Optimalna izbira visokonapornih in nizkonapornih distribucijskih kabinetov v distribucijskih prostorih

Povzetek: Na podlagi analize glavnih vrst in značilnosti visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov v distribucijskih prostorih ta članek obravnava osnovne načela za izbiro teh škafikov. S stališča tehnične zanesljivosti, enostavnosti namestitve in gospodarnosti se analizirajo optimizacijske mere za izbiro visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov, kar igra določeno vlogo pri izboljšanju njihove tehnične in gospodarske učinkovitosti.

Ključne besede: Distribucijski prostori; Visokonapetostni in nizkonapetostni distribucijski škafiki; Optimizacija; Konfiguracija

0 Uvod

S kontinuiranim naraščanjem ravni gospodarskega razvoja je električna energija postala ena od ključnih virov energije za trenutno proizvodnjo in vsakdanje življenje. Za zagotavljanje normalne proizvodnje in vsakdnevne dejavnosti mora biti vsaka faza oskrbe s struje strokovno nadzorovana, da se poveča stabilnost in zanesljivost omrežja za oskrbo s struje. Distribucijski škafiki v distribucijskih prostorih predstavljajo zadnji korak v dostavi električne energije končnim uporabnikom. Zagotavljanje stabilnosti in gospodarnosti teh visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov ter dosego optimalne izbire so ključne mere za zagotavljanje varnosti in stabilnosti omrežja za oskrbo s struje.

1 Glavne vrste in značilnosti visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov v distribucijskih prostorih

Pred optimizacijo izbire distribucijskih škafikov je potrebno razumeti njihove glavne vrste, da se priskrbi konkretne podlage za izbiro.

1.1 Visokonapetostni distribucijski škafiki

Visokonapetostni distribucijski škafiki ne obstajajo kot ločeni enoti v sistemu oskrbe s struje. Predstavljajo več funkcionalnih kompleksnih sistemov, ki so sestavljeni iz več medsebojno povezanih komponent, kot so naprave za nadzor, visokonapetostni preklopniki, naprave za spremljanje, naprave za prenos signalov in zaščitne naprave.

Od leta 1980-ih so bile v Kini opravljene tehnološke reforme za visokonapetostne distribucijske škafike. Z nakopičevanjem tehnologije razvoja in izkušenj uporabe so bile uporabljene veliko nove tehnologije, kar je vodilo do več naprednih tehnoloških izdelkov, kot sta KYN28 škafik in XGN15-12 škafik.

(1) Delovanje KYN28 škafika

Ta vrsta visokonapetostnega škafika strukturno sestoji iz dveh glavnih delov: voznega pogona (izvlečnega dela) in telesa škafika. Telo škafika je predvsem sestavljeno iz odtisanih kovinskih ločil, razdeljenih na štiri samostojne celice: kabelska celica, celica za vozni pogon, matična celica in merilna celica. Vozni pogoni so razdeljeni na tipe, kot so preklopni pogoni, merilni pogoni in PT pogoni. Primarna električna oprema vključuje vakuumski preklopniki, visokonapetostne preplinske prekinitve, bakrene matične trake, izolacijske komponente in visokonapetostne reaktorje. Sekundarna električna oprema vključuje zračne preklopnike, gumbe, merilne naprave, kompleksne zaščitne naprave in signalne svetlobe. Uporaba srednje postavljenega izvlečnega vozni pogona omogoča njegovo postavljanje in odstranjevanje, ustvarja pa tudi varno odskočno točko med primarnim sistemom in drugimi sistemi visokonapetostnega škafika.

(2) Delovanje XGN15-12 škafika

XGN15-12 je nov tip celostnega visokonapetostnega preklopne naprave, razvite na podlagi nacionalnih standardov za 35kV AC metalne zaprti preklopne naprave. Ima ne le majhen volumen (samo 60% prostornine običajnih preklopnih naprav), ampak tudi zanesljive preklopnike, odlične lastnosti in prisilno interlock funkcijo. Lahko se uporablja za aplikacije z nazivnimi napetostmi od 3,5kV do 12kV in nazivnimi toki od 630A do 3150A, doseže pa stopnjo zaščite IP2X. Uporabniki lahko izbirajo med vzmetnimi ali elektromagnetskimi operativnimi mehanizmi.

