Quels composants composent la conception du répartiteur de réseau en anneau à moyenne tension ?

En tant qu'expert engagé depuis de nombreuses années dans le domaine de la conception des systèmes électriques, j'ai toujours porté une attention particulière à l'évolution technologique et à la pratique d'application des équipements de distribution en boucle à moyenne tension. En tant que dispositif électrique central dans le deuxième maillon de la distribution du système électrique, la conception et les performances de ces équipements sont directement liées au fonctionnement sûr et stable du réseau d'alimentation. Voici une analyse professionnelle des points clés de conception des équipements de distribution en boucle, en combinant les normes de l'industrie et les pratiques d'ingénierie.

1. Logique de conception globale et planification architecturale

La conception des tableaux de distribution en boucle doit être strictement alignée sur les exigences opérationnelles du système électrique et les normes nationales. Elle doit se concentrer sur les scénarios d'utilisation, les objets de contrôle et les caractéristiques des composants électriques centraux pour construire un système d'unités fonctionnelles. Les interrupteurs principaux sont principalement configurés comme des disjoncteurs et des interrupteurs de charge, et un petit nombre utilise des appareils électriques combinés. Lors de la conception, la priorité est donnée au circuit combiné “interrupteur de charge + fusible”—ce type de circuit a une structure complexe et peut servir de référence pour déterminer la structure globale, la disposition et les dimensions externes de l'équipement. D'autres circuits, tels que les circuits d'interrupteurs de charge purs, devraient réutiliser sa conception mature autant que possible pour atteindre la standardisation et l'universalité.

Sur cette base, plusieurs types d'armoires sont dérivés : armoires d'interrupteurs de charge, armoires d'appareils électriques combinés, armoires de disjoncteurs, armoires multi-circuits, etc. La conception du circuit conducteur principal doit prendre en compte de manière systématique trois éléments clés : la capacité de transport de courant, la résistance aux forces électromagnétiques et l'efficacité de refroidissement :

• Disposition des composants : Utiliser habilement la force électromagnétique de fermeture pour s'assurer que les contacts mobiles ne se retirent pas lors des tests de stabilité dynamique et thermique, assurant ainsi la coordination des performances mécaniques et électriques.

• Sélection des barres de liaison : Faire correspondre précisément les barres de liaison circulaires ou plates selon la capacité de transport de courant, contrôler raisonnablement la densité de courant et équilibrer le transport de courant et la dissipation de chaleur.

• Optimisation des connexions électriques : Les contacts dynamiques et statiques, les connexions glissantes/fixes doivent assurer une faible résistance de contact. Lors de la connexion de conducteurs métalliques différents, des procédés tels que le doublage d'étain et le plaquage d'argent sont utilisés pour supprimer la corrosion électrochimique et éliminer le risque de défaillance de contact.

La conception des compartiments suit le principe de “sécurité en premier, adaptation du processus, et facilité d'exploitation et de maintenance” : le niveau de protection n'est pas inférieur à IP3X, le matériau de cloison (métal/non-métal) est choisi selon les besoins, et des dispositifs de dépressurisation et des mesures de limitation d'arc de défaut sont configurés—lors des défauts d'arc internes, le gaz à haute pression peut être évacué par le canal de dépressurisation pour assurer la sécurité de l'équipement et du personnel.

2. Considérations multidimensionnelles pour la conception de la structure d'isolation

Les tableaux de distribution doivent supporter la tension maximale de service et les tensions de surtension à court terme (atmosphérique et interne) pendant une longue période. La conception de l'isolation doit prendre en compte de manière globale des facteurs tels que l'adaptabilité environnementale, le choix des matériaux, l'optimisation de la structure et le contrôle des procédés :

(1) Optimisation du champ électrique et coordination de l'isolation

La forme des conducteurs affecte directement la distribution du champ électrique à l'intérieur de l'armoire. Dans la conception, des barres de cuivre arrondies et des barres de liaison rondes doivent être utilisées, et les formes des supports de contacts dynamiques et statiques, des conducteurs internes et des électrodes de support doivent être optimisées pour éliminer les pointes et les arêtes, rendant le champ électrique plus uniforme. Avec l'aide de logiciels d'analyse par éléments finis (comme ANSYS Maxwell), les maillons faibles de l'isolation peuvent être localisés avec précision. Par l'ajustement de la disposition et l'optimisation de la structure (comme l'application de la technologie de blindage), le champ électrique peut être uniformisé et l'intensité du champ maximal réduite, améliorant ainsi la fiabilité de l'isolation.

(2) Logique d'application de multiples milieux d'isolation

• Isolation à l'air : Pour l'isolation composite avec l'air comme corps principal, il faut respecter strictement les distances électriques et de crête spécifiées par les normes dans la conception pour équilibrer les performances d'isolation et la compacité de l'équipement.

