terdapat banyak dasar insentif untuk penggunaan transformator amorf di dalam dan luar negara. Menurut pengeluar Taiwan, wilayah Taiwan telah merumuskan standard ketat untuk produk transformator amorf. Di mana sahaja pengguna membeli transformator amorf, mereka boleh menerima subsidi berdasarkan kapasiti transformator, dengan ganjaran puluhan ribu Dolar Taiwan Baru per kW.
Perbandingan antara Substesen Kotak Gaya Eropah dan Gaya Amerika
Seperti yang disebutkan di atas, kedua-dua substesen kotak gaya Amerika dan Eropah berkongsi kelebihan dalam hal isipadu, kawasan lantai, dan koordinasi alam sekitar. Substesen kotak gaya Amerika, yang sering dirancang dengan rujukan kepada norma-norma transformator distribusi ANSI, bahkan memiliki kelebihan tertentu dibandingkan substesen kotak gaya Eropah dalam aspek-aspek seperti kawasan lantai, harga, dan pembuangan haba. Sebagai contoh, dalam kasus substesen kotak DXB(W)-1.10, bushing tegangan tinggi dan rendah, pemilih tap, reservoir minyak, dan katup pembuangan minyak transformator dipasang di dinding sisi, masing-masing tertutup dalam ruang peralatan tegangan tinggi dan rendah. Transformator tersebut menjadi bagian dari casing substesen kotak, sementara tiga dinding sisi lainnya dilengkapi dengan sirip panas bergelombang yang terpapar ke udara. Hal ini meningkatkan kondisi pembuangan haba dan mengurangi kerugian tertentu.
Namun, karena bagian pembuangan haba substesen kotak gaya Amerika terpapar ke udara untuk waktu yang lama, muncul masalah baru seperti korosi material akibat lingkungan alam, yang mempengaruhi umur layanan peralatan secara keseluruhan. Selain itu, pada musim panas, suhu sirip panas substesen kotak gaya Amerika dapat mencapai di atas 80-90°C, menimbulkan risiko terbakar bagi orang yang tidak sengaja mendekatinya.
Substesen kotak gaya Eropah yang menggunakan transformator amorf adalah produk baru yang dikembangkan oleh pengeluar domestik. Mereka mewakili kemajuan teknologi setelah transformator gabungan amorf (termasuk jenis tangki bersama dan berpisah). Dengan peningkatan desain pembuangan haba lainnya, mereka mencapai pendinginan alami sambil memenuhi persyaratan kenaikan suhu nasional, menghilangkan konsumsi energi dan kebisingan kipas ventilasi. Dengan demikian, substesen kotak gaya Eropah dengan transformator amorf memiliki karakteristik teknis yang sangat baik.
Kesimpulan
Dengan promosi lebih lanjut dari standar, penamaan peranti pengagihan kuasa bergabung harus menjadi lebih seragam. Kemajuan teknologi dan peningkatan proses pembuatan serta struktur membuat substesen kotak gaya Amerika dan Eropah lebih unggul dibandingkan substesen tradisional. Mereka lebih cocok dengan permintaan pasar untuk miniaturisasi, koordinasi lingkungan, multifungsi, dan penyediaan tenaga yang andal. Jika penggunaan bahan ramah lingkungan dan hemat energi seperti amorf dapat menerima insentif kebijakan tertentu, kinerja teknis dan ekonomi substesen kotak domestik akan semakin ditingkatkan.
