Koje komponente čine dizajn srednjeg-naponskog kružnog mrežnog distribucijskog aparata?

Kao stručnjak sa dugogodišnjim iskustvom u oblasti dizajna sistema snabdevanja električnom energijom, uvijek sam pažljivo pratio tehnološki razvoj i primenu srednjeg napona opreme za distribuciju. Kao ključni električni uređaj u sekundarnom lančaniku sistema snabdevanja električnom energijom, dizajn i performanse ove opreme direktno utiču na sigurno i stabilno funkcionisanje mreže snabdevanja električnom energijom. U nastavku se nalazi profesionalna analiza ključnih tačaka dizajna opreme za distribuciju srednjeg napona, kombinirana sa industrijskim standardima i inženjerskom praksom.

1. Opšta logika dizajna i planiranje arhitekture

Dizajn opreme za distribuciju srednjeg napona mora strogo odgovarati operativnim zahtevima sistema snabdevanja električnom energijom i nacionalnim standardima. Treba fokusirati na scenarije korišćenja, kontrole objekata i karakteristike ključnih električnih komponenti kako bi se izgradila funkcionalna jedinica sistema. Glavni prekidaci su uglavnom konfigurisani kao prekidaci i prekidaci opterećenja, a manji broj koristi kombinovane elektro-uređaje. Tijekom dizajna, prioritet se daje “prekidac opterećenja + prekidnik” kombinovanoj shemi - ovakva shema ima složenu strukturu i može poslužiti kao referentna točka za određivanje opšte strukture, rasporeda i spoljnih dimenzija opreme. Ostale sheme, poput čiste sheme prekidaca opterećenja, trebalo bi što više iskoristiti njihov zreli dizajn kako bi se postigla standardizacija i univerzalnost.

Na osnovu gornjih temelja, izvedeno je nekoliko vrsta ormara: ormari prekidaca opterećenja, ormari kombinovanih elektro-uređaja, ormari prekidaca, ormari sa više krugova itd. Dizajn primarnog vodnog kruga treba sistematski uzeti u obzir tri ključna elementa: kapacitet prenosa struje, sposobnost otpornosti na električnu silu i efikasnost disipacije toplote:

• Raspored komponenti: Umiješno iskoristiti zatvarajuću električnu silu kako bi se osiguralo da pokretni kontakti ne povuku tijekom testova dinamičke i topline stabilnosti, ostvarujući koordinaciju mehaničkih i električnih performansi.

• Izbor busbarova: Precizno uskladiti okrugle ili ravne busbare prema kapacitetu prenosa struje, razumno kontrolirati gustoću struje i balansirati prenos struje i disipaciju toplote.

• Optimizacija električne veze: Dinamični i statični kontakti, kliziće/fiksne veze moraju osigurati niski kontaktni otpor. Prilikom povezivanja različitih metalnih vodilaca, koriste se procesi poput cinkovanja i srebrjenja kako bi se potisnula elektrokemijska koroza i eliminirala skrivena opasnost od neuspjeha kontakta.

Dizajn odseka prati princip “sigurnost na prvom mestu, prilagodba procesu, lako održavanje i rad”: nivo zaštite nije niži od IP3X, materijal particija (metal/nemetal) biraju se prema potrebi, a konfigurisu se uređaji za smanjenje pritiska i mjere ograničenja greškovitog luk-a - tijekom interne greškovitog luka, visoki pritisak plin može biti ispušten kroz kanal za olakšanje kako bi se osigurala sigurnost opreme i osoblja.

2. Višedimenzionalni aspekti dizajna izolacione strukture

Prekidačke štandare moraju podnijeti maksimalnu radnu napon i kratkotrajni prenapon (atmosferski i interni prenapon) duže vrijeme. Izolacioni dizajn treba kompleksno uzeti u obzir faktore poput adaptabilnosti okruženja, izbora materijala, optimizacije strukture i kontrole procesa:

(1) Optimizacija električnog polja i koordinacija izolacije

Oblik vodilaca direktno utiče na raspodelu električnog polja unutar štandara. U dizajnu, trebalo bi koristiti zaobljene bakrene štanglice, okrugle štanglice busbara, a oblike dinamičkih i statičkih kontaktnih sedišta, internih vodilaca i nosača elektroda trebalo bi optimizovati kako bi se eliminisali oštri rubovi, čime bi se električno polje učinilo ravnomernijim. Pomoću softvera za konačne elemente (poput ANSYS Maxwell), mogu se precizno lokalizovati slabe izolacione veze. Kroz podešavanje rasporeda i optimizaciju strukture (poput primene tehnologije ekraniranja), električno polje može biti uniformizovano, a maksimalna jakost polja smanjena, poboljšavajući pouzdanost izolacije.

(2) Logika primene više medija za izolaciju

• Azotna izolacija: Za kombinovanu izolaciju s azotom kao glavnim telom, u dizajnu mora strogo pridržavati električni propus i rastojanje kripanja predviđeno standardima kako bi se uravnotežile izolacione performanse i kompaktnost opreme.

