Vilka komponenter utgör designen av elnätsskåp för medelspänningsringnät?

Som en expert som har varit djupt engagerad i fältet för utformning av elkraftsystem under många år, har jag alltid haft ett öga på teknologisk utveckling och tillämpningspraktik för mellanspänningsringmottagare. Som ett kärnelektriskt utrustning i det sekundära distributionslänken i elkraftsystemet är designen och prestandan av sådan utrustning direkt relaterat till säker och stabil drift av elnätet. Nedan följer en professionell analys av de viktigaste designtangenterna för ringmottagare, kombinerad med industristandarder och ingenjörspraxis.

1. Övergripande designlogik och arkitekturplanering

Designen av ringmottagare måste strikt följa kraven för drift av elkraftsystem och nationella standarder. Den bör fokusera på användningsscenarier, kontrollobjekt och egenskaper hos kärnelektriska komponenter för att bygga upp ett funktionsenhetsystem. Huvudbrytare konfigureras huvudsakligen som brytare och belastningsbrytare, och en mindre del använder kombinerade elektriska apparater. Under designprocessen ges prioritet åt den “belastningsbrytare + säkring” kombinerade kretsen - denna typ av krets har en komplex struktur och kan användas som referens för att fastställa den övergripande strukturen, layouten och de yttre dimensionerna av utrustningen. Andra kretsar, som rena belastningsbrytaruttag, bör återanvända dess mognade design så mycket som möjligt för att uppnå standardisering och allmänhet.

Baserat på ovanstående grund härleds flera typer av skåp: belastningsbrytarskåp, kombinerade elektriska apparaterskåp, brytarskåp, flerkrets-skåp, etc. Designen av primärledningskretsen behöver systematiskt överväga tre kärnelement: strömföringsförmåga, elektrisk kraftuthållighet och värmeavledningsförmåga:

• Komponentplacering: Använd smart stängelkraft för att säkerställa att rörliga kontakter inte dras ur under dynamiska och termiska stabilitetstester, vilket uppnår samordning av mekanisk och elektrisk prestanda.

• Busbarval: Matcha exakt cirkulära eller platta busbars enligt strömföringsförmågan, reglera rimligt strömtätheten och balansera strömföring och värmeavledning.

• Optimering av elektriska anslutningar: Dynamiska och statiska kontakter, glidande/fast anslutningar måste säkerställa låg kontaktresistans. När olika metallledare ansluts används processer som tinning och silverplätering för att undertrycka elektrokemisk korrosion och eliminera risken för kontaktfel.

Designen av avdelningar följer principen om “säkerhet först, processanpassning och bekväm drift och underhåll”: skyddsnivån är inte lägre än IP3X, partitionsmaterial (metall/ickemetall) väljs efter behov, och tryckavlastningsenheter och felbågegränsande åtgärder konfigureras - under interna felbågar kan högtrycksgas släppas genom avlastningskanalen för att säkerställa säkerheten för utrustning och personal.

2. Flerdimensionellt överväganden vid design av isoleringsstruktur

Brytarskåp måste klara av maximal driftspänning och kortvarigt överspänning (atmosfärisk och intern överspänning) under lång tid. Isoleringsdesignen måste överväga faktorer som miljöanpassning, materialval, strukturoptimering och processkontroll:

(1) Optimering av elektriskt fält och isoleringskoordinering

Formen på ledare påverkar direkt elektriskt fälts spridning inuti skåpet. I designen ska rundade kopparstänger, rundstangsbusbars användas, och formerna på dynamiska och statiska kontaktställen, inre ledare och stödelektroder optimeras för att eliminera spetsar och kanter, vilket gör elektriskt fält mer jämnt. Med hjälp av finit elementanalysprogram (som ANSYS Maxwell) kan svaga isoleringslänkar precis lokaliseras. Genom layoutjustering och strukturoptimering (som användning av skärmteknik) kan elektriskt fält jämngöras och maximal fältstyrka minskas, vilket förbättrar isoleringspålitligheten.

(2) Tillämpningslogik för flera isoleringsmedier

• Luftisolering: För sammansatt isolering med luft som huvudkropp, måste standarderna för elektriskt avstånd och krypkaveldistanse strikt följas i designen för att balansera isoleringsprestanda och utrustningskompakthet.