1.2 Nizkonapetostni distribucijski škafiki

V seriji nizkonapetostnih distribucijskih škafikov obstajata predvsem dva razreda: izdelki, razviti na podlagi relevantnih mednarodnih tehnologij, ki so prešli mednarodno kakovostno certifikacijo, in tuje izdelki. Med njimi so serijski izdelki, razviti na podlagi mednarodnih tehnologij, predstavljeni z GCK nizkonapetostnimi preklopni napravami, GCS nizkonapetostnimi preklopni napravami in GGD nizkonapetostnimi AC preklopni napravami. Tuji izdelki so predstavljeni z MNS serijo distribucijskih škafikov, proizvedenih s strani ABB Švica.

(1) Delovanje GCS škafika

GCS škafik je eden najpogostejših serij povlečnih preklopnih naprav. Uporablja 8MF odprte profile jekla kot glavni okvir telesa škafika, z bocnimi paneli, ki imajo navtiha z modulom 20mm/100mm in notranjim premerom 9,2mm [3]. Različne funkcionalne celice so samostojne in ločene, predstavljajo pa predvsem povlečno celico, kabelske celice in matične celice. Kabelske celice so razpostavljene z neodvisno ločitvijo, kar omogoča lahkoto vhoda in izhoda kablov skozi vrh ali dno. Vsak GCS distribucijski škafik lahko vsebuje 11 polnih povlečnih celic ali 22 polovnih povlečnih celic, kar poveča fleksibilnost kombinacij povlečnih celic. Poleg tega je v povlečni celici nameščena mehanska interlock naprava, ki olajša odskakanje in zapiranje izhodnega povlečnega pogona.

(2) Delovanje MNS škafika

Ta tip preklopne naprave je tudi oblika nizkonapetostne povlečne naprave. Uporablja okroglo ogrino iz savitih jeklenih plasti, razdeljeno na tri osnovne celice: matično celico, kabelske celice in celico za povlečne pogone. Ker je matična celica postavljena zaled, jo lahko tudi konfigurirate kot dvostranski škafik. Stil matične trake je podoben GCS tipu. Višina povlečnega pogona je 200mm in je opremljen s mehansko interlock napravo.

2 Osnovna načela za izbiro visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov

V procesu izbire distribucijskih škafikov je glavni zahtevek, da izbrani visokonapetostni in nizkonapetostni škafiki ustrezajo potrebam projekta in zagotavljajo zanesljivost in stabilnost delovanja opreme. Hkrati je potrebno analizirati druge povezane zmogljivosti izdelka, kot je enostavnost upravljanja, da se izbere oprema, ki je relativno enostavna za upravljanje, s tem pa se izboljša natančnost delovanja. Prav tako je pomembno analizirati zahteve po stroških projekta, določiti točno proračun projekta, razumno kontrolirati stroške gradnje med izvajanjem, popolnoma izkoristiti surovine in vire ter doseči učinkovito kontroliranje stroškov.

2.1 Načelo zanesljivosti

Pri izbiri vrste visokonapetostnega distribucijskega škafika, glede na dejansko delovanje distribucijskega prostora, je temeljni cilj, da se zagotovi varnost in zanesljivost izdelka. Treba je poskrbeti za celosten pregled dejanskega stanja visokonapetostnega škafika, da se izbere izdelek z višjo zanesljivostjo.

2.2 Načelo enostavnosti

Trenutno uporabljajo večina visokonapetostnih distribucijskih škafikov tradicionalne zaščitne naprave. Zaradi visoke kompleksnosti takšne naprave je tudi verjetnost odpovedi visoka, kar predstavlja velik izziv za kasnejše delovanje in vzdrževanje. Zato bi v procesu izbire, glede na določeno situacijo vlaganja v projekt in specifične zahteve za opremo, ter spoštovanje osnovnih zahtev za zanesljivost oskrbe s struje, morali biti izbrani izdelki, ki zagotavljajo, da lahko izvlečni komponenti v voznem pogonu direktno namestijo na vlak in izpolnjujejo načela enostavnega vzdrževanja in enostavnega zamenjava.

