Jakie komponenty tworzą konstrukcję średnie-napięciowego przełącznika rozdzielczego w sieci pierścieniowej?

Jako ekspert, który od wielu lat jest głęboko zaangażowany w dziedzinę projektowania systemów elektroenergetycznych, zawsze zwracałem uwagę na ewolucję technologiczną i praktykę stosowania sprzętu rozdzielczego pierścieniowego średniego napięcia. Jako kluczowe urządzenie elektryczne w drugim ogniwie rozdziału energii w systemie elektroenergetycznym, projekt i wydajność takiego sprzętu są bezpośrednio związane z bezpiecznym i stabilnym działaniem sieci dostarczania energii. Poniżej znajduje się profesjonalna analiza kluczowych punktów projektowych sprzętu rozdzielczego pierścieniowego, połączona z normami branżowymi i praktykami inżynieryjnymi.

1. Całkowita logika projektowa i planowanie architektury

Projektowanie sprzętu rozdzielczego pierścieniowego musi ścisłe przestrzegać wymogów operacyjnych systemu elektroenergetycznego i norm narodowych. Należy skupić się na scenariuszach użycia, obiektach sterowania oraz cechach kluczowych elementów elektrycznych, aby stworzyć system jednostek funkcyjnych. Głównymi przełącznikami są głównie automaty i przełączniki obciążenia, a mniejsza liczba używa sprzętu kombinowanego. W trakcie projektowania priorytetowo wybiera się obwód łączący “przełącznik obciążenia + przekładnik”—ten typ obwodu ma złożoną strukturę i może służyć jako odniesienie do określenia całościowej struktury, układu i wymiarów zewnętrznych urządzenia. Inne obwody, takie jak czyste obwody przełączników obciążenia, powinny maksymalnie ponownie wykorzystywać dojrzały projekt, aby osiągnąć standaryzację i uniwersalność.

Na podstawie powyższych fundamentów powstają różne typy szaf: szafy przełączników obciążenia, szafy sprzętu kombinowanego, szafy automatów, szafy wieloobwodowe itp. Projekt głównego obwodu przewodzącego wymaga systematycznego uwzględnienia trzech kluczowych elementów: zdolności do przeprowadzania prądu, odporności na siłę elektryczną i efektywności oddawania ciepła:

• Układ elementów: Sprytne wykorzystanie siły zamknięcia, aby zapewnić, że kontakty ruchome nie cofną się podczas testów dynamicznej i termicznej stabilności, osiągając koordynację charakterystyk mechanicznych i elektrycznych.

• Wybór busa: Dokładne dopasowanie okrągłych lub płaskich busów zgodnie z zdolnością do przeprowadzania prądu, odpowiednie kontrolowanie gęstości prądu i bilansowanie przeprowadzania prądu i oddawania ciepła.

• Optymalizacja połączeń elektrycznych: Kontakty dynamiczne i statyczne, połączenia ślizgowe/stałe muszą zapewniać niską oporność kontaktową. Przy łączeniu różnych metalicznych przewodników stosuje się procesy takie jak cynkowanie i srebrzenie, aby tłumaczyć korozję elektrochemiczną i eliminować potencjalne zagrożenia awariami kontaktów.

Projektowanie przedziałów kieruje się zasadą “bezpieczeństwo na pierwszym miejscu, adaptacja procesu, łatwa obsługa i konserwacja”: poziom ochrony nie jest niższy niż IP3X, materiał przegrod (metalowy/nie metalowy) jest wybierany według potrzeb, a są również skonfigurowane urządzenia redukcji ciśnienia i środki ograniczające łuk wewnętrzny—podczas wewnętrznych uszkodzeń łuku, wysokie ciśnienie gazu może być odprowadzane przez kanał redukcji ciśnienia, zapewniając bezpieczeństwo sprzętu i personelu.

