Optimální výběr rozvodových skříní pro vysoké a nízké napětí v rozvaděčovnách

Abstrakt: Na základě analýzy hlavních typů a charakteristik vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní v rozvodu je tento článek věnován základním principům pro jejich výběr. Z hlediska technické spolehlivosti, snadné instalace a ekonomiky jsou analyzovány optimalizační opatření pro výběr vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní, což hraje určitou roli při zlepšování jejich technických a ekonomických vlastností.

Klíčová slova: Rozvodna; Vysokotlačové a nízkonapěťové rozvodové skříně; Optimalizace; Konfigurace

0 Úvod

S neustálým růstem úrovně ekonomického rozvoje se elektrická energie stala jedním z nezbytných zdrojů energie pro současné výrobu a každodenní život. Pro zajištění normální výroby a každodenních aktivit musí být každý aspekt dodávky elektřiny řádně kontrolován, aby byla zvýšena stabilita a spolehlivost síťové dodávky. Rozvodové skříně v rozvodně představují konečný odkaz pro dodávku elektrické energie koncovým uživatelům. Zajištění stability a ekonomiky těchto vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní a dosažení jejich optimálního výběru jsou klíčovými opatřeními pro zajištění bezpečnosti a stability elektrické sítě.

1 Hlavní typy a charakteristiky vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní v rozvodnách

Před optimalizací výběru rozvodových skříní je třeba pochopit jejich hlavní typy, aby byla poskytnuta konkrétní základna pro výběr.

1.1 Vysokotlačové rozvodové skříně

Vysokotlačové rozvodové skříně neexistují jako samostatné jednotky v elektrickém systému. Skládají se především z několika propojených komponent, včetně ovládacího zařízení, vysokonapěťových přepínačů, monitorovacího zařízení, zařízení pro přenos signálů a ochranného zařízení, tvoříce multifunkční komplexní systém.

Od 80. let probíhaly v Číně technologické reformy vysokotlačových rozvodových skříní. S akumulací výzkumných a vývojových technologií a zkušeností s aplikací bylo ve vývoji použito mnoho nových technologií, což vedlo k několika technicky pokročilým produktům, jako jsou skříň KYN28 a skříň XGN15-12.

(1) Provozní charakteristiky skříně KYN28

Tento typ vysokonapěťové skříně strukturně skládá ze dvou hlavních částí: vozík (vysouvací část) a tělo skříně. Tělo skříně je především sestaveno z lisovaných kovových dělicích prvků, rozdělených do čtyř nezávislých prostor: prostor pro kabely, prostor pro vozík, busbarový prostor a prostor pro přístroje. Vozíky jsou rozděleny na typy, jako jsou vozíky s vypínačem, vozíky pro měření a PT vozíky. Hlavní elektrické komponenty zahrnují vakuumové vypínače, vysokonapěťové pojistky, měděné busbary, izolační komponenty a vysokonapěťové reaktory. Druhotné elektrické komponenty zahrnují vzduchové vypínače, tlačítka, přístroje, komplexní ochranná zařízení a signalizační světla. Použití středně umístěného vysouvacího vozíku umožňuje jeho vytažení a vytvoření bezpečného odpojení mezi primárním systémem a ostatními systémy vysokonapěťové skříně.

(2) Provozní charakteristiky skříně XGN15-12

XGN15-12 je nový typ kompletního vysokonapěťového přepínače vyvinutý na základě národních standardů pro 35kV AC kovové uzavřené přepínače. Nevykazuje pouze malé rozměry (pouze 60 % objemu obyčejných přepínačů), ale také vysokou spolehlivost vypínače, vynikající výkon a funkci silného interlockingu. Může být použit v aplikacích s nominálními napětím od 3,5 kV do 12 kV a nominálními proudy od 630 A do 3150 A, dosahující stupeň ochrany IP2X. Uživatelé si mohou vybrat mezi pružinovým nebo elektromagnetickým pohonem.

1.2 Nízkonapěťové rozvodové skříně

V produkční řadě nízkonapěťových rozvodových skříní existují především dvě kategorie: produkty vyvinuté na základě relevantních mezinárodních technologií, které prošly mezinárodní certifikací kvality, a zahraniční produkty. Mezi nimi se produkty vyvinuté na základě mezinárodních technologií především týkají GCK nízkonapěťových přepínačů, GCS nízkonapěťových přepínačů a GGD nízkonapěťových AC přepínačů. Zahraniční produkty jsou především reprezentovány sérií MNS distribučních skříní vyrobených společností ABB Švýcarsko.

