Ottima selezione di armadi di distribuzione ad alta e bassa tensione nelle stanze di distribuzione

Riassunto: Basandosi sull'analisi dei principali tipi e caratteristiche degli armadi di distribuzione ad alta e bassa tensione nelle stanze di distribuzione, questo articolo discute i principi fondamentali per la scelta di questi armadi. Dalle prospettive della affidabilità tecnica, facilità di installazione ed economia, vengono analizzate le misure di ottimizzazione per la selezione degli armadi di distribuzione ad alta e bassa tensione, che giocano un certo ruolo nell'aumento delle loro prestazioni tecniche ed economiche.

Parole chiave: Stanza di Distribuzione; Armadi di Distribuzione Ad Alta e Bassa Tensione; Ottimizzazione; Configurazione

0 Introduzione

Con il continuo aumento dei livelli di sviluppo economico, l'energia elettrica è diventata una delle fonti energetiche essenziali per la produzione e la vita quotidiana attuale. Per garantire la produzione normale e le attività quotidiane, ogni aspetto dell'approvvigionamento elettrico deve essere controllato in modo ragionevole per migliorare la stabilità e l'affidabilità del fornitore di energia. Gli armadi di distribuzione nella stanza di distribuzione rappresentano l'ultimo anello che fornisce energia elettrica agli utenti finali. Garantire la stabilità ed economia di questi armadi di distribuzione ad alta e bassa tensione, e ottenere la loro scelta ottimale, sono misure cruciali per assicurare la sicurezza e la stabilità della rete elettrica.

1 Tipi Principali e Caratteristiche degli Armadi di Distribuzione Ad Alta e Bassa Tensione nelle Stanze di Distribuzione

Prima di ottimizzare la scelta degli armadi di distribuzione, è necessario comprendere i loro principali tipi per fornire una base concreta per la selezione.

1.1 Armadi di Distribuzione Ad Alta Tensione

Gli armadi di distribuzione ad alta tensione non esistono come unità individuali all'interno del sistema elettrico. Sono principalmente costituiti da diversi componenti interconnessi, tra cui dispositivi di controllo, interruttori ad alta tensione, dispositivi di monitoraggio, dispositivi di trasmissione di segnali e dispositivi di protezione, formando un sistema complesso multifunzionale.

Dagli anni '80, sono stati intrapresi riforme tecniche per gli armadi di distribuzione ad alta tensione in Cina. Con l'accumulo di tecnologia R&D ed esperienza applicativa, numerose nuove tecnologie sono state applicate nel loro sviluppo, portando a prodotti tecnologicamente avanzati come il KYN28 e il XGN15-12.

(1) Caratteristiche operative dell'armadio KYN28

Questo tipo di armadio ad alta tensione è strutturalmente composto da due parti principali: il carrello (parte estrattibile) e il corpo dell'armadio. Il corpo dell'armadio è principalmente assemblato da pannelli metallici pressofusi, diviso in quattro compartimenti indipendenti: il compartimento cavi, il compartimento carrello, il compartimento barra di alimentazione e il compartimento strumenti. I carrelli sono suddivisi in tipi come carrelli interruttore, carrelli di misura e carrelli PT. I componenti elettrici principali includono interruttori a vuoto, fusibili ad alta tensione, busbar in rame, componenti isolanti e reattori ad alta tensione. I componenti elettrici secondari includono principalmente interruttori aerei, pulsanti, strumenti, dispositivi di protezione integrati e luci di segnalazione. L'utilizzo di un carrello estrattibile centrale permette di inserirlo ed estrarlo, creando un punto di disconnessione sicuro tra il sistema principale e altri sistemi dell'armadio ad alta tensione.

(2) Caratteristiche operative dell'armadio XGN15-12

L'XGN15-12 è un nuovo tipo di prodotto di apparecchiatura completa ad alta tensione sviluppato in base agli standard nazionali per l'apparecchiatura metallica chiusa a 35kV. Presenta non solo un piccolo volume (solo il 60% del volume degli apparati comuni), ma anche un'elevata affidabilità degli interruttori, ottime prestazioni e una funzione di interlocking forzato. Può essere utilizzato in applicazioni con tensioni nominali da 3,5kV a 12kV e correnti nominali da 630A a 3150A, raggiungendo una classe di protezione IP2X. Gli utenti possono scegliere tra meccanismi operativi a molla o elettromagnetici.

