Discussió sobre el disseny elèctric de quadres de distribució a baixa tensió

Els moderns quadres de distribució de baixa tensió es componen principalment de dues parts: el panell i la carcassa. Durant l'instal·lació del panell del quadre, s'ha de seguir el principi de "neteja, estètica, seguretat i facilitat de manteniment". Els quadres es poden classificar segons el material (per exemple, fusta, acer) i el mètode d'instal·lació (per exemple, superfície, encastrat). Amb el desenvolupament continu de la indústria elèctrica xinesa, les exigències sobre el nivell d'automatització i la fiabilitat dels quadres de distribució de baixa tensió augmenten constantment.

1 Breu descripció del disseny i la funció dels moderns quadres de distribució de baixa tensió

El modern quadre de distribució de baixa tensió és un element crític que connecta la xarxa elèctrica amb els usuaris finals. La seva flexibilitat operativa i fiabilitat són essencials per millorar la qualitat del subministrament elèctric. Aquests quadres incrementen eficientment la flexibilitat del subministrament de la xarxa elèctrica i reduïxen els temps d'interrupció per avaries. En comparació amb els quadres tradicionals, els moderns tenen nivells cada vegada més alts d'automatització i informatització. Les seves característiques inclouen generalment la capacitat de segmentar eficaçment la càrrega dels alimentadors, realitzar una compensació reactiva dirigida, monitoritzar en temps real els paràmetres d'operació del sistema elèctric i oferir funcions de protecció complet, entre altres. Aquestes avantatges milloren significativament la fiabilitat i la qualitat de l'energia de la xarxa de distribució, optimitzant paràmetres com la tensió i el factor de potència durant l'operació de la xarxa. A més, a través del disseny avançat del sistema de control, ofereixen una protecció efectiva contra condicions anòmals com sobretensió, sobrecorrent i harmonics, mentre posseeixen excel·lents capacitats de resposta dinàmica.

2 Anàlisi dels punts clau específics del disseny

2.1 Disseny de circuits dels quadres de distribució de baixa tensió

El disseny de circuits per als moderns quadres de distribució de baixa tensió inclou el disseny d'esquemes elèctrics i la selecció de conductors. Consideracions per a aquest aspecte són les següents:

• Disseny d'esquemes elèctrics: L'esquema elèctric és un dels aspectes més fonamentals del disseny dels quadres de distribució de baixa tensió. Durant el procés de disseny, els dissenyadors haurien de considerar de manera integral les característiques de la càrrega, la magnitud i les característiques dels circuits d'alimentació. Per exemple, l'àrea transversal, el tipus, el material dels conductors per a cada circuit i el rendiment dels dispositius de protecció haurien de ser determinats basant-se en factors com la potència nominal de la càrrega i la corrent de curtcircuït. A més, ja que no és probable que totes les càrregues dins del quadre funcionin a la potència nominal simultàniament, la demanda màxima de potència del quadre hauria de ser determinada utilitzant paràmetres com el factor de demanda, alineat amb les característiques reals de la càrrega.

• Selecció de conductors: Basant-se en les exigències de l'aplicació pràctica i les propietats dels materials, els busos en els moderns quadres de distribució de baixa tensió són principalment de cobre o aluminis. Durant la selecció dels conductors, els dissenyadors han de tenir plenament en compte l'influència de l'efecte de la pell i l'efecte de proximitat (específic per a la alimentació AC) sobre la capacitat de portar corrent dels conductors. Simultàniament, s'ha de prestar atenció a la dissipació de calor i la disposició dels circuits dins del quadre. A més, s'ha de posar èmfasi en la coordinació entre els circuits i els dispositius de protecció durant el disseny, considerant cuidadosament les possibles interferències entre diferents parts.