• Isolation gazeuse : Les armoires isolées à gaz utilisent principalement du SF₆, N₂, de l'air comprimé sec ou des gaz mixtes comme milieu d'isolation (dans la plage de basse pression). Bien que la pression du gaz ne soit pas élevée, la conception de l'étanchéité est cruciale—il faut prêter attention aux changements de composition du gaz due à la perméation lors de l'exploitation à long terme (comme l'infiltration d'air et l'exsudation du gaz d'isolation). Pour les compartiments remplis de gaz sans produits de décomposition d'arc, le taux d'humidité doit être contrôlé avec précision : lorsque la pression nominale ≤ 0,05 MPa, il doit être ≤ 2000 μL/L ; lorsque > 0,05 MPa, la valeur admissible d'humidité est calculée selon la pression de vapeur saturante à -10 °C.

• Interfaces et isolation solide : Lorsque les parties isolées solides sont jointes, des matériaux élastiques tels que le caoutchouc silicone sont utilisés pour éliminer les espaces d'air et améliorer le niveau d'isolation à l'interface (en relation avec la pression de surface, la finition et la longueur de contact). L'utilisation de matériaux tels que la résine époxy et le caoutchouc silicone pour couler, vulcaniser et emballer les composants haute tension, et les recouvrir d'une couche de mise à la terre/conductrice semi-conductrice, peut considérablement améliorer le niveau de sécurité, réduire le volume de l'équipement et simplifier la disposition.

3. Conception précise de la transmission mécanique et du système d'interverrouillage

La transmission mécanique couvre des éléments tels que les mécanismes d'opération des disjoncteurs, les sectionneurs, les interrupteurs de terre et les interverrouillages de porte. La conception doit être optimisée sous des angles tels que le principe, la disposition, le mode de force (pression/traction), la portée, le rapport de transmission, l'angle de course et l'efficacité mécanique : simplifier la structure, réduire le nombre de pièces, et diminuer la force d'exploitation, réalisant “une charge de force raisonnable, une transmission fiable, un fonctionnement stable et une exploitation et maintenance faciles”.

L'“interverrouillage à cinq niveaux” est le cœur de la garantie de la sécurité d'exploitation—l'interverrouillage mécanique est préféré (composé de leviers, de tiges, de butées, etc., pour former un verrou, avec des procédures claires, intuitives et fiables) ; si les composants sont éloignés ou si l'interverrouillage mécanique est difficile à mettre en œuvre, l'interverrouillage électrique est complémentaire ; les armoires intelligentes peuvent être superposées avec un interverrouillage programmé par micrologiciel (utilisé en conjonction avec l'interverrouillage mécanique) pour construire un système de protection de sécurité multi-niveaux.

4. Construction d'un système de mise à la terre fiable

La conception de la mise à la terre doit couvrir les doubles exigences de “sécurité d'exploitation” et de “résistance aux défauts” :

• Pendant l'entretien, l'interrupteur de terre peut mettre à la terre le circuit principal de manière fiable selon les règlements.

• Le cadre inférieur de la coque est équipé de conducteurs et de bornes de mise à la terre adaptés aux conditions de défaut, et les armoires sont interconnectées par des conducteurs, avec un circuit dédié entre l'interrupteur de terre et le conducteur de mise à la terre.

• Les conducteurs de mise à la terre, les circuits de connexion et les connexions entre les armoires doivent résister au courant nominal de courte durée/à la valeur de pic.

• Le cadre, la plaque de couverture, la porte, la cloison et autres composants sont électriquement continus pour assurer la connexion de mise à la terre des unités fonctionnelles.

• La chute de tension continue de tout point des parties métalliques de la coque jusqu'au conducteur de mise à la terre via 30 A est ≤ 3 V, assurant l'efficacité de la mise à la terre.

5. Évolution technologique et orientation de développement

Avec le processus de transformation du réseau électrique et de la mise souterraine des câbles, les unités de distribution multi-circuits évoluent rapidement vers “la miniaturisation, la modularisation et l'automatisation”, ce qui stimule l'innovation des technologies d'isolation SF₆ et composite et des composants haute performance. À l'avenir, il sera nécessaire de se concentrer sur l'amélioration des processus de fabrication (comme le traitement de précision et l'emballage intégré), l'optimisation des connecteurs de câble, l'itération des fusibles limitateurs de courant, la recherche et le développement de petits mécanismes d'opération, et l'innovation des composants auxiliaires, afin d'améliorer le niveau de conception et de fabrication des équipements de distribution en boucle domestiques. Le développement d'une nouvelle génération d'armoires de distribution en boucle avec “une adaptation complète aux conditions de travail, sans entretien, haute fiabilité et miniaturisation” pour permettre l'automatisation de la distribution deviendra une direction clé pour les percées de l'industrie.