Какви компоненти съставляват конструкцията на средноволтовата разпределителна апаратура в пръстенова мрежа

Като експерт, който е дълбоко ангажиран в областта на проектирането на електроенергийни системи от много години, винаги съм следил технологичната еволюция и приложната практика на среднонапрастните разпределителни уреди. Като основен електрически апарат в вторичното връзко разпределение на електроенергийната система, дизайна и производителността на този тип оборудване са пряко свързани с безопасната и стабилна работа на мрежата за доставка на електроенергия. По-долу е представен професионален анализ на ключовите точки в дизайна на разпределителните уреди, комбиниращ индустриални стандарти и инженерни практики.

1. Обща логика на проектирането и планиране на архитектурата

Проектирането на разпределителните уреди трябва стриктно да съответства на изискванията за работа на електроенергийната система и националните стандарти. То трябва да се фокусира върху сценарии за използване, контролирани обекти и характеристиките на основните електрически компоненти, за да се построи функционална единична система. Основните ключове са конфигурирани предимно като прекъсвачи и заредни ключове, а малко число използва комбинирани електрически апарати. При проектирането, приоритет се дава на комбинацията “зареден ключ + предпазен пръстен” - този тип верига има сложна структура и може да служи като референция за определяне на общата структура, разположение и външни размери на оборудването. Други вериги, като чисто заредни ключови вериги, трябва максимално да използват неговия зрял дизайн, за да се постигне стандартизация и универсалност.

На базата на горното, се получават различни видове шкафове: заредни ключови шкафове, комбинирани електрически апаратни шкафове, прекъсвачни шкафове, многоверигови шкафове и т.н. Проектирането на първичната проводяща верига трябва системно да вземе под внимание три основни елемента: капацитет за провеждане на ток, способност за издържане на електрическа сила и ефективност на охлаждане:

• Разположение на компонентите: Умело използване на затварящата електрическа сила, за да се гарантира, че движещите се контакти не се изтеглят по време на динамични и термични стабилностни тестове, постигайки координация между механичната и електрическата производителност.

• Избор на шината: Точна подборка на кръгла или плоска шина според капацитета за провеждане на ток, разумно контролиране на гъстотата на тока и балансиране на провеждане на ток и охлаждане.

• Оптимизация на електрическата връзка: Динамичните и статични контакти, плъзгащи се/фиксирани връзки трябва да осигурят ниско контактно съпротивление. При връзката на различни метални проводници, процеси като тиниране и серебрено покритие се използват, за да се подтисне електрохимичната корозия и да се елиминира скритата опасност от отказ на контакта.

Дизайнът на отделенията следва принципа “безопасността е първо, адаптация към процеса и удобство при обслужване”: нивото на защита не е по-ниско от IP3X, материалът на разделителната стена (метал/неметал) се избира по необходимост, и се конфигурират устройства за отстраняване на налягане и мерки за ограничаване на дефектната дъга - при вътрешни дефектни дъги, високото налягане може да се изпусне през канал за отстраняване, за да се осигури безопасността на оборудването и персонала.

2. Многообразни разглеждания при проектирането на изолационната структура

Шкафовете трябва да издържат максималното работно напрежение и краткосрочно надвишено напрежение (атмосферно и вътрешно надвишено напрежение) за дълъг период. Изоляционният дизайн трябва комплексно да вземе под внимание фактори като адаптивност към околната среда, избор на материали, оптимизация на структурата и контрол на процеса:

(1) Оптимизация на електрическото поле и координация на изолацията

Формата на проводниците директно влияе върху разпределението на електрическото поле в шкафа. В дизайна, трябва да се използват закръглени медни шини, цилиндрични шини, и формите на динамичните и статични контактни седала, вътрешните проводници и опорните електроди трябва да бъдат оптимизирани, за да се елиминират остри ръбове и краища, правейки електрическото поле по-равномерно. С помощта на софтуер за крайно елементно моделиране (като ANSYS Maxwell), могат да бъдат точно локализирани слабите връзки на изолацията. Чрез корекция на разположението и оптимизация на структурата (като приложение на технологии за екраниране), електрическото поле може да бъде равномеризирано и максималната силата на полето да бъде намалена, подобрявайки надеждността на изолацията.