2. Wielowymiarowe rozważania dotyczące projektowania struktury izolacji

Sprzęt rozdzielczy musi długotrwałe wytrzymywać maksymalne napięcie robocze i krótkotrwałe przepięcia (atmosferyczne i wewnętrzne). Projekt izolacji musi kompleksowo uwzględniać czynniki takie jak adaptacja środowiskowa, wybór materiałów, optymalizacja struktury i kontrola procesów:

(1) Optymalizacja pola elektrycznego i koordynacja izolacji

Kształt przewodników bezpośrednio wpływa na rozkład pola elektrycznego wewnątrz szafy. W projekcie należy używać okrągłych prętów miedzianych, okrągłych busów, a także optymalizować kształty zaszczytników, wewnętrznego przewodnika i elektrod podtrzymujących, aby usunąć ostre punkty i krawędzie, co sprawia, że pole elektryczne jest bardziej jednorodne. Dzięki oprogramowaniu do analizy metodą elementów skończonych (np. ANSYS Maxwell) można dokładnie zlokalizować słabe punkty izolacji. Poprzez dostosowanie układu i optymalizację struktury (np. zastosowanie technologii ekranowania) można wyrownać pole elektryczne i zmniejszyć maksymalne natężenie pola, co poprawia niezawodność izolacji.

(2) Logika zastosowania wielu mediów izolacyjnych

• Izolacja powietrzna: Dla złożonej izolacji z powietrzem jako głównym medium, w projekcie należy ścisłe przestrzegać odstępów elektrycznych i przemieszczania określonych przez normy, aby zbilansować wydajność izolacji i zwartość urządzenia.

• Izolacja gazowa: Szafy izolowane gazem najczęściej używają SF₆, N₂, suchego sprężonego powietrza lub mieszanin gazów jako介质：对于以气体为主要绝缘介质的复合绝缘，在设计时必须严格遵循标准规定的电气间隙和爬电距离，以平衡绝缘性能和设备紧凑性。 - 气体绝缘：充气柜多采用SF₆、N₂、干燥压缩空气或混合气体作为绝缘介质（低压范围）。虽然气压不高，但密封设计至关重要——需注意长时间运行中因渗透导致的气体成分变化（如空气渗入和绝缘气体逸出）。对于无弧分解产物的充气隔室，水分含量必须精确控制：当额定压力≤ 0.05MPa时，应≤ 2000μL/L；当＞0.05MPa时，水分含量允许值按-10℃下的饱和水蒸气压计算。 - 接口与固体绝缘：固体绝缘部件对接时，使用硅橡胶等弹性材料消除空气间隙，提高接口绝缘水平（与表面压力、光洁度和接触长度相关）。采用环氧树脂、硅橡胶等材料浇注硫化包封高压元件，并覆盖接地/半导电层，可显著提升安全等级，减小设备体积，简化布局。 ### 3. 机械传动与联锁系统的精密设计 机械传动涵盖断路器操动机构、隔离开关、接地开关、门联锁等环节。设计需要从原理、布局、受力方式（压力/拉力）、跨距、传动比、行程角度、机械效率等多个维度进行优化：简化结构，减少零件数量，降低操作力，实现“合理受力、可靠传动、稳定运行、方便操作维护”。 “五防”联锁是确保操作安全的核心——优先采用机械联锁（由杠杆、连杆、挡板等组成锁具，程序清晰、直观可靠）；若元件相距较远或难以实现机械联锁，则辅以电气联锁；智能柜可叠加微机软件编程联锁（与机械联锁配合使用），构建多层次的安全保护系统。 ### 4. 可靠接地系统的构建 接地设计需兼顾“操作安全”和“故障耐受”的双重要求： - 维护时，接地开关能按规定可靠接地主回路。 - 外壳底架装有适合故障条件的接地导体和端子，柜间通过导体连接，接地开关与接地导体之间设有专用电路。 - 接地导体、连接回路及柜间连接必须承受额定短时/峰值耐受电流。 - 框架、盖板、门、隔板等部件电气连续，确保功能单元的接地连接。 - 从外壳金属部件任意点到接地导体通过30A直流电压降≤3V，确保接地有效性。 ### 5. 技术演进与发展方向 随着电网改造和电缆下地进程，多回路配电单元正快速向“小型化、模块化、自动化”迭代，推动了SF₆和复合绝缘技术及高性能元件的创新发展。未来需聚焦制造工艺升级（如精密加工、集成封装）、电缆连接器优化、限流熔断器迭代、小型操动机构研发、辅助件创新等方面，提升国产环网柜的设计制造水平。发展“全工况适应、免维护、高可靠性、小型化”的新一代环网柜，助力配网自动化将成为行业突破的关键方向。