چه قسمت‌هایی طراحی دستگاه توزیع شبکه حلقه ولتاژ متوسط را تشکیل می‌دهند
به عنوان متخصصی که بسیار مدت در زمینه طراحی سیستم های قدرت فعالیت داشته است، همواره به تکامل فن آوری و عملکرد عملی تجهیزات توزیع حلقه ای ولتاژ متوسط توجه داشته ام. به عنوان دستگاه الکتریکی کلیدی در لینک دوم توزیع سیستم قدرت، طراحی و عملکرد این تجهیزات مستقیماً با عملکرد ایمن و پایدار شبکه تأمین برق مرتبط است. در ادامه تجزیه و تحلیل حرفه ای از نقاط کلیدی طراحی تجهیزات توزیع حلقه ای را با ترکیب استانداردهای صنعتی و شیوه های مهندسی ارائه می دهم.
۱. منطق طراحی کلی و برنامه ریزی معماری
طراحی تجهیزات توزیع حلقه ای باید دقیقاً با نیازهای عملیاتی سیستم قدرت و استانداردهای ملی همسو باشد. باید بر سناریوهای استفاده، اشیاء کنترل و ویژگی های اجزای الکتریکی کلیدی تمرکز کند تا سیستم واحد عملکردی را بسازد. مدارهای اصلی عمدتاً به صورت قطع کننده ها و کلیدهای بار تنظیم شده اند و تعداد کمی از آنها از تجهیزات الکتریکی ترکیبی استفاده می کنند. در طراحی، اولویت به مدار ترکیبی “کلید بار + بیمه” داده می شود- این نوع مدار ساختار پیچیده ای دارد و می تواند به عنوان مرجعی برای تعیین ساختار کلی، ترتیب و ابعاد خارجی تجهیزات استفاده شود. دیگر مدارها، مانند مدارهای خالص کلید بار، باید به حد امکان از طراحی رسیده خود استفاده کنند تا استانداردسازی و جهانی شدن را تحقق بخشند.
بر اساس این پایه، انواع مختلفی از کابینت ها به وجود می آیند: کابینت های کلید بار، کابینت های تجهیزات الکتریکی ترکیبی، کابینت های قطع کننده، کابینت های چندمداری و غیره. طراحی مدار رسانا باید به طور سیستماتیک سه عنصر کلیدی را در نظر بگیرد: ظرفیت حمل جریان، توان تحمل نیروی الکتریکی و کارایی تبدیل حرارت:
طراحی کامپارتمان ها بر اساس اصول “امنیت اول، تطبیق فرآیند و عملیات و نگهداری آسان” انجام می شود: سطح محافظت کمتر از IP3X نیست، ماده جداکننده (فلزی/غیرفلزی) بر اساس نیاز انتخاب می شود و دستگاه های رفع فشار و اقدامات محدود کننده قوس خطا پیکربندی شده اند- در طی خطاهای قوس داخلی، گاز فشار بالا می تواند از طریق کانال رفع فشار تخلیه شود تا امنیت تجهیزات و افراد تضمین شود.
۲. در نظر گرفتن جنبه های چند بعدی در طراحی ساختار عایق
تجهیزات باید قادر به تحمل ولتاژ عملیاتی ماکزیمم و ولتاژ بیش از حد کوتاه مدت (جویی و داخلی) برای مدت طولانی باشند. طراحی عایق باید به طور جامع عواملی مانند تطبیق محیطی، انتخاب ماده، بهینه سازی ساختار و کنترل فرآیند را در نظر بگیرد:
(۱) بهینه سازی میدان الکتریکی و هماهنگی عایق
شکل رساناهای تأثیر مستقیمی بر توزیع میدان الکتریکی درون کابینت دارد. در طراحی، از میله های مسی دایره ای و میله های مادربرق دایره ای استفاده شده و شکل تماس های دینامیکی و استاتیک، رساناهای داخلی و الکترودهای پشتیبان بهینه سازی شده اند تا نقاط تیز و لبه ها حذف شوند و میدان الکتریکی بیشتر یکنواخت شود. با کمک نرم افزارهای تحلیل المان محدود (مانند ANSYS Maxwell)، نقاط ضعف عایق می توانند به طور دقیق مشخص شوند. از طریق تعدیل ترتیب و بهینه سازی ساختار (مانند کاربرد فناوری مخفی کردن)، میدان الکتریکی می تواند یکنواخت شود و حداکثر قدرت میدان کاهش یابد، که اعتمادپذیری عایق را افزایش می دهد.
(۲) منطق کاربرد رساناهای عایق چندگانه
۳. طراحی دقیق سیستم انتقال مکانیکی و متقابل
انتقال مکانیکی شامل مواردی مانند مکانیزم های عملیات قطع کننده، جداکننده ها، کلیدهای زمین و متقابل درب است. طراحی باید از نظر ابعادی از اصول، ترتیب، حالت نیرو (فشار/کشش)، فاصله، نسبت انتقال، زاویه مسیر و کارایی مکانیکی بهینه شود: ساختار را ساده کنید، تعداد قطعات را کاهش دهید و نیروی عملیاتی را کاهش دهید، تا “بارگذاری معقول، انتقال قابل اعتماد، عملکرد پایدار و عملیات و نگهداری آسان” به دست آید.
“پنج پیشگیری” متقابل هسته ای برای اطمینان از ایمنی عملیات است- متقابل مکانیکی ترجیح داده می شود (تشکیل شده از دستگاه های دستی، میله های اتصال، سپرها و غیره برای تشکیل قفل، با رویه های واضح، بصری و قابل اعتماد)؛ اگر قطعات دور از هم هستند یا متقابل مکانیکی دشوار است، از متقابل الکتریکی استفاده می شود؛ کابینت های هوشمند می توانند با برنامه نویسی میکروکامپیوتر متقابل (با استفاده از متقابل مکانیکی) اضافه شوند تا سیستم حفاظت چندسطحی را بسازند.
۴. ساختار سیستم زمینی قابل اعتماد
طراحی زمینی باید نیازهای دوگانه “ایمنی عملیاتی” و “تحمل خطا” را پوشش دهد:
۵. تکامل فناوری و جهت توسعه
با پیشرفت تبدیل شبکه برق و زیرزمینی کابل ها، واحدهای توزیع چندمداری به سرعت به سمت “کوچک شدن، مدولار شدن و خودکار شدن” در حال تکامل هستند، که توسعه نوآورانه فناوری های SF₆ و عایق ترکیبی و اجزای با عملکرد بالا را محرک می کند. در آینده، باید تمرکز بر به روزرسانی فرآیندهای تولید (مانند پردازش دقیق و بسته بندی یکپارچه)، بهینه سازی اتصالات کابل، تکامل بیمه های محدود کننده جریان، تحقیق و توسعه مکانیزم های کوچک عملیاتی و نوآوری اجزای کمکی شود، تا سطح طراحی و تولید تجهیزات توزیع حلقه ای داخلی افزایش یابد. توسعه نسل جدید کابینت های حلقه ای با “تأقلم با تمام شرایط کاری، بدون نیاز به نگهداری، قابلیت اطمینان بالا و کوچک شدن” برای امکان خودکارسازی توزیع، یک جهت کلیدی برای شکست صنعت خواهد بود.