3 Optimalna izbira visokonapetostnih in nizkonapetostnih distribucijskih škafikov v distribucijskih prostorih

3.1 Optimalna izbira visokonapetostnih distribucijskih škafikov

(1) Zagotavljanje zanesljivosti delovanja visokonapetostnih škafikov

Pri izbiri visokonapetostnih distribucijskih škafikov je potrebno preučiti specifične pogoje oskrbnih naprav in investicije v gradbeni projekt. Zahteve za zanesljivost oskrbe s struje je treba analizirati pred tem, da se izvede celosten izbor. Za zagotavljanje zanesljivosti oskrbe s struje morajo biti izvlečni sestavni deli v voznem pogonu popolnoma odstranljivi na vlak in omogočiti preprosto upravljanje in zamenjavo, kar omogoča hitro in enostavno vzdrževanje visokonapetostnega škafika. Ko se uporabljajo vozniki, so zahteve za kakovost gradbenih del, zlasti ravnanje podlage, višje. Za olajšanje premikanja voznika v in iz preklopne naprave mora biti zgornja površina relsov znotraj škafika ravna s podlago zunaj škafika. Pri prilagajanju se lahko uporabijo gumeni podložci, da se zmanjša frekvenca vibracij škafika in izboljša operativna stabilnost preklopne naprave.

(2) Praktičnost delovanja opreme

Na kitajskem trgu visokonapetostnih distribucijskih škafikov uvoženi škafiki zasedajo približno 50% tržne delež, kar je primerljivo z domačimi izdelki. Glede na stabilnost delovanja in druge povezane pogoje imata ti dva tipa škafikov svoje prednosti in slabosti. V praktični uporabi mora biti izbira storjena razumno glede na dejanske okoliščine.

Čeprav imajo domači visokonapetostni škafiki prednosti, kot so umerna cena, visoka zanesljivost in celovita storitev po prodaji, je njihova velikost običajno velika, kar zahteva veliko prostora za namestitev. Če je prostor za namestitev v distribucijskem prostoru omejen, morajo biti izbrani uvoženi visokonapetostni škafiki. Relativno gledano imajo uvoženi visokonapetostni škafiki ne le razumno razporejanje komponent, majhen volumen in visoko zanesljivost, ampak tudi relativno širok spekter uporabe. Vendar je njihova cena znatno višja od domače opreme, in storitev po prodaji morda ni tako hitra. V procesu optimizacije izbire je potrebno storiti celovito utemeljitev glede na te prednosti in slabosti.

(3) Enostavno upravljanje in vzdrževanje

Nizka zahtevnost za vzdrževanje in poenostavljeno vzdrževanje so pomembni smeri razvoja distribucijskih škafikov. Trenutno uporabljajo večina visokonapetostnih distribucijskih škafikov v Kitajski tradicionalne električne nadzorne in zaščitne relejne tehnologije. Ta tehnologija ne le poveča verjetnost odpovedi, ampak tudi poveča kompleksnost opreme, kar vodi do večjega obsega vzdrževanja med kasnejšo uporabo. Zato bi morali biti izbrani distribucijski škafiki, opremljeni z naprednimi inteligentnimi zaščitnimi napravami, da se zmanjša obseg vzdrževanja in se shranijo stroški dela. Gospodarsko gledano so inteligentni visokonapetostni distribucijski škafiki dobra izbira v procesu izbire.

3.2 Optimalna izbira nizkonapetostnih distribucijskih škafikov

(1) Razumno določanje tehničnih parametrov nizkonapetostnih škafikov

Pred izbiro modela nizkonapetostnega distribucijskega škafika je potrebno določiti njegove tehnične parametre in izbiro storiti glede na te predhodno določene parametre. Na tej osnovi je potrebno pojasniti nazivno napetost, nazivni tok, nazivno frekvenco, prostor za namestitev in druge parametre nizkonapetostnega škafika. Parametri, kot so tok, ki ga mora škafik prenesti med vrhuni oskrbe s struje, in vrhunski tok glavne matične trake, morajo biti analizirani. Prav tako je potrebno potrditi tip funkcionalne enote, maksimalni nazivni tok in stopnjo zaščite ohišja (IP kod).

