Quali componenti costituiscono la progettazione degli armadi di distribuzione a rete anellare a media tensione?

Come esperto che si occupa da molti anni di progettazione di sistemi elettrici, ho sempre prestato attenzione all'evoluzione tecnologica e alla pratica applicativa dell'equipaggiamento di distribuzione a anello a media tensione. Come dispositivo elettrico centrale nel secondo anello di distribuzione del sistema elettrico, la progettazione e le prestazioni di tale equipaggiamento sono direttamente correlate all'operazione sicura e stabile della rete di fornitura elettrica. Di seguito è presentata un'analisi professionale dei punti chiave di progettazione dell'equipaggiamento di distribuzione a anello, combinando standard industriali e pratiche ingegneristiche.

1. Logica di Progettazione Generale e Pianificazione Architetturale

La progettazione degli armadi di distribuzione a anello deve essere strettamente allineata con i requisiti operativi del sistema elettrico e con gli standard nazionali. Si dovrebbe concentrare sugli scenari di utilizzo, sugli oggetti di controllo e sulle caratteristiche dei componenti elettrici principali per costruire un sistema di unità funzionali. Gli interruttori principali sono principalmente configurati come interruttori automatici e interruttori di carico, e in misura minore vengono utilizzati apparecchiature elettriche combinate. Durante la progettazione, viene data priorità al circuito combinato “interruttore di carico + fusibile”—questo tipo di circuito ha una struttura complessa e può servire come riferimento per determinare la struttura generale, il layout e le dimensioni esterne dell'equipaggiamento. Altri circuiti, come quelli puri di interruttore di carico, dovrebbero riutilizzare il più possibile la sua progettazione matura per raggiungere la standardizzazione e l'universalità.

Sulla base delle suddette basi, si derivano diversi tipi di armadi: armadi di interruttore di carico, armadi di apparecchiature elettriche combinate, armadi di interruttore automatico, armadi multi-circuito, ecc. La progettazione del circuito conduttore primario deve considerare sistematicamente tre elementi chiave: capacità portante, resistenza alle forze elettriche e efficienza di dissipazione del calore:

• Disposizione dei Componenti: Utilizzare abilmente la forza elettrica di chiusura per assicurare che i contatti mobili non si ritirino durante i test di stabilità dinamica e termica, ottenendo la coordinazione delle prestazioni meccaniche ed elettriche.

• Selezione della Barra di Collegamento: Abbinare con precisione barre circolari o piatte in base alla capacità portante, controllare razionalmente la densità di corrente e bilanciare la portanza e la dissipazione del calore.

• Ottimizzazione delle Connessioni Elettriche: I contatti dinamici e statici, le connessioni scorrevoli/fisse devono garantire una bassa resistenza di contatto. Quando si collegano conduttori metallici diversi, si utilizzano processi come la tinnatura e la argentatura per sopprimere la corrosione elettrochimica ed eliminare il pericolo nascosto di guasti di contatto.

La progettazione dei compartimenti segue il principio di “sicurezza prima di tutto, adattamento al processo e facilità di manutenzione e operazione”: il livello di protezione non è inferiore a IP3X, il materiale di partizione (metallico/non metallico) viene selezionato in base alle esigenze, e sono configurati dispositivi di rilievo della pressione e misure limitatrici degli archi di guasto—in caso di guasti interni ad arco, il gas ad alta pressione può essere scaricato attraverso il canale di rilievo per garantire la sicurezza dell'equipaggiamento e del personale.

2. Considerazioni Multi-dimensionali per la Progettazione della Struttura Isolante

Gli armadi di distribuzione devono resistere alla massima tensione operativa e alle sovratensioni a breve termine (atmosferiche e interne) per un lungo periodo. La progettazione isolante deve considerare in modo complessivo fattori come l'adattabilità ambientale, la scelta dei materiali, l'ottimizzazione della struttura e il controllo del processo:

(1) Ottimizzazione del Campo Elettrico e Coordinazione dell'Isolamento

La forma dei conduttori influenza direttamente la distribuzione del campo elettrico all'interno dell'armadio. Nella progettazione, si devono utilizzare barre di rame rotonde, barre di bus rotonde, e ottimizzare la forma dei sedili di contatto dinamici e statici, dei conduttori interni e degli elettrodi di supporto per eliminare punte e spigoli, rendendo il campo elettrico più uniforme. Con l'aiuto del software di analisi agli elementi finiti (come ANSYS Maxwell), si possono localizzare con precisione i punti deboli dell'isolamento. Attraverso l'aggiustamento del layout e l'ottimizzazione della struttura (come l'applicazione della tecnologia di schermatura), si può uniformizzare il campo elettrico e ridurre la massima intensità del campo, migliorando la affidabilità dell'isolamento.

(2) Logica di Applicazione di Molti Mezzi Isolanti

• Isolamento Aereo: Per l'isolamento composito con l'aria come elemento principale, nella progettazione devono essere rigorosamente seguiti i clearance elettrici e le distanze di strisciamento specificate dagli standard per bilanciare le prestazioni isolanti e la compattezza dell'equipaggiamento.

