Koje komponente čine dizajn srednjenskog ring mrežnog distribucijskog aparata

Kao stručnjak s dugogodišnjim iskustvom u području dizajna sustava snage, uvijek sam prati tehnološki razvoj i primjenu opreme za distribuciju na srednjoj naponnoj razini. Kao ključni električni uređaj u sekundarnom lanacu distribucije sustava snage, dizajn i performanse ove opreme direktno utječu na sigurnu i stabilnu operaciju mreže snabdevanja. U nastavku se nalazi stručna analiza ključnih točaka dizajna opreme za distribuciju na srednjoj naponnoj razini, kombinirajući industrijske standarde i inženjerske prakse.

1. Opća logika dizajna i planiranje arhitekture

Dizajn opreme za distribuciju na srednjoj naponnoj razini mora strogo odgovarati zahtjevima za rad sustava snage i nacionalnim standardima. Treba se fokusirati na scenarije upotrebe, kontrolne objekte i karakteristike ključnih električnih komponenti kako bi se izgradila funkcionalna jedinica sistema. Glavni prekidači su uglavnom konfigurirani kao prekidači i prekidnici opterećenja, a manji broj koristi kombinirane električne uređaje. Tijekom dizajna, prioritet se daje kombinaciji “prekidnik opterećenja + prekidač” – ovaj tip kruga ima složenu strukturu i može poslužiti kao referenca za određivanje ukupne strukture, rasporeda i vanjskih dimenzija opreme. Ostali krugovi, poput čistih prekidnika opterećenja, trebaju što više iskoristiti njegov zračeni dizajn kako bi se postigla standardizacija i univerzalnost.

Na temelju gornjeg, izvedeno je nekoliko vrsta ormara: ormari prekidnika opterećenja, ormari kombiniranih električnih uređaja, ormari prekidača, ormari višestrukih krugova itd. Dizajn primarnog vodnog kruga treba sistematski uzeti u obzir tri ključna elementa: nosivost struje, otpornost na elektromagnetsku silu i učinkovitost hlađenja:

• Raspored komponenti: Vješto koristiti zatvarajuću električnu silu kako bi se osiguralo da pokretni kontakti ne povuku tijekom testova dinamičke i toplinske stabilnosti, postizajući koordinaciju mehaničkih i električnih performansi.

• Izbor šine: Precizno podudarati kružne ili ravne šine prema nosivosti struje, razumno kontrolirati gustoću struje i balansirati nosivost struje i hlađenje.

• Optimizacija električnih spojeva: Dinamički i statički kontakti, klizići/fiksi spojevi moraju osigurati niski otpor kontakta. Pri spajanju različitih metalnih vodilaca, koriste se procesi poput cinciranja i srebrnjanja kako bi se smanjila elektrokemijska korozija i eliminirala skrivena opasna stanja neuspjeha kontakta.

Dizajn odjeljenja slijedi princip “safety first, process adaptation, and convenient operation and maintenance”: stupanj zaštite nije niži od IP3X, materijal particija (metal/nemetal) odabire se prema potrebi, a konfiguriraju se uređaji za smanjenje tlaka i mjere ograničenja greškovitog luka – tijekom internih lukovitih grešaka, visoki plin može biti ispušten putem kanala za smanjenje tlaka kako bi se osigurala sigurnost opreme i osoblja.

2. Višedimenzionalni aspekti dizajna izolacijske strukture

Prekidači moraju dugotrajno izdržavati maksimalni radni napon i kratkotrajne prenapone (atmosferske i interne prenapone). Dizajn izolacije treba kompjelksno uzeti u obzir faktore poput prilagodbe okolišu, odabira materijala, optimizacije strukture i kontrole procesa:

(1) Optimizacija električnog polja i koordinacija izolacije

Oblik vodilaca direktno utječe na distribuciju električnog polja unutar ormarice. U dizajnu treba koristiti zaobljene bakrene štapiće, štapiće šine i optimizirati oblike dinamičkih i statičkih kontaktnih sjedišta, unutarnjih vodilaca i nosača elektroda kako bi se eliminirale ostre točke i rubovi, čime se električno polje čini jednoličnijim. S pomoću softvera za konačne elemente (poput ANSYS Maxwell), mogu se precizno locirati slabe veze izolacije. Preko prilagođavanja rasporeda i optimizacije strukture (poput primjene tehnologije štitnja), može se unificirati električno polje i smanjiti maksimalna jakost polja, poboljšavajući pouzdanost izolacije.

(2) Logika primjene više medija za izolaciju

• Zračna izolacija: Za kompozitnu izolaciju s zrakom kao glavnim tijelom, u dizajnu moraju strogo pridržavati se propisanih električnih razmaka i raspona kripanja kako bi se balansirala izolacijska sposobnost i kompaktnost opreme.