1.2 Armadi di Distribuzione a Bassa Tensione

Nella serie di prodotti di armadi di distribuzione a bassa tensione, ci sono principalmente due categorie: prodotti sviluppati in base a tecnologie internazionali rilevanti che hanno superato la certificazione di qualità internazionale, e prodotti stranieri. Tra questi, i prodotti della serie sviluppati in base alla tecnologia internazionale includono principalmente l'armadio di distribuzione a bassa tensione GCK, l'armadio di distribuzione a bassa tensione GCS e la cabina di distribuzione a corrente alternata a bassa tensione GGD. I prodotti stranieri sono rappresentati principalmente dalla serie di armadi di distribuzione MNS prodotta da ABB Svizzera.

(1) Caratteristiche operative dell'armadio GCS

L'armadio GCS è una delle serie di prodotti più comuni di armadi di distribuzione a cassetti. Utilizza acciaio aperto sezione 8MF come cornice principale del corpo dell'armadio, con pannelli laterali dotati di fori filettati con modulo di 20mm/100mm e diametro interno di 9,2mm [3]. Vari compartimenti funzionali sono indipendenti e separati,主要包括两个部分：手车（可抽出部分）和柜体。柜体主要由冲压金属隔板组装而成，分为四个独立的隔室：电缆隔室、手车隔室、母线隔室和仪表隔室。手车分为断路器手车、计量手车和PT手车等类型。主要电气元件包括真空断路器、高压熔断器、铜母线、绝缘件和高压电抗器。二次电气元件主要包括空气断路器、按钮、仪表、综合保护装置和信号灯。采用中置式可抽出手车，可以实现插入和抽出，从而在高压柜的一次系统与其他系统之间形成一个安全的断开点。 **（2）XGN15-12 柜的操作特点** XGN15-12 是一种基于国家标准的新型35kV交流金属封闭开关设备产品。它不仅体积小（仅为普通开关设备体积的60%），而且断路器可靠性高、性能优良，并具有强制联锁功能。它可以用于额定电压从3.5kV到12kV，额定电流从630A到3150A的应用，达到IP2X防护等级。用户可以选择弹簧操作机构或电磁操作机构。 **1.2 低压配电柜** 在低压配电柜的产品系列中，主要有两大类：基于相关国际技术开发并通过国际质量认证的产品，以及国外产品。其中，基于国际技术开发的系列产品主要包括GCK低压开关柜、GCS低压开关柜和GGD低压交流配电屏。国外产品主要以瑞士ABB生产的MNS系列配电柜为代表。 **（1）GCS 柜的操作特点** GCS 柜是抽屉式开关柜中最常见的产品系列之一。它采用8MF 开口型钢作为柜体的主要框架，侧板上设有模数为20mm/100mm、内径为9.2mm的螺孔[3]。各种功能隔室独立且分离，主要包括抽屉单元隔室、电缆隔室和母线隔室。电缆隔室布置独立分离，电缆可以从顶部或底部方便地进出。每个GCS馈电柜可以容纳11个全单元抽屉或22个半单元抽屉，增强了抽屉组合的灵活性。此外，抽屉单元内装有机械联锁装置，便于输出抽屉的分合操作。 **（2）MNS 柜的操作特点** 这种开关柜也是一种低压抽出式成套开关设备。它采用弯板制成的外壳，将内部空间分为三个基本隔室：母线隔室、电缆隔室和单元隔室（抽屉）。由于母线隔室位于后部，也可以配置为双面柜。母线样式类似于GCS类型。单元抽屉高度为200mm，并配备机械联锁装置。 **2 高低压配电柜选择的基本原则** 在配电柜的选择过程中，首要要求是确保所选的高低压柜满足项目的使用需求，并保证设备运行的可靠性和稳定性。