• Isolamento a Gas: Gli armadi isolati a gas utilizzano principalmente SF₆, N₂, aria compressa secca o gas misti come mezzi isolanti (nella gamma di bassa pressione). Anche se la pressione del gas non è alta, la progettazione sigillante è cruciale—si deve fare attenzione ai cambiamenti nei componenti del gas a causa della permeazione durante l'operazione a lungo termine (come l'infiltrazione d'aria e l'esudazione del gas isolante). Per i compartimenti a gas senza prodotti di decomposizione dell'arco, il contenuto di umidità deve essere controllato con precisione: quando la pressione nominale ≤ 0,05 MPa, dovrebbe essere ≤ 2000 μL/L; quando > 0,05 MPa, il valore ammissibile del contenuto di umidità è calcolato in base alla pressione del vapore acqueo saturato a -10 °C.

• Interfaccia e Isolamento Solido: Quando le parti isolate solide sono accostate, si utilizzano materiali elastici come il silicone per eliminare i vuoti d'aria e migliorare il livello di isolamento dell'interfaccia (relativo alla pressione superficiale, alla finitura e alla lunghezza di contatto). Utilizzando materiali come resina epoxidica e silicone per fondere e vulcanizzare e imballare i componenti ad alta tensione, e coprendoli con uno strato di terra/semiconduttore, si può migliorare significativamente il livello di sicurezza, ridurre il volume dell'equipaggiamento e semplificare il layout.

3. Progettazione Precisa del Sistema di Trasmissione Meccanica e Interlocking

La trasmissione meccanica copre elementi come i meccanismi di comando degli interruttori automatici, i disgiuntori, gli interruttori di terra e gli interlocking delle porte. La progettazione deve essere ottimizzata da dimensioni come principio, disposizione, modalità di forza (pressione/tensione), span, rapporto di trasmissione, angolo di corsa e efficienza meccanica: semplificare la struttura, ridurre il numero di parti e diminuire la forza di operazione, raggiungendo “carico di forza ragionevole, trasmissione affidabile, operazione stabile e manutenzione e operazione facili”.

L'interlocking “cinque-prevenzioni” è il cuore per garantire la sicurezza operativa—si preferisce l'interlocking meccanico (composto da leve, bielle, paratie, ecc. per formare un blocco, con procedure chiare, intuitive e affidabili); se i componenti sono lontani o l'interlocking meccanico è difficile da implementare, si aggiunge l'interlocking elettrico; gli armadi intelligenti possono essere sovrapposti con l'interlocking programmato dal software del microcomputer (usato in combinazione con l'interlocking meccanico) per costruire un sistema di protezione a più livelli.

4. Costruzione di un Sistema di Terra Affidabile

Il progetto di terra deve coprire i requisiti duali di “sicurezza operativa” e “resistenza ai guasti”:

• Durante la manutenzione, l'interruttore di terra può terra il circuito principale in modo affidabile secondo le norme.

• Il telaio inferiore dello chassis è dotato di conduttori e terminali di terra adatti alle condizioni di guasto, e gli armadi sono interconnessi da conduttori, con un circuito dedicato tra l'interruttore di terra e il conduttore di terra.

• I conduttori di terra, i circuiti di connessione e le connessioni tra armadi devono resistere alla corrente di cortocircuito nominale/breve durata/picco.

• Il telaio, la copertura, la porta, la divisione e altri componenti sono elettricamente continui per garantire la connessione a terra delle unità funzionali.

• Il calo di tensione continua da qualsiasi punto delle parti metalliche dello chassis al conduttore di terra attraverso 30A è ≤ 3V, garantendo l'efficacia del terreno.

5. Evoluzione Tecnologica e Direzione di Sviluppo

Con il processo di trasformazione della rete elettrica e la sepoltura dei cavi, le unità di distribuzione multi-circuito stanno rapidamente evolvendo verso “miniaturizzazione, modularità e automazione”, il che stimola lo sviluppo innovativo delle tecnologie di isolamento SF₆ e composite e dei componenti ad alte prestazioni. In futuro, sarà necessario concentrarsi sull'aggiornamento dei processi di fabbricazione (come la lavorazione di precisione e l'imballaggio integrato), l'ottimizzazione dei connettori dei cavi, l'iterazione dei fusibili limitatori di corrente, la ricerca e lo sviluppo di piccoli meccanismi di comando e l'innovazione dei componenti ausiliari, al fine di migliorare il livello di progettazione e fabbricazione degli armadi di distribuzione a anello domestici. Lo sviluppo di una nuova generazione di armadi di distribuzione a anello con “adattabilità a tutte le condizioni operative, manutenzione zero, alta affidabilità e miniaturizzazione” per abilitare l'automazione della distribuzione diventerà una direzione chiave per le sfide industriali.