• Plinska izolacija: Plinsko izolirani ormari uglavnom koriste SF₆, N₂, suhi stisnuti zrak ili mešavine plinova kao medij za izolaciju (u niskom tlaku). Iako je tlak plina niski, dizajn zatvaranja je ključan – treba paziti na promjene sastava plina zbog prodiranja tijekom dugotrajne operacije (poput prodiranja zraka i izlazak gasa za izolaciju). Za plinske odjeljenja bez proizvoda rastvaranja luka, vlažnost mora biti precizno kontrolirana: kada je nominalni tlak ≤ 0.05MPa, treba biti ≤ 2000μL/L; kada je > 0.05MPa, dopuštena vrijednost vlažnosti računa se prema nasycenom parnom tlaku pri -10°C.

• Sučelje i čvrsta izolacija: Kada su dijelovi čvrste izolacije spojeni, koriste se elastični materijali poput silikonske gumije kako bi se eliminirale zračne praznine i poboljšala razine izolacije sučelja (vezano uz površinski tlak, finiš i duljinu kontakta). Koristeći materijale poput epoksidne smole i silikonske gumije za litiranje i vulkanizaciju i pakiranje visokonaponskih komponenti, te pokrivanje njih sa zemljom/semiprovodničkim slojem, može značajno poboljšati razine sigurnosti, smanjiti volumen opreme i pojednostaviti raspored.

3. Precizan dizajn mehaničkog prenosa i sustava zaklopki

Mehanički prenos pokriva veze poput mehanizama za rad prekidača, prekidnika, zemljača i zaklopki vrata. Dizajn treba optimizirati s obzirom na dimenzije poput principa, rasporeda, načina djelovanja sile (tlak/razvlačenje), span, omjer prenosa, kut hodnog kuta i mehaničku učinkovitost: pojednostaviti strukturu, smanjiti broj dijelova i smanjiti radnu silu, postizajući “razumno opterećenje, pouzdan prenos, stabilan rad i lakše održavanje”.

“Pet zaštitnih mjera” zaklopki su ključne za osiguranje sigurnosti rada – preferirana je mehanička zaklopka (sastavljena od leva, spojnica, prepreka itd. kako bi se formirala zaklopka, s jasnim postupcima, intuitivno i pouzdano); ako su komponente udaljene ili je teško implementirati mehaničku zaklopku, dodatno se koristi električna zaklopka; inteligentni ormari mogu se nadograditi s mikroprocesorskim programskim zaklopkama (korištenim zajedno s mehaničkim zaklopkama) kako bi se izgradila višeslojna sigurnosna zaštita.

4. Izgradnja pouzdanog sustava zemljanja

Dizajn zemljanja treba pokriti dvostruke zahtjeve “sigurnosti rada” i “izdržljivosti greške”:

• Tijekom održavanja, zemljač može pouzdano zemljiti glavni krug prema propisima.

• Donja okvirica oklopice opremljena je zemljnicima i terminalima prikladnim za uvjete greške, a ormari su povezani vodilcima, s posebnim krugom između zemljača i zemljnice.

• Zemljnice, spojne ceste i spojevi između ormara moraju izdržavati nominalni kratkotrajni/vrhunski prenos struje.

• Okvir, poklopac, vrata, particija i drugi komponenti električno su neprekidni kako bi se osiguralo zemljanje funkcijskih jedinica.

• Naponsko padanje između bilo koje točke metalnih dijelova oklopice do zemljnice preko 30A je ≤ 3V, osiguravajući učinkovitost zemljanja.

5. Tehnološki razvoj i smjerovi razvoja

S procesom transformacije mreže snage i podzemljenja kabela, multi-krugovi distribucijskih jedinica brzo iteriraju prema “miniaturizaciji, modularizaciji i automatizaciji”, što potiče inovativni razvoj tehnologija SF₆ i kompozitne izolacije te visokoproizvodnih komponenti. U budućnosti, potrebno je fokusirati se na nadogradnju proizvodnih procesa (poput precizne obrade i integriranog pakiranja), optimizaciju konektora kabela, iteraciju ograničitelja struje, istraživanje i razvoj malih radnih mehanizama i inovaciju pomoćnih komponenti kako bi se poboljšalo dizajniranje i proizvodnja domaćih oprema za distribuciju na srednjoj naponnoj razini. Razvoj nove generacije ormarica za distribuciju na srednjoj naponnoj razini s “punom adaptacijom radnih stanja, bez održavanja, visokom pouzdanosti i miniaturizacijom” omogućit će automatizaciju distribucije i postati će ključni smjer za industrijske prekretnice.