• Gasisolering: Gasisoleringsskåp använder ofta SF₆, N₂, torrt komprimerat luft eller blandade gaser som isoleringsmedier (i lågtrycksområdet). Trots att gastrycket inte är högt är tättningstillverkning avgörande - man måste vara uppmärksam på komponentförändringar av gasen på grund av permeation under långtidsdrift (som luftinträngande och isoleringsgasutsvettning). För gasfyllda avdelningar utan bågeavlägsningsprodukter måste fuktinnehållet noggrant kontrolleras: när nominaltrycket ≤ 0.05MPa, ska det vara ≤ 2000μL/L; när > 0.05MPa, beräknas tillåtet fuktinnehåll enligt mätt vattenångstryck vid -10°C.

• Gränssnitt och solid isolering: När solidisoleringsslag delas, används elastiska material som silikonkautschuk för att eliminera luftgap och förbättra gränssnittsisolering (relaterat till yttryck, slippighet och kontaktlängd). Genom att använda material som epoxid och silikonkautschuk för att gjuta och vulkanisera och paketera hövspänningskomponenter, och täcka dem med en jordnings-/halvledande lager, kan säkerhetsnivån betydligt förbättras, utrustningsvolymen minskas och layouten förenklas.

3. Precis design av mekanisk transmission och låsningssystem

Mekanisk transmission täcker länkar som brytarens driftmekanism, kopplingar, jordningskopplingar och dörrlås. Designen behöver optimeras från dimensioner som princip, layout, krafform (tryck/spänning), spannvidd, transmissionsförhållande, slagvinkel och mekanisk effektivitet: förenkla strukturen, minska antalet delar och sänka driftkraften, uppnå “rättmätig krafbärning, pålitlig transmission, stabil drift och bekväm drift och underhåll”.

“Fem-låsning” låsning är kärnan för att säkerställa driftsäkerhet - mekanisk låsning föredras (består av spakar, kopplingsstänger, skyddsvägg, etc. för att forma en lås, med tydliga procedurer, intuitiv och pålitlig); om komponenterna är långt ifrån varandra eller om mekanisk låsning är svår att implementera, används elektrisk låsning som komplettering; intelligenta skåp kan överlagras med mikrodatorprogrammering av låsning (används tillsammans med mekanisk låsning) för att bygga ett flernivåt säkerhetskyddssystem.

4. Uppbyggnad av ett pålitligt jordningssystem

Jordningsdesignen behöver täcka de dubbla kraven på “driftsäkerhet” och “felbågetålig”:

• Under underhåll kan jordningsbrytaren pålitligt jorda huvudkretsen enligt bestämmelserna.

• Bottenramen av skal är utrustad med jordningsledare och terminaler som passar felkonditioner, och skåpen är sammanlänkade via ledare, med en dedikerad krets mellan jordningsbrytaren och jordningsledaren.

• Jordningsledare, anslutningskretsar och anslutningar mellan skåp måste klara av nominell kortvarig/peakhållbar ström.

• Ram, lock, dörr, partition, och andra komponenter är elektriskt kontinuerliga för att säkerställa jordningsanslutningen av funktionsenheter.

• DC-spänningssänkningen från någon punkt av skalens metaldelar till jordningsledaren genom 30A är ≤ 3V, vilket säkerställer jordnings effektivitet.

5. Teknisk utveckling och utvecklingsriktning

Med elkraftnätets omvandling och kablar under mark, itererar flerkrets-distributionsenheter snabbt mot “miniatyrisering, modulering och automatisering”, vilket driver innovativ utveckling av SF₆ och sammansatt isoleringsteknik samt högpresterande komponenter. Framöver behöver fokus ligga på tillverkningsprocessuppdateringar (som precisionstillverkning och integrerad förpackning), optimering av kablanordningar, iteration av strömbegränsande säkringar, forskning och utveckling av små driftmekanismer, och innovation av hjälpkomponenter, för att förbättra design- och tillverkningsnivån för inhemska ringmottagare. Utvecklingen av en ny generation av ringmottagare med “full arbetsförhållandes anpassning, underhållsfritt, hög tillförlitlighet och miniatyrisering” för att möjliggöra distributionsautomatisering kommer att bli en viktig riktning för branschgenombrott.