Welke componenten maken deel uit van het ontwerp van middenspanningsringnetverdelingskasten?

Als een expert die al jaren diep betrokken is bij het ontwerpen van elektriciteitsnetwerken, heb ik altijd aandacht besteed aan de technologische evolutie en toepassingspraktijken van middenspanningsringverdelingsapparatuur. Als kern-elektrisch apparaat in de secundaire verdelingsknoop van het elektriciteitsnetwerk zijn het ontwerp en de prestaties van dergelijke apparatuur direct gerelateerd aan de veilige en stabiele werking van het elektriciteitsvoorzieningsnetwerk. Hieronder volgt een professionele analyse van de belangrijkste ontwerppunten van ringverdelingsapparatuur, gecombineerd met industrieëlnormen en ingenieurspraktijken.

1. Algemene Ontwerplogica en Architectuurplanning

Het ontwerp van ringverdelingsapparatuur moet strikt overeenkomen met de operationele eisen van het elektriciteitsnetwerk en nationale normen. Het moet zich richten op gebruiksscenario's, besturingselementen en de kenmerken van kern-elektrische componenten om een functioneel eenheidssysteem te bouwen. De hoofdschakelaars worden voornamelijk geconfigureerd als schakelaars en belastschakelaars, en een klein aantal gebruikt gecombineerde elektrotechnische apparatuur. Tijdens het ontwerp wordt voorrang gegeven aan de “belastschakelaar + zekering” gecombineerde schakeling—dit type schakeling heeft een complexe structuur en kan dienen als referentie voor het bepalen van de algemene structuur, indeling en externe afmetingen van de apparatuur. Andere schakelingen, zoals pure belastschakelaarschakelingen, moeten zoveel mogelijk hun rijpe ontwerp hergebruiken om standaardisatie en universeelheid te bereiken.

Op basis van deze grondslag worden verschillende types kasten afgeleid: belastschakelaarkasten, gecombineerde elektrotechnische apparatuurkasten, schakelaarkasten, meercircuitkasten, enz. Het ontwerp van de primaire geleidende schakeling moet systematisch rekening houden met drie kern-elementen: stroomdraagvermogen, elektrische krachtweerstand en warmte-afvoerefficiëntie:

• Componentenindeling: Vakkundig gebruik maken van de sluitkracht om ervoor te zorgen dat de bewegende contacten niet terugtrekken tijdens dynamische en thermische stabiliteitstests, waardoor mechanische en elektrische prestaties in harmonie zijn.

• Middendoorsnedekeuze: Precies cirkelvormige of platte middendoorsnedes selecteren volgens het stroomdraagvermogen, de stroomdichtheid redelijk controleren en stroomdraag- en warmte-afvoerbalanceren.

• Optimalisatie van Elektrische Verbindingen: De dynamische en statische contacten, glijdende/vaste verbindingen moeten een lage contactweerstand garanderen. Bij het verbinden van verschillende metalen geleiders worden processen zoals tinbaden en verzilveren gebruikt om elektrochemische corrosie te onderdrukken en het risico van contactfouten te elimineren.

Het compartimentontwerp volgt het principe van “veiligheid eerst, procesadaptatie en gemakkelijke bediening en onderhoud”: het beschermingsniveau is niet lager dan IP3X, de scheidingsmaterialen (metaal/niet-metaal) worden indien nodig geselecteerd, en drukafzetapparaten en foutboogbeperkende maatregelen worden geconfigureerd—tijdens interne boogfouten kan de hoge drukgas door de afzetkanaal worden afgevoerd om de veiligheid van apparatuur en personeel te waarborgen.

2. Meerdimensionale Overwegingen voor het Ontwerp van Isolatiestructuren

Schakelkasten moeten langdurig het maximale werkspanning en kortetermijnoverspanning (atmosferisch en intern overspanning) kunnen weerstaan. Het isolatieontwerp moet rekening houden met factoren zoals milieu-aanpassing, materiaalkeuze, structuur optimalisatie en procescontrole:

(1) Optimalisatie van Elektrisch Veld en Isolatiecoördinatie

De vorm van geleiders beïnvloedt rechtstreeks de elektrisch veldverdeling binnen de kast. In het ontwerp moeten geronde koperstaven, ronde staafmiddendoorsnedes worden gebruikt, en de vormen van dynamische en statische contactzittingen, interne geleiders en steun-elektroden moeten worden geoptimaliseerd om scherpe punten en randen te elimineren, waardoor het elektrisch veld meer uniform is. Met behulp van eindige elementenanalyse software (zoals ANSYS Maxwell) kunnen de zwakke isolatieknopen nauwkeurig worden gelokaliseerd. Door layoutaanpassing en structuuroptimalisatie (zoals de toepassing van schermtechnologie) kan het elektrisch veld worden geuniformiseerd en de maximale veldsterkte worden verlaagd, waardoor de isolatiebetrouwbaarheid wordt verbeterd.

(2) Toepassingslogica van Meerdere Isolatiemedia

• Luchtisolatie: Voor samengestelde isolatie met lucht als hoofdlichaam, moeten in het ontwerp de elektrische tussenruimte en kruipafstanden zoals gespecificeerd in de normen strikt worden nageleefd om isolatieprestaties en compactheid van de apparatuur te balanceren.

