Orta gerilim halka ağ dağıtım anahtarlı kabinelerinin tasarımı hangi bileşenlerden oluşur?

Birçok yıl boyunca güç sistem tasarımı alanında derinlemesine çalışan bir uzman olarak, orta gerilimli halka ana dağıtım ekipmanlarının teknolojik evrimi ve uygulama pratiklerine her zaman dikkat ettim. Bu tür ekipman, güç sisteminin ikincil dağıtım bağlantısında merkezi bir elektrik cihazı olup, tasarımı ve performansı doğrudan güç sağlayıcı ağın güvenli ve istikrarlı çalışmasını etkiler. Aşağıda, sektör standartları ve mühendislik uygulamalarını birleştiren halka ana dağıtım ekipmanının ana tasarım noktalarına yönelik profesyonel bir analiz bulunmaktadır.

1. Genel Tasarım Mantığı ve Mimari Planlama

Halka ana dağıtım anahtarlama kabininin tasarımı, güç sisteminin çalışma gereksinimleri ve ulusal standartlarla sıkı bir şekilde uyumlu olmalıdır. Kullanım senaryolarına, kontrol edilen nesnelere ve çekirdek elektrik bileşenlerinin özelliklerine odaklanarak işlevsel birim sistemini oluşturmalıdır. Ana anahtarlar çoğunlukla devre kesiciler ve yük anahtarları olarak yapılandırılır ve küçük bir sayıda kombinasyonlu elektrik ekipmanlarını kullanır. Tasarım sırasında öncelik “yük anahtarı + kavanoz” kombinasyonlu devreye verilmelidir—bu tip devre karmaşık bir yapıya sahiptir ve ekipmanın genel yapısı, düzeni ve dış boyutlarının belirlenmesinde referans olarak kullanılabilir. Diğer devreler, saf yük anahtarı devreleri gibi, mümkün olduğunca olgun tasarımını yeniden kullanarak standartlaşmayı ve genelleşmeyi sağlamalıdır.

Bu temele dayanarak, birden fazla tür dolap türetilmiştir: yük anahtarı dolapları, kombinasyonlu elektrik ekipmanı dolapları, devre kesici dolapları, çok devreli dolaplar vb. Birincil iletken devrenin tasarımı, taşıma kapasitesi, elektrik kuvveti dayanıklılığı ve ısı散发热量效率这三个核心要素进行系统考虑： - **元件布置**：巧妙利用闭合力，确保在动热稳定性测试中动触头不脱出，实现机械与电气性能的协调。 - **母线选择**：根据载流能力精确匹配圆形或扁平母线，合理控制电流密度，平衡载流和散热。 - **电气连接优化**：动静触头、滑动/固定连接必须保证低接触电阻。连接不同金属导体时，采用镀锡、镀银等工艺抑制电化学腐蚀，消除接触失效隐患。 隔室设计遵循“安全第一、工艺适应、操作维护方便”的原则：防护等级不低于IP3X，根据需要选用隔板材料（金属/非金属），配置泄压装置和故障限弧措施——内部发生电弧故障时，高压气体可通过泄压通道排出，确保设备和人员的安全。 ### 2. 绝缘结构设计的多维度考量 开关柜需要长时间承受最高运行电压和短时过电压（大气过电压和内部过电压）。绝缘设计需综合考虑环境适应性、材料选择、结构优化和工艺控制等因素： #### (1) 电场优化与绝缘配合 导体形状直接影响柜内电场分布。设计中应使用圆铜排、圆棒母线，并优化动静触座、内部导体及支撑电极的形状，消除尖角，使电场更加均匀。借助有限元分析软件（如ANSYS Maxwell），可以准确定位绝缘薄弱环节。通过布局调整和结构优化（如屏蔽技术的应用），可以使电场均匀化，降低最大场强，提高绝缘可靠性。 #### (2) 多种绝缘介质的应用逻辑 - **空气绝缘**：以空气为主体的复合绝缘，在设计中必须严格遵守标准规定的电气间隙和爬电距离，平衡绝缘性能与设备紧凑性。 - **气体绝缘**：气体绝缘柜大多采用SF₆、N₂、干燥压缩空气或混合气体作为绝缘介质（低压范围）。尽管气压不高，但密封设计至关重要——需要注意长期运行中由于渗透导致的气体成分变化（如空气渗入和绝缘气体逸出）。对于无电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，允许的水分含量按-10℃下的饱和水蒸气压计算。 - **界面及固体绝缘**：固体绝缘部件对接时，使用硅橡胶等弹性材料消除气隙，提高界面绝缘水平（与表面压力、光洁度及接触长度相关）。采用环氧树脂、硅橡胶等材料浇注硫化包覆高压部件，并覆盖接地/半导电层，可显著提高安全水平，减小设备体积，简化布局。 ### 3. 机械传动及联锁系统的精密设计 机械传动涵盖了断路器操动机构、隔离开关、接地开关及门联锁等环节。设计需从原理、布局、受力方式（压力/拉力）、跨度、传动比、行程角度及机械效率等维度进行优化：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、操作维护方便”。 “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）；若部件相距较远或难以实施机械联锁，则补充电气联锁；智能柜可叠加微机软件编程联锁（与机械联锁配合使用）构建多层次安全保护系统。 ### 4. 可靠接地系统的构建 接地设计需涵盖“操作安全”和“故障耐受”的双重要求： - 检修时，接地开关能按规定可靠地将主电路接地。 - 壳体底架配备适合故障条件的接地导体和端子，柜间通过导体互联，接地开关与接地导体之间有专用回路。 - 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。 - 从壳体金属部分任意一点到接地导体通过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入地进程，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和复合绝缘技术以及高性能组件的创新发展。未来需重点关注制造工艺升级（如精密加工和一体化封装）、电缆连接器优化、限流熔断器迭代、小型操动机构研发及辅助组件创新，以提升国产环网柜的设计制造水平。开发具有“全工况适应、免维护、高可靠、小型化”的新一代环网柜，实现配电自动化将成为行业突破的关键方向。