ส่วนประกอบใดบ้างที่ทำให้เกิดการออกแบบสวิตช์เกียร์กระจายพลังงานแบบวงแหวนแรงดันกลาง

ในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่มีการเข้าร่วมอย่างลึกซึ้งในด้านการออกแบบระบบไฟฟ้ามาหลายปี ผมได้ให้ความสนใจกับการพัฒนาเทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์กระจายไฟฟ้าแรงกลางแบบวงแหวนเสมอ อุปกรณ์ไฟฟ้าหลักในขั้นตอนการกระจายไฟฟ้าระดับที่สองของระบบไฟฟ้านี้ การออกแบบและประสิทธิภาพของอุปกรณ์เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของเครือข่ายจ่ายไฟฟ้า ดังต่อไปนี้คือการวิเคราะห์เชิงมืออาชีพของจุดสำคัญในการออกแบบอุปกรณ์กระจายไฟฟ้าแรงกลางแบบวงแหวน โดยรวมถึงมาตรฐานอุตสาหกรรมและปฏิบัติการทางวิศวกรรม

1. ตรรกะการออกแบบโดยรวมและการวางแผนโครงสร้าง

การออกแบบสวิตช์เกียร์กระจายไฟฟ้าแรงกลางแบบวงแหวนต้องสอดคล้องอย่างเคร่งครัดกับข้อกำหนดการดำเนินงานของระบบไฟฟ้าและมาตรฐานแห่งชาติ ควรเน้นไปที่สถานการณ์การใช้งาน วัตถุประสงค์ควบคุม และคุณสมบัติของอุปกรณ์ไฟฟ้าหลักเพื่อก่อสร้างระบบหน่วยฟังก์ชัน สวิตช์หลักส่วนใหญ่จะถูกกำหนดเป็นเบรกเกอร์และสวิตช์โหลด และบางจำนวนใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าผสม ในระหว่างการออกแบบ ให้ความสำคัญกับวงจรผสม “สวิตช์โหลด + ฟิวส์”—วงจรประเภทนี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและสามารถใช้เป็นแนวทางในการกำหนดโครงสร้างโดยรวม การวางตำแหน่ง และขนาดภายนอกของอุปกรณ์ วงจรอื่นๆ เช่น วงจรสวิตช์โหลดบริสุทธิ์ ควรใช้การออกแบบที่มีความสำเร็จแล้วให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อให้บรรลุมาตรฐานและความสามารถในการใช้งานทั่วไป

บนพื้นฐานดังกล่าว มีการสร้างตู้หลายประเภท: ตู้สวิตช์โหลด ตู้อุปกรณ์ไฟฟ้าผสม ตู้เบรกเกอร์ ตู้วงจรหลายเส้นทาง ฯลฯ การออกแบบวงจรนำไฟฟ้าหลักจำเป็นต้องพิจารณาอย่างเป็นระบบสามองค์ประกอบหลัก: ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า ความสามารถในการทนทานต่อแรงไฟฟ้า และประสิทธิภาพในการระบายความร้อน:

• การจัดวางอุปกรณ์: ใช้ประโยชน์จากแรงไฟฟ้าเมื่อปิดเพื่อให้มั่นใจว่าตัวต่อเคลื่อนที่ไม่ถอนออกในระหว่างการทดสอบความมั่นคงทางพลศาสตร์และความร้อน ทำให้ประสิทธิภาพทางกลและไฟฟ้าสอดคล้องกัน

• การเลือกบัสบาร์: จับคู่บัสบาร์วงกลมหรือแบนตามความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า ควบคุมความหนาแน่นของกระแสอย่างเหมาะสม และทรงสมดุลระหว่างการนำกระแสและการระบายความร้อน

• การปรับแต่งการเชื่อมต่อไฟฟ้า: ต้องมั่นใจว่าตัวต่อแบบไดนามิกและสถิต ตัวต่อแบบเลื่อน/ตรึง มีความต้านทานต่อการสัมผัสต่ำ เมื่อเชื่อมต่อคอนดักเตอร์โลหะต่างชนิดกัน ใช้กระบวนการเช่น การทำลายด้วยดีบุกและการชุบเงิน เพื่อปราบปรามการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีและกำจัดความเสี่ยงจากการสัมผัสที่ล้มเหลว