• Gasisolatie: Gasisoleerde kasten gebruiken meestal SF₆, N₂, droge gecomprimeerde lucht of menggassen als isolatiemedia (in het lagedrukgebied). Hoewel de gasdruk niet hoog is, is het lekkendesign cruciaal—er moet aandacht worden besteed aan de componentveranderingen van het gas ten gevolge van permeabiliteit tijdens lange-termijnbedrijf (zoals luchtinfiltratie en isolatiegasexsudatie). Voor gaskamers zonder boogontbindingsproducten moet de watergehalte nauwkeurig worden gecontroleerd: wanneer de nominale druk ≤ 0.05MPa, moet het ≤ 2000μL/L zijn; wanneer > 0.05MPa, wordt de toegestane waarde van watergehalte berekend volgens de verzadigde watervaporendruk bij -10°C.

• Interface en Solide Isolatie: Wanneer solide isolatieonderdelen worden aansluitend, worden elastische materialen zoals siliconerubber gebruikt om luchtgaten te elimineren en de interface-isolatie te verbeteren (gerelateerd aan oppervlaktdruk, afgewerking en contactlengte). Het gebruik van materialen zoals epoxyhars en siliconerubber om hoogspanningscomponenten te gieten en te vulkaniseren en ze te verpakken, en ze te bedekken met een aarding/semiconductieve laag, kan de veiligheidsniveaus aanzienlijk verbeteren, de apparatuurgrootte verminderen en de indeling vereenvoudigen.

3. Precies Ontwerp van Mechanische Overdracht en Interlockingsysteem

Mechanische overdracht omvat schakelaarbedieningsmechanismen, disjunctoren, aardingschakelaars en deurinterlocks. Het ontwerp moet worden geoptimaliseerd vanuit dimensies zoals principes, indeling, krachtmodus (druk/trek), spanwijdte, overdrachtsverhouding, slaghoek en mechanische efficiëntie: de structuur vereenvoudigen, het aantal onderdelen verminderen en de bedrijfskracht verlagen, waardoor “redelijke kracht-opname, betrouwbare overdracht, stabiele werking en gemakkelijke bediening en onderhoud” wordt bereikt.

De “vijf-preventie” interlocking is het kernpunt voor de veiligheid van de bedrijfsvoering—mechanische interlocking wordt voorgetrokken (samengesteld uit hefbomen, verbindingstangen, blokkeerborden, enz. om een slot te vormen, met duidelijke procedures, intuïtief en betrouwbaar); als de componenten ver uit elkaar liggen of mechanische interlocking moeilijk te implementeren is, wordt elektrische interlocking toegevoegd; intelligente kasten kunnen worden gestapeld met microcomputer software-programmeerinterlocking (gecombineerd met mechanische interlocking) om een multi-level veiligheidsbeschermingssysteem op te bouwen.

4. Opbouw van een Betrouwbaar Aardingsysteem

Het aardingsontwerp moet de dubbele eisen van “veilige bedrijfsvoering” en “foutbestendigheid” dekken:

• Tijdens het onderhoud kan de aardingschakelaar de hoofdschakeling volgens de regels betrouwbaar aarden.

• De bodemframe van de behuizing is uitgerust met aardinggeleiders en terminals die geschikt zijn voor foutomstandigheden, en de kasten zijn met geleiders met elkaar verbonden, met een speciale circuit tussen de aardingschakelaar en de aardinggeleider.

• De aardinggeleiders, verbindingsschakelingen en verbindingen tussen kasten moeten het nominale kortetermijn/piekverdragen stroom kunnen weerstaan.

• Het frame, deksel, deur, scheidingswand en andere componenten zijn elektrisch continu om de aardingverbinding van functionele eenheden te waarborgen.

• De DC-spanningsval van elk punt van de metalen delen van de behuizing naar de aardinggeleider via 30A is ≤ 3V, waarmee de effectiviteit van de aarding wordt gewaarborgd.

5. Technologische Evolutie en Ontwikkelingsrichting

Met de transformatie van het elektriciteitsnetwerk en de ondergrondse kabellegging, evolueren meercircuitsverdeeleenheden snel naar “miniaturisatie, modularisatie en automatisering”, wat de innovatieve ontwikkeling van SF₆ en composietisolatietechnologieën en hoogwaardige componenten stimuleert. In de toekomst is het nodig om zich te richten op de verbetering van productieprocessen (zoals precisiebewerking en geïntegreerde verpakking), optimalisatie van kabelconnectoren, iteratie van stroombeperkende zekeringen, ontwikkeling van kleine bedieningsmechanismen en innovatie van hulpcomponenten, om zo het ontwerp- en productieniveau van inheemse ringverdelingsapparatuur te verbeteren. Het ontwikkelen van een nieuwe generatie ringverdelingskasten met “volledige werkomstandigheden-adaptatie, onderhoudsvrij, hoge betrouwbaarheid en miniaturisatie” om distributieautomatisering mogelijk te maken, zal een belangrijke richting voor branche-throughbraken worden.