¿Qué componentes componen el diseño de los equipos de distribución de red en anillo de media tensión?

Como experto con muchos años de experiencia en el campo del diseño de sistemas de potencia, siempre he prestado atención a la evolución tecnológica y a la práctica de aplicación de los equipos de distribución en anillo de media tensión. Como dispositivo eléctrico central en el segundo eslabón de distribución del sistema de potencia, el diseño y el rendimiento de este equipo están directamente relacionados con la operación segura y estable de la red de suministro. A continuación, se presenta un análisis profesional de los puntos clave de diseño de los equipos de distribución en anillo, combinando estándares de la industria y prácticas de ingeniería.

1. Lógica de Diseño General y Planificación Arquitectónica

El diseño de los armarios de distribución en anillo debe alinearse estrictamente con los requisitos de operación del sistema de potencia y los estándares nacionales. Debe centrarse en los escenarios de uso, los objetos de control y las características de los componentes eléctricos principales para construir un sistema de unidades funcionales. Los interruptores principales se configuran principalmente como interruptores y seccionadores, y un pequeño número utiliza aparatos eléctricos combinados. Durante el diseño, se da prioridad al circuito combinado “seccionador + fusible”—este tipo de circuito tiene una estructura compleja y puede servir como referencia para determinar la estructura general, la disposición y las dimensiones externas del equipo. Otros circuitos, como los circuitos puros de seccionadores, deben reutilizar su diseño maduro en la medida de lo posible para lograr la estandarización y universalidad.

Basándose en esta base, se derivan varios tipos de gabinetes: gabinetes de seccionadores, gabinetes de aparatos eléctricos combinados, gabinetes de interruptores, gabinetes multicircuitos, etc. El diseño del circuito conductor principal necesita considerar sistemáticamente tres elementos centrales: capacidad de conducción de corriente, resistencia a la fuerza electromotriz y eficiencia de disipación de calor:

• Disposición de Componentes: Utilice hábilmente la fuerza electromotriz de cierre para asegurar que los contactos móviles no se retiren durante las pruebas de estabilidad dinámica y térmica, logrando la coordinación del rendimiento mecánico y eléctrico.

• Selección de Barras Colectoras: Ajuste precisamente barras colectoras circulares o planas según la capacidad de conducción de corriente, controle razonablemente la densidad de corriente y equilibre la conducción de corriente y la disipación de calor.

• Optimización de Conexiones Eléctricas: Los contactos dinámicos y estáticos, las conexiones deslizantes/fijas, deben garantizar una baja resistencia de contacto. Al conectar conductores metálicos diferentes, se utilizan procesos como el estañado y el plateado de plata para suprimir la corrosión electroquímica y eliminar el peligro oculto de falla de contacto.

El diseño de los compartimentos sigue el principio de “seguridad primero, adaptación al proceso y operación y mantenimiento convenientes”: el nivel de protección no es inferior a IP3X, el material de partición (metal/no metal) se selecciona según sea necesario, y se configuran dispositivos de liberación de presión y medidas limitadoras de arco interno—durante las fallas de arco interno, el gas de alta presión se puede liberar a través del canal de liberación para garantizar la seguridad del equipo y del personal.

2. Consideraciones Multidimensionales en el Diseño de la Estructura de Aislamiento

Los armarios de distribución deben soportar el voltaje operativo máximo y el sobrevoltaje a corto plazo (atmosférico e interno) por un período prolongado. El diseño de aislamiento necesita considerar integralmente factores como la adaptabilidad ambiental, la selección de materiales, la optimización de la estructura y el control de procesos:

(1) Optimización del Campo Eléctrico y Coordinación de Aislamiento

La forma de los conductores afecta directamente la distribución del campo eléctrico dentro del gabinete. En el diseño, se deben utilizar barras de cobre redondeadas, barras colectoras redondas, y se debe optimizar la forma de los asientos de contacto dinámico y estático, los conductores internos y los electrodos de soporte para eliminar puntas y bordes, haciendo que el campo eléctrico sea más uniforme. Con la ayuda de software de análisis por elementos finitos (como ANSYS Maxwell), se pueden localizar con precisión los eslabones débiles de aislamiento. A través de ajustes de disposición y optimización de la estructura (como la aplicación de tecnología de blindaje), se puede uniformizar el campo eléctrico y reducir la máxima intensidad de campo, mejorando la confiabilidad del aislamiento.

(2) Lógica de Aplicación de Múltiples Medios de Aislamiento

• Aislamiento Aéreo: Para el aislamiento compuesto con aire como cuerpo principal, en el diseño se debe seguir estrictamente la separación eléctrica y la distancia de arrastre especificada por los estándares para equilibrar el rendimiento de aislamiento y la compactación del equipo.