(2) Логика на приложение на множество изолационни медии

• Въздушна изолация: За композитна изолация с въздух като основа, в дизайна трябва стриктно да се следват стандартите за електрическо разстояние и пробиране, за да се балансира изолационната производителност и компактността на оборудването.

• Газова изолация: Газово изолирани шкафове най-често използват SF₆, N₂, сух въздух под налягане, или смесени газове като изолационни медии (в нисконалягански диапазон). Въпреки, че газовото налягане не е високо, дизайна за запечатване е критичен - трябва да се обърне внимание на промените в състава на газа поради проникване при дългосрочна работа (като проникване на въздух и изтичане на изолационния газ). За газови отделения без продукти на дъга, съдържанието на влага трябва да бъде точно контролирано: когато номиналното налягане ≤ 0.05MPa, то трябва да бъде ≤ 2000μL/L; когато > 0.05MPa, допустимата стойност на съдържанието на влага се изчислява според налягането на наситената водна пара при -10°C.

• Интерфейс и твърда изолация: При съединяване на части от твърда изолация, се използват еластични материали като силиконова гума, за да се елиминират въздушни празнини и да се подобри нивото на интерфейсна изолация (свързана с повърхностното налягане, финишната обработка и дължината на контакта). Използването на материали като епоксидна смола и силиконова гума за заливане, вулканизиране и упаковка на висковолтови компоненти, и покриването им с заземена/полупроводна слой, значително подобрява нивото на безопасност, намалява обема на оборудването и опростява разположението.

3. Точен дизайн на механичната передача и системата за блокиране

Механичната передача покрива връзки като механизми за управление на прекъсвачите, разединители, заземителни ключове и блокиращи механизми на врати. Дизайнът трябва да бъде оптимизиран от гледна точка на принцип, разположение, начин на прилагане на сила (натиск/разтягане), разстояние, преводно отношение, ъгъл на ход, и механична ефективност: опростяване на структурата, намаляване на броя на частите, и намаляване на оперативната сила, постигайки “разумно разпределение на сили, надеждна передача, стабилна работа, и удобство при обслужване”.

“Петте-предпазващи” механизми за блокиране са основата за осигуряване на безопасност при операции - механичното блокиране е предпочитано (състои се от левери, свързващи колела, бариери и т.н., за да се създаде замък, с ясни процедури, интуитивно и надеждно); ако компонентите са далеч едни от други или механичното блокиране е трудно за реализиране, се допълва с електрическо блокиране; интелигентни шкафове могат да добавят микрокомпютърно програмирано блокиране (в комбинация с механично блокиране), за да се построи многоуровнева система за безопасност.

4. Построяване на надеждна система за заземяване

Дизайнът за заземяване трябва да покрива двойните изисквания за “безопасност при операции” и “издръжливост при дефект”:

• По време на поддръжка, заземителният ключ може надеждно да заземи главната верига според регламента.

• Дъното на корпуса е оборудвано с заземителни проводници и терминали, подходящи за условия на дефект, и шкафовете са свързани чрез проводници, със специална верига между заземителния ключ и заземителния проводник.

• Заземителните проводници, свързващи вериги и връзки между шкафовете трябва да издържат номиналния краткосрочен/върховен ток за издържливост.

• Рамката, капакът, вратата, разделителната стена и други компоненти са електрически непрекъснати, за да се осигури заземителната връзка на функционалните единици.

• DC нападък от всяка точка на металните части на корпуса до заземителния проводник чрез 30A е ≤ 3V, за да се осигури ефективността на заземяването.

5. Технологична еволюция и насоки за развитие

С преобразуването на електроенергийната мрежа и подземната кабелна мрежа, многовериговите разпределителни единици бързо се итерират към “миниатюризация, модуларизация и автоматизация”, което подтиква иновативното развитие на SF₆ и композитни изолационни технологии, както и на високопроизводителни компоненти. В бъдеще, е необходимо да се фокусираме върху обновяване на производствените процеси (като прецизно обработване и интегрирано упаковане), оптимизация на кабелните връзки, итерация на ограничителите на тока, разработване на малки механизми за управление, и иновация на помагални компоненти, за да се подобри нивото на проектиране и производство на домашното оборудване за връзко разпределение. Разработването на ново поколение разпределителни шкафове с “адаптивност към всички условия, безподдръжност, висока надеждност и миниатюризация” за автоматизация на разпределението ще стане ключова насока за промяна в индустрията.