2.2 Disseny estructural dels quadres de distribució de baixa tensió

Prenent com a exemple un quadre de distribució de baixa tensió per a xarxes rurals, la prestació de dissipació de calor de la carcassa ha de ser plenament considerada durant el procés de disseny estructural. Durant l'operació, factors com la llum solar externa, les altes temperatures estivals i l'augment de les càrregues elèctriques poden conduir fàcilment a temperatures internes excessives, afectant potencialment el funcionament normal de les components internes. Consideracions per al disseny estructural inclouen:

• Millora de la dissipació de calor a través del disseny estructural: D'una banda, assegurant la classificació IP de la carcassa, es pot millorar la ventilació augmentant les obertures d'entrada i sortida d'aire. D'altra banda, es poden afegir mesures com l'instal·lació de reticles o defletors per prevenir l'entrada de pluja, detritus, etc., al quadre.

• Selecció de components amb classificacions superiors: Com que el funcionament de les components elèctriques internes es veu significativament afectat per la temperatura, seleccionar components amb classificacions que superin els paràmetres reals d'operació pot mitigar els efectes adversos de l'increment de la temperatura interna.

• Assegurar una disposició raonable de les components internes: Considerant els diferents paràmetres d'operació i característiques de les components dins del quadre, les components que generen una gran quantitat de calor o que tenen requisits elevats de refrigeració haurien de ser prioritades en la disposició.

Un cop s'ha determinat la disposició de les components internes, es pot iniciar el disseny del diagrama de cablatge. En aquest diagrama, cada circuit es divideix segons la seva font d'energia. Les components dins de cada circuit es col·loquen de l'esquerra a la dreta segons la seqüència de connexió real, mentre que les files es col·loquen de dalt a baix segons la seqüència d'operació. A més, s'haurien de proporcionar etiquetes de text adequades per a cada circuit en el diagrama. Les exigències bàsiques per al disseny elèctric i instal·lació dels quadres de distribució de baixa tensió es mostren a la Taula 1.

Taula 1 Exigències bàsiques per al disseny elèctric i instal·lació dels quadres de distribució de baixa tensió

2.3 Selecció de components per als quadres de distribució

Els components per als quadres de distribució de baixa tensió generalment involucren diverses parts com instruments de visualització de paràmetres elèctrics, instruments de mesura secundària i dispositius de commutació. Prengui's com a exemple el tancador de circuit de baixa tensió en un quadre pràctic: els quadres de superfície solen tenir millor dissipació de calor, mentre que els quadres encastrats, degut a la limitada circulació d'aire, són menys favorables per a la dissipació de calor. En instal·lacions encastrades, la temperatura interna pot augmentar significativament degut a l'influència del tancador de circuit. Per tant, la temperatura d'operació del tancador de circuit dins d'un quadre encastrat és típicament superior a la temperatura ambient. Per tant, quan es dissenya aquest tipus de quadre de baixa tensió, els dissenyadors haurien de referir-se a les dades proporcionades pel fabricant sobre l'increment de temperatura i corrent del tancador, considerant plenament l'impacte de la temperatura ambient i el mètode d'instal·lació de la carcassa sobre la corrent d'operació del tancador de circuit, i fer les correccions adequades al seu valor de corrent nominal.

A més, quan s'instalen elements de visualització i control a l'exterior del quadre, s'han de seguir principis com "disposició ordenada, fiabilitat, seguretat i facilitat d'operació". Simultàniament, s'ha de garantir una connexió apretada i neteja en tots els joints de busos i punts de connexió. Per al disseny i instal·lació del cablatge secundari dins del quadre, la identificació adequada de les components i els cables és crucial. Una instal·lació estandarditzada i neta hauria de fer que la funció, la traça i la jerarquia de les components i els cables interns siguin clares a simple vista, facilitant la operació posterior i el manteniment rutinari del quadre de distribució de baixa tensió.

3 Resum

Com el nivell d'automatització dels moderns quadres de distribució de baixa tensió continua augmentant, les seves funcions i estructures es fan cada vegada més complexes. Per tant, en el procés de disseny real, s'ha de prestar atenció a totes les etapes, inclos l'anàlisi de la càrrega, la selecció de components i la formulació de mesures de protecció. És essencial entendre exhaustivament els problemes comuns i les seves causes radicals en els quadres de distribució de baixa tensió per augmentar eficaçment el nivell de disseny elèctric.