同时，还需分析产品的其他相关性能，如操作简便性，选择相对容易操作的设备，从而提高操作准确性。此外，必须分析项目的成本要求，确定准确的项目预算，在实施过程中合理控制建设成本，充分利用原材料和资源，实现有效的成本控制。 **2.1 可靠性原则** 在选择高压配电柜类型时，应根据配电室的实际运行情况，以确保产品安全可靠为根本目标。应综合考虑高压柜的实际运行条件，选择可靠性较高的产品。 **2.2 简单性原则** 目前，大多数高压配电柜仍采用传统的保护装置。由于这类设备复杂度较高，故障概率也相对较高，给后续的运行维护带来了较大的挑战。因此，在选择过程中，应根据确定的项目投资情况和设备的具体配置要求，并遵循供电可靠性的基本要求，选择能够直接安装在手车上并满足维护方便、更换容易的原则的抽屉组件。 **3 配电室高低压配电柜的优化选择** **3.1 高压配电柜的优化选择** **（1）确保高压柜的运行可靠性** 在选择高压配电柜时，必须调查供电设备的具体情况和建设项目投资情况。在全面选择之前，应分析供电可靠性的要求。为了确保供电可靠性，手车内的抽出组件必须完全可拆卸到手车上，并允许简单操作和更换，以便于高压柜的便捷快速维护。然而，当使用手车柜时，对土建质量的要求较高，特别是地面平整度。为了方便手车在开关柜内的进出，柜内轨道顶面应与柜外地面平齐。调整时可以铺设橡胶垫，以减少柜体振动频率，增强开关柜的运行稳定性。 **（2）设备操作的实用性** 在中国高压配电柜市场，进口柜约占市场份额的50%，与国产产品相当。从运行稳定性和其他相关条件来看，这两种柜子各有优劣。实际应用中，必须根据实际情况合理选择。 虽然国产高压柜具有价格适中、可靠性高、售后服务全面等优点，但其体积大多较大，需要较大的安装空间。当配电室的安装空间有限时，必须选择进口高压柜。相比之下，进口高压柜不仅元器件布局合理、体积小、可靠性高，而且应用范围相对较广。然而，其价格明显高于国产设备，售后服务可能不如国产设备及时。在优化选择过程中，必须综合权衡这些优缺点。 **（3）操作维护简单** 低维护要求和简化维护是配电柜未来的重要发展方向。目前，中国大多数高压配电柜仍采用传统的电气控制和继电保护技术。这种技术不仅增加了故障概率，还增加了设备的复杂性，导致后续使用中的维护工作量增加。基于此，应选择配备先进智能保护装置的配电柜，以减少维护工作量，节省人力成本。从经济角度看，在选择过程中，智能高压配电柜是一个很好的选择。 **3.2 低压配电柜的优化选择** **（1）合理确定低压柜的技术参数** 在选择低压配电柜型号之前，必须确定其技术参数，并根据这些预设参数进行选择。在此基础上，必须明确低压柜的额定电压、额定电流、额定频率、安装空间等参数。分析配电柜在供电高峰期间必须承受的耐受电流和主母线的峰值电流。此外，还需要确认配电柜的功能单元类型、最大额定电流和外壳防护等级（IP代码）。 **（2）优化低压柜内元器件的功能要求** 在低压配电柜的优化选择过程中，应对元器件的要求进行分析，主要包括安装方式、柜内功能模块、安装简便性、操作环境温度和柜体尺寸。同时，要注意断路器的选择，确保主断路器具有记忆、接地故障保护、报警、故障指示和三段保护（LSI）等功能。还应支持不同级别的联锁操作，如区域选择性联锁，努力实现各种功能附件的模块化。 **3.3 配电柜保护元件的优化选择** 合适的配电柜必须能够适应不同的使用环境，并具备相应的功能保护能力。通常，高低压配电柜使用熔断器或断路器作为保护元件。当电流超过设定值时，熔丝因加热而熔断，或断路器跳闸，从而断开电路，保护配电系统。可以从不同角度优化选择保护元件。 **（1）成本角度** 从元件成本的角度来看，熔断器的市场价格较低，而塑壳断路器（MCCB）或微型断路器（MCB）的市场价格可能是熔断器的几倍到几十倍。如果整体项目预算较低，可以选择熔断器作为保护元件。 **（2）维护便利性角度** 当发生短路故障导致跳闸时，MCB/MCCB 的触点可能会受损。随着时间的推移，这可能导致断路器无法正常工作。因此，在熔断器发生短路故障跳闸后，必须及时更换熔丝，以确保保护功能恢复。对于MCB/MCCB发生短路跳闸后，建议进行检查，如有损坏则需更换。 **（3）电路保护要求角度** 由于熔断器对线路过载的灵敏度相对较低，通常仅用于短路保护，除非在常见的照明电路中。相比之下，MCB/MCCB 对过载和过流的灵敏度很高。在保护加热回路、插座和控制电路时，必须使用MCB/MCCB作为保护元件。 **4 结论** 随着居民生产和日常生活中对电能需求的不断增加，供电的经济性和稳定性已成为配电系统优化的重要目标。配电室中的配电柜是向最终用户输送电力的最后一环，并且使用数量巨大。为了确保生产和日常生活用电需求的同时，在配电室柜体建设中实现经济效益，必须从技术和经济角度优化配电柜的选择方案，确保技术可靠性和经济性同时得到满足。