• Aislamiento Gaseoso: Los gabinetes de aislamiento gaseoso utilizan principalmente SF₆, N₂, aire comprimido seco o gases mixtos como medios de aislamiento (en el rango de baja presión). Aunque la presión del gas no es alta, el diseño de sellado es crucial—se debe prestar atención a los cambios en la composición del gas debido a la permeación durante la operación a largo plazo (como la infiltración de aire y la exudación de gas de aislamiento). Para los compartimentos llenos de gas sin productos de descomposición de arco, se debe controlar con precisión el contenido de humedad: cuando la presión nominal ≤ 0,05 MPa, debe ser ≤ 2000 µL/L; cuando > 0,05 MPa, el valor permitido de contenido de humedad se calcula según la presión de vapor saturado a -10°C.

• Interfaz y Aislamiento Sólido: Cuando se unen partes de aislamiento sólido, se utilizan materiales elásticos como caucho de silicona para eliminar las grietas de aire y mejorar el nivel de aislamiento de la interfaz (relacionado con la presión superficial, el acabado y la longitud de contacto). Usando materiales como resina epoxi y caucho de silicona para fundir y vulcanizar y empacar componentes de alta tensión, y cubriéndolos con una capa de tierra/conductiva, se puede mejorar significativamente el nivel de seguridad, reducir el volumen del equipo y simplificar la disposición.

3. Diseño Preciso del Sistema de Transmisión Mecánica e Interbloqueo

La transmisión mecánica abarca eslabones como mecanismos de operación de interruptores, seccionadores, interruptores de tierra y bloqueos de puertas. El diseño necesita optimizarse desde dimensiones como el principio, la disposición, el modo de fuerza (presión/tensión), la luz, la relación de transmisión, el ángulo de carrera y la eficiencia mecánica: simplificar la estructura, reducir el número de piezas y disminuir la fuerza de operación, logrando “carga de fuerza razonable, transmisión confiable, operación estable y operación y mantenimiento convenientes”.

El “cinco-prevenir” interbloqueo es el núcleo para garantizar la seguridad de la operación—se prefiere el interbloqueo mecánico (compuesto por palancas, varillas, tapas, etc. para formar un bloqueo, con procedimientos claros, intuitivo y confiable); si los componentes están lejos entre sí o es difícil implementar el interbloqueo mecánico, se complementa con el interbloqueo eléctrico; los gabinetes inteligentes pueden superponerse con el interbloqueo programado por software de microcomputadora (usado en conjunto con el interbloqueo mecánico) para construir un sistema de protección de seguridad multinivel.

4. Construcción de un Sistema de Tierra Confiable

El diseño de tierra necesita cubrir los requisitos dobles de “seguridad de operación” y “resistencia a fallas”:

• Durante el mantenimiento, el interruptor de tierra puede tierrar de manera confiable el circuito principal según las normas.

• El bastidor inferior de la carcasa está equipado con conductores y terminales de tierra adecuados para condiciones de falla, y los gabinetes están interconectados por conductores, con un circuito dedicado entre el interruptor de tierra y el conductor de tierra.

• Los conductores de tierra, los circuitos de conexión y las conexiones entre gabinetes deben soportar la corriente nominal de corta duración/pico.

• El bastidor, la tapa, la puerta, la partición y otros componentes son eléctricamente continuos para garantizar la conexión de tierra de las unidades funcionales.

• La caída de tensión DC desde cualquier punto de las partes metálicas de la carcasa hasta el conductor de tierra a través de 30 A es ≤ 3 V, garantizando la efectividad de la tierra.

5. Evolución Tecnológica y Dirección de Desarrollo

Con el proceso de transformación de la red de potencia y la enterración de cables, las unidades de distribución multicircuito están iterando rápidamente hacia “miniaturización, modularización y automatización”, lo que impulsa el desarrollo innovador de tecnologías de aislamiento SF₆ y compuestas, así como componentes de alto rendimiento. En el futuro, será necesario centrarse en la actualización de los procesos de fabricación (como el procesamiento preciso y el empaquetado integrado), la optimización de conectores de cable, la iteración de fusibles limitadores de corriente, la investigación y desarrollo de mecanismos de operación pequeños y la innovación de componentes auxiliares, con el fin de mejorar el nivel de diseño y fabricación de los equipos de distribución en anillo nacionales. Desarrollar una nueva generación de gabinetes de distribución en anillo con “adaptación a todas las condiciones de trabajo, sin mantenimiento, alta confiabilidad y miniaturización” para habilitar la automatización de la distribución se convertirá en una dirección clave para los avances de la industria.