Estructura del quadro i característiques del procés de l'aparellat de baixa tensió

I. Introducció

La estructura del quadre constitueix la base fonamental dels aparells de baixa tensió, fent que la tecnologia de fabricació dels quadres sigui la base de totes les bases. Com a enclos estructural, el quadre no només ha de complir amb els requisits d'integració funcional de les diferents unitats elèctriques (com tipus estandarditzats, combinacions modulars i distribució funcional), sinó que també ha de satisfer els requisits inerents del propi quadre (com robustesa, fiabilitat, aparença neta i facilitat d'ajustament). Degut a les variacions en els requisits estructurals dels quadres i les capacitats de fabricació entre diferents productors, els processos de fabricació no es poden estandaritzar rígidament. No obstant això, hi ha determinades característiques tecnològiques universalment aplicables i crítiques en la producció de quadres. A continuació, es presenten breument aquestes característiques clau en conjunció amb la selecció de l'estructura del quadre.

II. Estructura del Quadre i Característiques Tecnològiques

Les estructures dels quadres i els seus processos de fabricació generalment es poden diferenciar per la forma estructural, els mètodes de connexió i la selecció de materials.

1. Classificació segons la Forma Estructural

(1) Tipus Fixe:

Aquest disseny assegura una fixació fiable de cada component elèctric en la seva posició designada dins del quadre. Les formes dels quadres són típicament cúbiques (per exemple, de panell o de caixa), tot i que també es fan servir formes trapezoidals (per exemple, de consola). Aquests quadres es poden disposar com a unitats individuals o en files.

Per assegurar la precisió dimensional i geomètrica, els components solen ensamblar-se en etapes—normalment formant primer dos panells laterals o seccions esquerra-dreta, després ensamblant-los en el quadre complet, o primer assolint els requisits dimensionals externs i després connectant seqüencialment els components interns. La longitud de les parts que formen les vores del quadre ha de ser precisament correcta (amb toleràncies considerades com a valors negatius) per assegurar les dimensions geomètriques generals i l'aparença externa. Per als dos panells laterals, no hauria de produir-se cap protuberància al mig per acomodar una alineació adequada durant la disposició.

Des del punt de vista de la instal·lació, la superfície base no hauria de mostrar cap pendent. Durant l'alineació i la instal·lació, és essencial tenir una base nivellada, però tant la planitud de la base com el propi quadre tenen toleràncies inherent. Durant l'alineació, les desviacions laterals haurien de minimitzar-se i no s'haurien d'acumular, ja que els errors acumulats poden causar deformacions del quadre, afectar les connexions de la barra de bus, conduir a una instal·lació mal alineada dels components, crear concentracions de tensions i fins i tot reduir la vida útil dels equips elèctrics. Per tant, durant l'alineació, s'ha d'utilitzar el punt més alt de la base com a referència, i les unitats posteriors s'han de nivellar i estendre gradualment. Quan la planitud de la base és ideal i previsible, també es pot utilitzar l'expansió des del centre cap a fora per distribuir uniformement els errors acumulats.

Per facilitar l'ajustament i compensar l'acumulació de toleràncies, les toleràncies de l'amplada del quadre generalment es especificen com a valors negatius. Després d'ensamblar tots els components del quadre, pot ser necessari fer una conformació per complir amb els requisits dimensionals i geomètrics. Per a la producció estandarditzada o en volum elevat de quadres, s'han de considerar plenament jigs i fixadors adequats per assegurar la consistència estructural. La superfície de referència del fixador hauria de ser idealment la base del quadre, i els blocs de posicionament dins del fixador haurien de disposar-se per facilitar l'accés i la operació. Les portes externes i similars, que són propenses a la deformació durant el transport i la instal·lació, normalment es reajusten uniformement durant la instal·lació final.

(2) Extraïble (Tipus Casset):

L'equip de baixa tensió extraïble consta d'un cos de quadre fix i una unitat extraïble que conté els principals components elèctrics com els interruptors. L'unitat extraïble ha de ser fàcil de manipular durant la inserció i l'extracció, estar ben posicionada quan estigui instal·lada i ser intercanviable amb altres unitats del mateix tipus i especificació. La part del quadre de l'equip extraïble es fabrica de manera similar als quadres fixos. No obstant això, degut als requisits d'intercanviabilitat, el quadre ha de tenir una major precisió, i les parts estructurals relacionades han de permetre un ajust suficient.

Les característiques de fabricació de l'equip de baixa tensió extraïble són: (1) les parts fixes i mòbils han de compartir una referència comuna; (2) els components relacionats han de ser ajustats a les posicions òptimes utilitzant eines estandarditzades, incloent cadres de quadre estandarditzats i cassetes estandarditzades; (3) les dimensions crítiques no han de superar les toleràncies admesibles; (4) l'intercanviabilitat dels tipus i especificacions de casset iguals ha de ser fiable.

2. Classificació segons el Mètode de Connexió

(1) Construcció Soldada:

Els avantatges inclouen la facilitat de processament, alta resistència i fiabilitat. Els inconvenients són les grans toleràncies, la susceptibilitat a la deformació, la dificultat d'ajustament, la pobresa estètica i la impossibilitat de preplaçar les peces. A més, els fixadors de soldadura tenen requisits específics:

• Alta rigidesa, no afegida fàcilment per la deformació de la peça;

• Ligerament més gran que les dimensions nominals de la peça per compensar la contractura post-soldadura;

• Plana, simple i fàcil d'operar, minimitzant els mecanismes rotatius per evitar danys;

• Els suports han de triar-se amb cura per evitar la corrosió de la soldadura i permetre una inspecció i ajustament fàcils, afegint pads anticorrosió on sigui necessari.