(2) Optimizacija funkcionalnih zahtev za komponente v nizkonapetostnih škafikih

V procesu optimalne izbire nizkonapetostnih distribucijskih škafikov je potrebno analizirati zahteve za komponente, predvsem vključno z načinom namestitve, funkcionalnimi moduli škafika, enostavnostjo namestitve, temperaturo okolja za delovanje in dimenzije škafika. Hkrati je potrebno pozornost nameniti izbiri preklopnikov, da se zagotovi, da ima glavni preklopnik funkcije, kot so spomin, zaščita pred pretokom na zemljo, alarm, označevanje napak in trofazna zaščita (LSI). Prav tako bi moral podpirati različne ravni interlock operacij, kot je selektivna interlock, s tem pa doseči modularizacijo različnih funkcionalnih dodatkov.

3.3 Optimalna izbira zaščitnih komponent v distribucijskih škafikih

Ustrezen distribucijski škafik mora biti sposoben se prilagoditi različnim okoljskim pogoji in imeti ustreze funkcionalne zaščitne zmogljivosti. Običajno uporabljajo visokonapetostni in nizkonapetostni distribucijski škafiki preplinske prekinitev ali preklopnike kot zaščitne komponente. Ko preseže tok določeno vrednost, se preplinska prekinitev topi zaradi segrevanja, ali preklopnik odpade, s tem pa prekine tok in zaščiti distribucijski sistem. Zaščitne komponente je mogoče optimalno izbirati iz različnih perspektiv.

(1) Perspektiva stroškov

Iz perspektive stroškov komponent je trgovaška cena preplinskosti prekinitve nizka, medtem ko je trgovaška cena oblikovanih obličnih preklopnikov (MCCB) ali mini preklopnikov (MCB) lahko nekajkrat do desetkrat višja od cene preplinskosti prekinitve. Če je skupni proračun projekta nizek, lahko za zaščitno komponento izberete preplinsko prekinitev.

(2) Perspektiva enostavnosti vzdrževanja

Ko pride do kratkotokove odpovedi in odpade, lahko kontakti MCB/MCCB trpijo poškodbe. S časom to lahko vodi do nepravilnega delovanja preklopnika. Zato po kratkotokovem odpadu preplinske prekinitve je potrebno kmalu zamenjati preplinsko prekinitev, da se obnovi funkcija zaščite. Po kratkotokovem odpadu MCB/MCCB je priporočljivo, da se izvede pregled, in če je poškodbljeno, je morda potrebno zamenjati.

(3) Perspektiva zahtev za zaščito krak

Ker imajo preplinske prekinitve relativno nizko občutljivost na preobremenitev krak, se običajno uporabljajo le za zaščito pred kratkotokom, razen v običajnih osvetlitvenih krakih. Na drugi strani imajo MCB/MCCB visoko občutljivost na preobremenitev in prekomerni tok. Za zaščito krakov, kot so ogrevalski kraki, roščnice in kontrolni kraki, morajo biti uporabljeni MCB/MCCB kot zaščitne komponente.

4 Zaključek

Z naraščajočim povpraševanjem po električni energiji v gospodarski proizvodnji in vsakdanjem življenju so gospodarnost in stabilnost oskrbe s struje postali pomembni cilji za optimizacijo distribucijskih sistemov. Distribucijski škafiki v distribucijskih prostorih predstavljajo zadnji korak v dostavi struje končnim uporabnikom in se uporabljajo v velikih količinah. Za zagotavljanje, da so zahtevi po straji v proizvodnji in vsakdanjem življenju izpolnjeni, hkrati pa dosežene gospodarske prednosti pri gradnji distribucijskih škafikov, mora biti shema izbire distribucijskih škafikov optimizirana s tehničnega in gospodarskega vidika, da se hkrati izpolnita tehnična zanesljivost in gospodarnost.