(1) Provozní charakteristiky skříně GCS

Skříň GCS je jednou z nejčastějších produktových sérií vysouvacích přepínačů. Používá otevřený profil 8MF jako hlavní rám těla skříně, s bočnicemi s vnitřním průměrem 9,2 mm [3] a modulu 20mm/100mm. Různé funkční prostory jsou nezávislé a oddělené, především zahrnují prostor pro vozíkové jednotky, prostor pro kabely a busbarový prostor. Prostor pro kabely je uspořádán s nezávislým oddělením, což umožňuje snadné vedení kabelů z horní nebo spodní části. Každá GCS distribuční skříň může obsahovat 11 plných vozíkových jednotek nebo 22 polovičních vozíkových jednotek, což zvyšuje flexibilitu kombinace vozíků. Kromě toho je v vozíkové jednotce nainstalováno mechanické zámčení, které usnadňuje odpojení a zapnutí výstupního vozíku.

(2) Provozní charakteristiky skříně MNS

Tento typ přepínače je také formou nízkonapěťového vysouvacího kompletního přepínače. Používá obal z ohnutých ocelových plechů, rozděluje vnitřní prostor na tři základní prostory: busbarový prostor, prostor pro kabely a prostor pro jednotky (pro vozíky). Protože busbarový prostor je umístěn vzadu, lze ho také nakonfigurovat jako dvojstrannou skříň. Použitý styl busbaru je podobný typu GCS. Výška jednotkového vozíku je 200 mm a je vybavena mechanickým zámčením.

2 Základní principy pro výběr vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní

Během procesu výběru rozvodových skříní je hlavním požadavkem zajistit, aby vybrané vysokotlačové a nízkonapěťové skříně splňovaly potřeby projektu a zajišťovaly spolehlivost a stabilitu provozu zařízení. Současně je třeba analyzovat další související vlastnosti produktu, jako je snadnost operace, a vybrat zařízení, které je relativně snadno ovladatelné, což zlepšuje přesnost operace. Kromě toho je nutné analyzovat nákladové požadavky projektu, určit přesný rozpočet projektu, řádně kontrolovat stavební náklady během realizace, plně využívat suroviny a zdroje a dosáhnout efektivní kontroly nákladů.

2.1 Princip spolehlivosti

Při výběru typu vysokonapěťové rozvodové skříně, na základě skutečného provozu rozvodny, je základním cílem zajištění bezpečnosti a spolehlivosti produktu. Je třeba komplexně zohlednit skutečné provozní podmínky vysokonapěťové skříně, abyste vybrali produkty s vyšší spolehlivostí.

2.2 Princip jednoduchosti

V současné době většina vysokonapěťových rozvodových skříní používá tradiční ochranná zařízení. Vzhledem k vysoké složitosti takového zařízení je také pravděpodobnost selhání poměrně vysoká, což představuje významné výzvy pro následné provozní a servisní činnosti. Proto během procesu výběru, na základě stanovené situace investic do projektu a specifických požadavků na konfiguraci zařízení, a přihlédnutím k základním požadavkům na spolehlivost dodávky elektřiny, by měly být vybrány produkty, které zajišťují, že vysouvací komponenty v skříni vozíku mohou být přímo nainstalovány na vozík a splňují principy snadného servisu a snadné výměny.

3 Optimální výběr vysokotlačových a nízkonapěťových rozvodových skříní v rozvodnách

3.1 Optimální výběr vysokotlačových rozvodových skříní

(1) Zajištění provozní spolehlivosti vysokotlačových skříní

Při výběru vysokotlačových rozvodových skříní je třeba provést šetření konkrétních podmínek dodávacího zařízení a investice do stavebního projektu. Požadavky na spolehlivost dodávky elektřiny by měly být analyzovány před provedením komplexního výběru. Pro zajištění spolehlivosti dodávky elektřiny musí být vysouvací sestavovací komponenty v vozíku úplně vytažitelné na vozík a umožňovat jednoduchou manipulaci a výměnu, což usnadňuje snadnou a rychlou údržbu vysokotlačové skříně. Nicméně, při použití skříní s vozíkem jsou požadavky na kvalitu stavebnictví, zejména rovnost podlahy, vyšší. Pro usnadnění pohybu vozíku do a ze skříně by měla být horní plocha kolejnice uvnitř skříně rovná s povrchem podlahy mimo skříň. Během úprav lze použít gumové podložky k snížení frekvence vibrací skříně a zlepšení provozní stability přepínače.

(2) Praktičnost provozu zařízení

Na čínském trhu s vysokotlačovými rozvodovými skříněmi tvoří importované skříně přibližně 50% tržního podílu, což je srovnatelné s domácími produkty. Z hlediska provozní stability a dalších souvisejících podmínek mají tyto dva typy skříní své vlastní výhody a nevýhody. Při praktickém použití je třeba provést rozumný výběr podle skutečné situace.

Ačkoli domácí vysokotlačové skříně mají výhody, jako je střední cena, vysoká spolehlivost a komplexní servisní podpora, jejich objem je většinou velký a vyžadují velký prostor pro instalaci. Pokud je prostor pro instalaci v rozvodně omezen, musí být vybrány importované vysokotlačové skříně. Relativně vzato mají importované vysokotlačové skříně nejen rozumné uspořádání komponent, malé rozměry a vysokou spolehlivost, ale také širší spektrum použití. Nicméně, jejich cena je značně vyšší než cena domácího zařízení a servisní podpora může být méně reaktivní. Během procesu optimalizace výběru je třeba provést komplexní kompromis na základě těchto výhod a nevýhod.