การออกแบบช่องว่างยึดตามหลักการ “ความปลอดภัยเป็นอันดับแรก การปรับตัวตามกระบวนการ และการบำรุงรักษาและการทำงานที่สะดวก”: ระดับการป้องกันไม่ต่ำกว่า IP3X วัสดุแยก (โลหะ/ไม่ใช่โลหะ) ถูกเลือกตามความต้องการ และมีการกำหนดอุปกรณ์ปล่อยแรงดันและมาตรการจำกัดอาร์กไฟฟ้า—เมื่อมีข้อผิดพลาดอาร์กภายใน แก๊สแรงดันสูงสามารถปล่อยผ่านช่องปล่อยแรงดันเพื่อรักษาความปลอดภัยของอุปกรณ์และบุคลากร

2. การพิจารณาหลายมิติในการออกแบบโครงสร้างฉนวน

สวิตช์เกียร์ต้องทนทานต่อแรงดันการทำงานสูงสุดและแรงดันเกินระยะสั้น (แรงดันบรรยากาศและภายใน) เป็นเวลานาน การออกแบบฉนวนต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงปัจจัยต่างๆ เช่น การปรับตัวกับสภาพแวดล้อม การเลือกวัสดุ การปรับปรุงโครงสร้าง และการควบคุมกระบวนการ:

(1) การปรับปรุงสนามไฟฟ้าและการประสานฉนวน

รูปร่างของคอนดักเตอร์มีผลโดยตรงต่อการกระจายสนามไฟฟ้าภายในตู้ ในการออกแบบ ควรใช้บาร์ทองแดงโค้ง บัสบาร์ทรงกลม และปรับปรุงรูปร่างของฐานตัวต่อแบบไดนามิกและสถิต คอนดักเตอร์ภายใน และอิเล็กโทรดสนับสนุน เพื่อกำจัดจุดแหลมและขอบ ทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ด้วยความช่วยเหลือของซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (เช่น ANSYS Maxwell) สามารถระบุจุดอ่อนของการฉนวนได้อย่างแม่นยำ ผ่านการปรับเปลี่ยนการวางและปรับปรุงโครงสร้าง (เช่น การใช้เทคโนโลยีการป้องกัน) สามารถทำให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและลดความแข็งแรงสูงสุดของสนาม ทำให้ความน่าเชื่อถือของฉนวนเพิ่มขึ้น

(2) ตรรกะการใช้สื่อฉนวนหลายประเภท

• ฉนวนอากาศ: สำหรับฉนวนผสมที่มีอากาศเป็นส่วนหลัก การออกแบบต้องปฏิบัติตามระยะทางไฟฟ้าและระยะทางคลานตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐานเพื่อทรงสมดุลระหว่างสมรรถนะฉนวนและความกระชับของอุปกรณ์

• ฉนวนแก๊ส: ตู้ฉนวนแก๊สส่วนใหญ่ใช้ SF₆, N₂, อากาศแห้งอัด หรือแก๊สมิกซ์ (ในช่วงแรงดันต่ำ) แม้ว่าแรงดันแก๊สไม่สูง แต่การออกแบบการปิดผนึกมีความสำคัญ—ต้องระวังการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบแก๊สจากการซึมผ่านในระหว่างการทำงานระยะยาว (เช่น การแทรกอากาศและการซึมผ่านของแก๊สฉนวน) สำหรับช่องว่างที่เติมแก๊สและไม่มีผลิตภัณฑ์จากการแตกตัวของอาร์ก ต้องควบคุมความชื้นอย่างแม่นยำ: เมื่อแรงดันกำหนด ≤ 0.05MPa ควรมี ≤ 2000μL/L; เมื่อ > 0.05MPa ค่าความชื้นที่ยอมรับได้คำนวณตามแรงดันไอน้ำอิ่มตัวที่ -10°C

• อินเตอร์เฟซและฉนวนแข็ง: เมื่อส่วนฉนวนแข็งเชื่อมต่อกัน ใช้วัสดุยืดหยุ่นเช่น ยางซิลิโคน เพื่อกำจัดช่องว่างอากาศและเพิ่มระดับฉนวนที่อินเตอร์เฟซ (เกี่ยวข้องกับแรงกดผิว การตกแต่ง และความยาวการสัมผัส) การใช้วัสดุเช่น เรซินอีพ็อกซี่และยางซิลิโคน เพื่อหล่อและอัดและห่อหุ้มส่วนประกอบแรงดันสูง และปกคลุมด้วยชั้นต่อพื้น/กึ่งนำไฟฟ้า สามารถเพิ่มระดับความปลอดภัย ลดขนาดอุปกรณ์ และทำให้การวางผังง่ายขึ้นอย่างมาก