• Plinska izolacija: Plinsko izolovani štandari uglavnom koriste SF₆, N₂, suhi stlačeni vazduh ili mešavine plinova kao izolaciona medija (u niskom pritisku). Iako pritisak plina nije visok, dizajn zatvaranja je ključan - mora se paziti na promjene sastava plina zbog prolaska tokom dugotrajnog rada (poput prodiranja vazduha i ispiranja izolacionog plina). Za kompartmente punjene plinom bez proizvoda dekompozicije luka, sadržaj vlage mora biti precizno kontrolisan: kada je nominalni pritisak ≤ 0,05MPa, treba biti ≤ 2000μL/L; kada je > 0,05MPa, dopuštena vrednost sadržaja vlage računa se prema nasycenom parnom pritisku pri -10°C.

• Sučelje i čvrsta izolacija: Kada su čvrste izolacione dijelove spojene, koriste se elastični materijali poput silikonske gumice kako bi se eliminirale vazdušne praznine i poboljšao nivo sučelne izolacije (vezan uz površinski pritisak, finiš i duljinu kontakta). Koristeći materijale poput epoksidne smole i silikonske gumice za lijevanje i vulkanizaciju i pakovanje visokonaponskih komponenti, i pokrivajući ih sa zemljom/semi-provodljivim slojem, može se značajno poboljšati nivo sigurnosti, smanjiti zapreminu opreme i pojednostaviti raspored.

3. Precizan dizajn mehaničkog prenosa i sustava zaključavanja

Mehanički prenos pokriva elemente poput mehanizama za upravljanje prekidacima, disjunktorima, zemljajućim prekidacima i zaključavanjem vrata. Dizajn treba optimizirati prema dimenzijama poput principa, rasporeda, načina djelovanja sile (pritisak/rasteg), raspona, omjera prenosa, ugla hodnika i mehaničke efikasnosti: pojednostaviti strukturu, smanjiti broj dijelova, smanjiti silu rada, postići “razumnu opterećenost, pouzdan prenos, stabilno funkcionisanje i lako održavanje i rad”.

“Petopreventivno” zaključavanje je ključ za osiguranje sigurnosti rada - preferira se mehaničko zaključavanje (sastavljen od leva, spajalica, prepreka itd. kako bi se formirao zaključak, s jasnim postupcima, intuitivno i pouzdano); ako su komponente udaljene ili mehaničko zaključavanje teško izvršivo, dopunjuje se električnim zaključanjem; pametni štandari mogu biti nadograđeni programskim mikroracunalnim zaključanjem (kombinirano s mehaničkim zaključanjem) kako bi se izgradila višeslojna sistema zaštite.

4. Izgradnja pouzdanog sistema zemljanja

Dizajn zemljanja treba pokriti dvostruke zahteve “sigurnosti rada” i “otpornosti na greške”:

• Tijekom održavanja, zemljajući prekidač može pouzdano zemljati glavni krug prema propisima.

• Donja okvirica kućišta opremljena je zemljajućim vodilcem i terminalima pogodnim za uslove greške, a štandari su međusobno povezani vodilcima, s posebnim krugom između zemljajućeg prekidača i zemljajućeg vodilca.

• Zemljajući vodilci, spojni krugovi i spojevi između štandara moraju podnijeti nominirani kratkotrajan/pikov prenos struje.

• Okvir, poklopac, vrata, prepreka i drugi elementi su električno neprekidni kako bi se osigurala zemljajuća veza funkcionalnih jedinica.

• DC pad napona od bilo koje tačke metaličkih dijelova kućišta do zemljajućeg vodilca putem 30A je ≤ 3V, osiguravajući učinkovitost zemljanja.

5. Tehnološki razvoj i smjerovi razvoja

S procesom transformacije mreže snabdevanja električnom energijom i podzemljenja kabla, multi-krugovi distribucijske jedinice brzo iteriraju ka “miniaturizaciji, modularizaciji i automatizaciji”, što potiče inovativni razvoj tehnologija SF₆ i kombinovane izolacije, kao i visokoperformantnih komponenti. U budućnosti, potrebno je fokusirati na nadogradnju proizvodnih procesa (poput precizne obrade i integriranog pakovanja), optimizaciju konektora kabla, iteraciju ograničitelja struje, istraživanje i razvoj malih mehanizama za upravljanje i inovaciju pomoćnih komponenti, kako bi se poboljšao nivo dizajna i proizvodnje domaćih oprema za distribuciju srednjeg napona. Razvoj nove generacije oprema za distribuciju srednjeg napona sa “potpunom prilagodljivošću svim radnim stanjima, bez održavanja, visokom pouzdanosti i miniaturizacijom” kako bi se omogućila automatizacija distribucije, postajati će ključni smjer za prekid industrije.