(3) Jednoduchá operace a údržba

Nízké požadavky na údržbu a zjednodušení údržby jsou důležitými směry budoucího vývoje rozvodových skříní. V současné době většina vysokotlačových rozvodových skříní v Číně používá tradiční elektrickou kontrolu a ochrannou relé technologii. Tato technologie nejen zvyšuje pravděpodobnost selhání, ale také zvyšuje složitost zařízení, což vede ke zvýšení pracovního zatížení během následného použití. Na základě toho by měly být vybrány rozvodové skříně vybavené pokročilými inteligentními ochrannými zařízeními, aby bylo sníženo pracovní zatížení a uloženy pracovní náklady. Z ekonomického hlediska jsou inteligentní vysokotlačové rozvodové skříně dobrým výběrem během procesu výběru.

3.2 Optimální výběr nízkonapěťových rozvodových skříní

(1) Rozumné stanovení technických parametrů nízkonapěťových skříní

Před výběrem modelu nízkonapěťové rozvodové skříně je třeba určit její technické parametry a výběr provést podle těchto předem stanovených parametrů. Na tomto základě je třeba upřesnit nominální napětí, nominální proud, nominální frekvenci, prostor pro instalaci a další parametry nízkonapěťové skříně. Je třeba analyzovat parametry, jako je maximální proud, který skříň musí snést během vrcholů dodávky elektřiny, a vrcholový proud hlavního busbaru. Kromě toho je třeba potvrdit typ funkční jednotky, maximální nominální proud a stupeň ochrany obalu (IP kód) distribuční skříně.

(2) Optimalizace funkčních požadavků na komponenty v nízkonapěťových skříních

Během procesu optimalizace výběru nízkonapěťových rozvodových skříní by měla být provedena analýza požadavků na komponenty, především včetně způsobu instalace, funkčních modulů skříně, snadnosti instalace, provozní teploty a rozměrů skříně. Současně je třeba věnovat pozornost výběru vypínačů, aby hlavní vypínač měl funkce, jako jsou paměť, ochrana proti zemnímu spojení, alarm, indikace chyb a třístupňová ochrana (LSI). Měl by podporovat různé úrovně interlockových operací, jako je zónově selektivní interlock, s cílem dosáhnout modularizace různých funkčních příslušenství.

3.3 Optimální výběr ochranných komponent v rozvodových skříních

Distribuční skříň musí být schopna přizpůsobit se různým použitím a mít odpovídající funkční ochranné schopnosti. Obvykle vysokotlačové a nízkonapěťové rozvodové skříně používají pojistky nebo vypínače jako ochranné komponenty. Když proud překročí nastavenou hodnotu, pojistný drát se rozpustí v důsledku zahřívání, nebo vypínač vyklopí, což odpojí obvod a chrání distribuční systém. Ochranné komponenty lze optimalizovat z různých perspektiv.

(1) Perspektiva nákladů

Z hlediska nákladů na komponenty je tržní cena pojistek nízká, zatímco tržní cena Molded Case Circuit Breakers (MCCB) nebo Miniature Circuit Breakers (MCB) může být několikrát až desítkrát vyšší než cena pojistek. Pokud je celkový rozpočet projektu nízký, mohou být jako ochranné komponenty vybrány pojistky.

(2) Perspektiva snadné údržby

Když dojde k krátkému obvodu a vyklopení, kontakty MCB/MCCB mohou utrpět poškození. S časem to může vést k selhání vypínače. Proto je po vyklopení pojistky nutné okamžitě nahradit pojistný drát, aby byla obnovena ochranná funkce. Po vyklopení MCB/MCCB je doporučeno provést kontrolu a v případě poškození může být nutná náhrada.

(3) Perspektiva požadavků na ochranu obvodu

Protože pojistky mají relativně nízkou citlivost na přetížení obvodu, jsou obvykle používány pouze pro ochranu před krátkým obvodem, s výjimkou běžných osvětlovacích obvodů. Naopak MCB/MCCB mají vysokou citlivost na přetížení a přetok. Při ochraně obvodů, jako jsou topné smyčky, zásuvky a řídicí obvody, musí být jako ochranné komponenty použity MCB/MCCB.

4 Závěr

S rostoucím zájmem o elektrickou energii v rezidencích, výrobě a každodenním životě se ekonomika a stabilita dodávky elektřiny staly důležitými cíli pro optimalizaci distribučních systémů. Rozvodové skříně v rozvodně představují konečný odkaz pro dodávku elektřiny koncovým uživatelům a jsou používány v velkém množství. Aby byly splněny potřeby výroby a každodenního života a dosaženy ekonomické výhody při stavbě rozvodových skříní, musí být schéma výběru rozvodových skříní optimalizováno z hlediska technického i ekonomického, aby byla zajištěna jak technická spolehlivost, tak ekonomika.