3. การออกแบบที่แม่นยำของระบบการส่งผ่านทางกลและระบบล็อก

การส่งผ่านทางกลครอบคลุมลิ้นชักเช่น กลไกการดำเนินงานเบรกเกอร์ ตัวตัด ตัวต่อพื้น และการล็อกประตู การออกแบบต้องปรับปรุงจากมิติต่างๆ เช่น หลักการ การวางผัง วิธีการใช้แรง (แรงดัน/แรงดึง) ระยะทาง ความสัมพันธ์การส่งผ่าน มุมการเดินทาง และประสิทธิภาพทางกล: ลดโครงสร้าง ลดจำนวนชิ้นส่วน และลดแรงดำเนินงาน ทำให้ “รับแรงอย่างเหมาะสม การส่งผ่านที่เชื่อถือได้ การทำงานที่มั่นคง และการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่สะดวก”

“การล็อกห้าประการ” เป็นหัวใจของการรับรองความปลอดภัยในการดำเนินงาน—การล็อกทางกลเป็นที่นิยม (ประกอบด้วยคันโยก คานเชื่อมต่อ แผงกั้น ฯลฯ เพื่อสร้างล็อก พร้อมขั้นตอนที่ชัดเจน ชัดเจนและเชื่อถือได้); หากส่วนประกอบอยู่ห่างกันหรือการล็อกทางกลยากที่จะนำมาใช้ จะเสริมด้วยการล็อกทางไฟฟ้า; ตู้อัจฉริยะสามารถซ้อนทับด้วยการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก (ใช้ร่วมกับการล็อกทางกล) เพื่อสร้างระบบป้องกันความปลอดภัยหลายระดับ

4. การสร้างระบบต่อพื้นที่เชื่อถือได้

การออกแบบต่อพื้นต้องครอบคลุมความต้องการคู่ของ “ความปลอดภัยในการดำเนินงาน” และ “การทนทานต่อความผิดพลาด”:

• ระหว่างการบำรุงรักษา ตัวต่อพื้นสามารถต่อพื้นวงจรหลักได้อย่างเชื่อถือได้ตามข้อกำหนด

• ฐานของโครงสร้างมีคอนดักเตอร์และเทอร์มินอลต่อพื้นที่เหมาะสมสำหรับสภาพความผิดพลาด และตู้เชื่อมต่อกันด้วยคอนดักเตอร์ มีวงจรเฉพาะระหว่างตัวต่อพื้นและคอนดักเตอร์ต่อพื้น

• คอนดักเตอร์ต่อพื้น วงจรเชื่อมต่อ และการเชื่อมต่อระหว่างตู้ต้องทนทานต่อกระแสสั้นเวลา/พีคที่กำหนด

• โครงสร้าง แผ่นปิด ประตู แผงกั้น และส่วนประกอบอื่นๆ ต้องต่อเนื่องทางไฟฟ้าเพื่อรับรองการเชื่อมต่อต่อพื้นของหน่วยฟังก์ชัน

• แรงดันตรงจากการลดลงจากจุดใดๆ ของชิ้นส่วนโลหะของโครงสร้างถึงคอนดักเตอร์ต่อพื้นผ่าน 30A ≤ 3V รับรองความมีผลของการต่อพื้น

5. การพัฒนาเทคโนโลยีและการพัฒนาในอนาคต

ด้วยกระบวนการเปลี่ยนแปลงของระบบสายส่งและสายเคเบิลใต้ดิน หน่วยกระจายหลายวงจรกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วสู่ “ขนาดเล็ก โมดูลาร์ และอัตโนมัติ” ซึ่งขับเคลื่อนการพัฒนาเทคโนโลยี SF₆ และฉนวนผสม และส่วนประกอบประสิทธิภาพสูง ในอนาคต จำเป็นต้องเน้นการปรับปรุงกระบวนการผลิต (เช่น การประมวลผลที่แม่นยำและการบรรจุแบบรวม) การปรับปรุงตัวเชื่อมต่อสายเคเบิล การพัฒนาฟิวส์จำกัดกระแส การวิจัยและพัฒนากลไกการดำเนินงานขนาดเล็ก และการสร้างสรรค์ส่วนประกอบช่วยเหลือ เพื่อปรับปรุงระดับการออกแบบและผลิตของอุปกรณ์กระจายไฟฟ้าแรงกลางแบบวงแหวนในประเทศ การพัฒนาตู้วงแหวนรุ่นใหม่ที่ “ปรับตัวได้ทุกสภาพการทำงาน ไม่ต้องบำรุงรักษา ความน่าเชื่อถือสูง และขนาดเล็ก” เพื่อให้การกระจายไฟฟ้าอัตโนมัติจะเป็นทิศทางสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรม