Diskussion zur elektrischen Auslegung von Niederspannungsverteilungsschränken

Moderne Niederspannungsschaltanlagen bestehen hauptsächlich aus zwei Teilen: dem Bedienfeld und dem Gehäuse. Bei der Installation des Bedienfelds sollte das Prinzip „ordentlich, ästhetisch ansprechend, sicher und leicht zu warten“ eingehalten werden. Schaltanlagen können nach Material (z.B. Holz, Stahl) und Installationsmethode (z.B. Oberflächenmontage, Einbau) klassifiziert werden. Mit der stetigen Entwicklung der chinesischen Energieindustrie steigen die Anforderungen an den Automatisierungsgrad und die Zuverlässigkeit von Niederspannungsschaltanlagen kontinuierlich.

1 Kurze Beschreibung des Designs und der Funktion moderner Niederspannungsschaltanlagen

Die moderne Niederspannungsschaltanlage ist ein entscheidender Verbindungspunkt zwischen dem Stromnetz und den Endnutzern. Ihre Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit sind wesentlich für die Verbesserung der Versorgungsqualität. Diese Anlagen erhöhen effektiv die Flexibilität der Netzversorgung und reduzieren die Ausfallzeiten bei Fehlern. Im Gegensatz zu traditionellen Anlagen weisen moderne Anlagen zunehmend höhere Grade von Automatisierung und Informatisierung auf. Ihre Merkmale umfassen in der Regel die Fähigkeit, die Last der Speiseleitungen effektiv zu segmentieren, gezielte Blindleistungskompensation durchzuführen, die Betriebsparameter des Energiesystems in Echtzeit zu überwachen und umfassende Schutzfunktionen anzubieten. Diese Vorteile verbessern erheblich die Zuverlässigkeit und die Versorgungsqualität des Verteilungsnetzes, optimieren Parameter wie Spannung und Leistungsfaktor während des Netzbetriebs. Darüber hinaus schützen sie durch fortschrittliches Kontrollsystemdesign effektiv vor ungewöhnlichen Zuständen wie Überspannung, Überstrom und Harmonischen, während sie gleichzeitig ausgezeichnete dynamische Reaktionsfähigkeiten besitzen.

2 Analyse spezifischer Design-Schwerpunkte

2.1 Schaltkreisdesign von Niederspannungsschaltanlagen

Das Schaltkreisdesign für moderne Niederspannungsschaltanlagen beinhaltet die Erstellung von elektrischen Schaltplänen und die Auswahl von Leitern. Die folgenden Aspekte sollten berücksichtigt werden:

• Design von elektrischen Schaltplänen: Der elektrische Schaltplan ist einer der grundlegendsten Aspekte des Designs von Niederspannungsschaltanlagen. Während des Entwurfsprozesses sollten Designer die Lastcharakteristiken, -größen und -merkmale der Speiseleitungen umfassend berücksichtigen. Zum Beispiel sollten die Querschnittsfläche, Art, Material der Leiter für jeden Schaltkreis und die Leistung der Schutzeinrichtungen basierend auf Faktoren wie der Lastbelastung und dem Kurzschlussstrom bestimmt werden. Da es unwahrscheinlich ist, dass alle Lasten innerhalb der Anlage gleichzeitig mit der Nennleistung betrieben werden, sollte die maximale Leistungsbedarf der Anlage unter Berücksichtigung von Parametern wie dem Bedarfsfaktor, im Einklang mit den tatsächlichen Lastcharakteristiken, bestimmt werden.

• Auswahl von Leitern: Basierend auf praktischen Anwendungsanforderungen und Materialeigenschaften werden in modernen Niederspannungsschaltanlagen hauptsächlich Kupfer- oder Aluminium-Streifen verwendet. Beim Leiterauswahl müssen Designer den Einfluss von Haut- und Nachbarschaftseffekten (speziell für Wechselstromversorgung) auf die Stromtragfähigkeit der Leiter vollständig berücksichtigen. Gleichzeitig sollte auf die Wärmeabfuhr und die Verkabelung der Schaltkreise innerhalb der Anlage geachtet werden. Darüber hinaus muss bei der Planung die Abstimmung zwischen den Schaltkreisen und den Schutzeinrichtungen betont werden, wobei potenzielle Störungen zwischen verschiedenen Teilen sorgfältig berücksichtigt werden müssen.