La deformació per soldadura es produeix a causa de l'expansió tèrmica de les molècules a la zona de soldadura, provocant un micromoviment durant el refredament que resulta en tensions residuals. Per mitigar la deformació, cal considerar processos de conformació. Els mètodes comuns inclouen:

• Preveure el rang de deformació mitjançant proves i predeformar la peça en la direcció contrària abans de soldar-la;

• Corregir l'ajustament excesiu després de la soldadura;

• Fer martellaments o pressions a les àrees relativament contractades per equilibrar les tensions;

• Escalfar les àrees relativament protuberants després de la soldadura per aconseguir una contractura uniforme;

• Realitzar un tractament tèrmic global si és necessari.

A més, la selecció dels punts de soldadura, l'orientació de la costura de soldadura, la seqüència de soldadura i la posició del punt de soldadura influeixen en la deformació post-soldadura. Un tractament adequat pot reduir la deformació, encara que depèn de les condicions específiques.

(2) Connexió per Elements Fixadors:

Els avantatges inclouen la idoneïtat per a peces preplaçades, facilitat d'ajustament i acabat estètic, disseny de components estandarditzats, inventari pre-producció i petites toleràncies dimensionals en el marc. Els inconvenients inclouen una menor resistència comparada amb la soldadura, requeriments de precisió més alts per als components i costos de fabricació relativament més alts. Els elements fixadors sovint són peces estandarditzades, incloent tornills comuns, turossos, remaches, remaches cecs, turossos de presa ajustable, turossos de pre-tensió i vis autoperforants. També hi ha elements fixadors especialitzats (com els que s'utilitzen en molts quadres de baixa tensió importats).

Característiques tecnològiques: S'utilitzen fixadors per a la conformació i eines per a la posició. Es poden utilitzar llavadores de pressió si cal. El remachat normalment requereix un forat prèviu, i cal tenir cura de protegir el plaçat de les peces preplaçades. Per als components mecanitzats amb centres CNC de precisió o maquinària dedicada, si els diàmetres dels forats de connexió mantenen una lleugera tolerància amb els diàmetres dels elements fixadors, l'ensamblatge es pot completar sense fixadors en un pas únic. Per als components de guia i posició, s'han d'establir primer les posicions amb eines de mesura dedicades, seguit d'una inspecció amb eines estandarditzades.

(3) Connexió Híbrida (Soldadura i Fixació):

Aquest mètode combina els avantatges de tots dos mètodes anteriors. Normalment, la soldadura s'utilitza als punts de connexió del quadre, mentre que els elements fixadors s'utilitzen per les seccions variables o ajustables. És difícil plaçar els quadres grans després de la soldadura, per tant, les superfícies sovint es pinten. Per als quadres exteriors fabricats amb materials preplaçats que requereixen soldadura, les zones soldades es poden tractar amb pulverització metàlica tèrmica.

3. Classificació segons el Material dels Components

(1) Materials de Secció:

Inclou angleferro, canaleta, tubs d'acer de secció especial i canaleta especial. Els components fets d'angleferro o canaleta normalment es connecten per soldadura. Durant el processament, les vores de connexió han de ajustar-se estretament amb mínims intervals; en cas contrari, la qualitat de la soldadura i la deformació es veuran afectades. 

Els tubs d'acer de secció especial es poden connectar per soldadura o elements fixadors. Les parts de connexió solen requerir accessoris dedicats que han de ser resistent i precís; en cas contrari, l'aparença del quadre es veurà compromesa. Utilitzar tubs d'acer de secció especial uniformes amb forats uniformement espaiats (modulars) i connectors estandarditzats permet l'ensamblatge modular del quadre, simplificant el disseny, la preparació de components i la planificació de la producció. No obstant això, aquest mètode implica molts forats, la majoria dels quals romanen sense utilitzar, i limita la flexibilitat espacial.

Característiques de fabricació: Assegurar la universalitat i precisió dels components i connectors. La estructura bàsica del quadre sovint es reforça amb panells. A més dels tubs d'acer de secció especial, també es fan servir canales C o tubs rectangulars ribetllats de full d'acer. Les canales C són adequades per a la plaçatura, mentre que els tubs rectangulars ribetllats poden oxidar després de la plaçatura degut a l'àcid residual de la decapació, per tant, la selecció ha de ser prudent.

(2) Components de Full Metàl·lic (excluint canales C i tubs rectangulars ribetllats)

Aquests es poden formar totalment segons les necessitats, sense limitacions de perfils prefabricats. Aquest disseny estructural involucre un major esforç d'enginyeria, però un cop estandarditzat, les variacions són mínimes. Les parts estructurals principals solen soldar-se, mentre que les àrees variables o ajustables utilitzen elements fixadors (per exemple, caixes de control de baixa tensió i consoles).

Com que les estructures de full metàl·lic solen soldar-se i formar-se en una sola peça, cal atendre la contractura o protuberància induïda per la soldadura. Els punts de soldadura haurien de distribuir-se uniformement, les costures de soldadura haurien de ser suaus, es ha de realitzar la conformació post-soldadura, les vores haurien de ser rectes, i el mig de tots dos costats no hauria de sobresalir més enllà de les vores frontal i posterior. Si hi ha divisions internes, haurien de soldar-se després que els dos costats estiguin adequadament conformats.

Les consolles de control són les més adequades per a components de full metàl·lic. Quan diverses unitats s'ordenen en una fila, la taula superior hauria d'alinear-se i posicionar-se només després que la fila completa estigui en lloc.

III. Conclusió

Com s'ha analitzat anteriorment, la selecció de les estructures dels quadres no només ha de determinar-se pels requisits funcionals dels aparells de commutació, sinó també pels restriccions dels processos de fabricació. El nivell de la tecnologia de fabricació influeix directament en el disseny estructural dels quadres i la selecció de materials.