2.2 Strukturdesign von Niederspannungsschaltanlagen

Am Beispiel einer Niederspannungsschaltanlage für ländliche Netze muss die Wärmeabführleistung des Gehäuses beim Strukturdesign vollständig berücksichtigt werden. Während des Betriebs können Faktoren wie äußeres Sonnenlicht, hohe Sommertemperaturen und steigende elektrische Lasten leicht zu übermäßigen Innentemperaturen führen, was den normalen Betrieb der internen Komponenten beeinträchtigen kann. Die folgenden Aspekte sollten beim Strukturdesign berücksichtigt werden:

• Verbesserung der Wärmeabführung durch Strukturdesign: Einerseits kann die Lüftung durch die Erhöhung der Luftzufuhr- und -abluftöffnungen verbessert werden, wobei gleichzeitig der Schutzgrad (IP) des Gehäuses gewährleistet wird. Andererseits können Maßnahmen wie das Einbauen von Gittern oder Absperrelementen hinzugefügt werden, um Regen, Schmutz usw. daran zu hindern, in die Anlage einzudringen.

• Auswahl von Komponenten mit höheren Kennwerten: Da der Betrieb interner elektrischer Komponenten erheblich von der Temperatur beeinflusst wird, können die negativen Auswirkungen eines hohen internen Temperaturanstiegs gemildert werden, indem Komponenten mit Kennwerten ausgewählt werden, die über den tatsächlichen Betriebsparametern liegen.

• Sicherstellung einer rationalen Anordnung der internen Komponenten: Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Betriebsparameter und -merkmale der Komponenten innerhalb der Anlage sollten Komponenten, die erhebliche Wärme erzeugen oder hohe Kühlungsanforderungen haben, in der Anordnung priorisiert werden.

Sobald die Platzierung der internen Komponenten festgelegt ist, kann das Design des Verkabelungsplans beginnen. In diesem Plan werden die Schaltkreise nach ihrer Stromquelle geteilt. Die Komponenten innerhalb jedes Schaltkreises werden von links nach rechts entsprechend der tatsächlichen Verbindungsequenz angeordnet, während die Reihen von oben nach unten entsprechend der Betriebssequenz angeordnet werden. Darüber hinaus sollten für jeden Schaltkreis im Plan geeignete Textbezeichnungen bereitgestellt werden. Die grundlegenden Anforderungen an das elektrische Design und die Installation von Niederspannungsschaltanlagen sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1 Grundlegende Anforderungen an das elektrische Design und die Installation von Niederspannungsschaltanlagen

2.3 Komponentenauswahl für Schaltanlagen

Komponenten für Niederspannungsschaltanlagen umfassen in der Regel verschiedene Teile wie elektrische Parameteranzeigegeräte, sekundäre Messgeräte und Schaltvorrichtungen. Am Beispiel eines Niederspannungsausschalters in einer praktischen Anlage: Oberflächenmontagen bieten in der Regel bessere Wärmeabführleistung, während Einbauanlagen aufgrund der begrenzten Luftzirkulation weniger günstig für die Wärmeabführung sind. Bei Einbauinstallationen kann die innere Temperatur aufgrund des Einflusses des Ausschalters erheblich ansteigen. Daher liegt die Betriebstemperatur des Ausschalters innerhalb einer Einbauanlage in der Regel höher als die Umgebungstemperatur. Folglich sollten Designer bei der Gestaltung dieser Art von Niederspannungsanlagen die vom Hersteller bereitgestellten Daten zum Temperaturanstieg und -strom des Ausschalters berücksichtigen, den Einfluss der Umgebungstemperatur und der Gehäuseinstallationsmethode auf den Betriebsstrom des Ausschalters vollständig berücksichtigen und dessen Nennstromwert entsprechend korrigieren.

Darüber hinaus sollten bei der Montage von Anzeige- und Steuerungselementen an der Außenseite der Anlage Grundsätze wie „ordnungsgemäße Anordnung, Zuverlässigkeit, Sicherheit und einfache Bedienung“ eingehalten werden. Gleichzeitig sollten enge Verbindungen und Sauberkeit an allen Busbaranschlussstellen und Verbindungspunkten gewährleistet werden. Für das Design und die Installation der sekundären Verkabelung innerhalb der Anlage ist eine angemessene Kennzeichnung von Komponenten und Leitungen entscheidend. Eine standardisierte und ordentliche Installation sollte die Funktion, die Verkabelung und die Hierarchie der internen Komponenten und Leitungen auf einen Blick erkennen lassen, was die nachfolgende Bedienung und die routinemäßige Wartung der Niederspannungsschaltanlage erleichtert.

3 Zusammenfassung

Da der Automatisierungsgrad moderner Niederspannungsschaltanlagen weiter zunimmt, werden deren Funktionen und Strukturen zunehmend komplexer. Daher muss in der tatsächlichen Entwurfsphase auf alle Stufen, einschließlich der Lastanalyse, der Komponentenauswahl und der Formulierung von Schutzmaßnahmen, geachtet werden. Es ist wichtig, die häufigen Probleme und deren Ursachen in Niederspannungsschaltanlagen gründlich zu verstehen, um das Niveau des elektrischen Designs effektiv zu verbessern.