تصميم خزانات توزيع الكهرباء من الطراز الجديد
في الهندسة الكهربائية الحديثة، تعتبر خزانات التوزيع وصناديق التوزيع "مراكز الأعصاب" لتوزيع وتوجيه الطاقة. جودة تصميمها تحدد بشكل مباشر السلامة والموثوقية والكفاءة الاقتصادية لنظام الإمداد بالطاقة بأكمله. مع زيادة تعقيد متطلبات الطاقة وارتفاع مستويات الذكاء، تطور تصميم معدات التوزيع من مجرد "إيواء المكونات الكهربائية" إلى مهمة هندسة أنظمة شاملة تدمج الميكانيكا الهيكلية، ومتوافقة كهرومغناطيسياً، وإدارة الحرارة، والتفاعل بين الإنسان والآلة، والتحكم الذكي. سيركز هذا المقال على استراتيجيات التصميم الأمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي/المنخفض من منظور التصميم.
أ. خزانات التوزيع ذات الجهد العالي/المنخفض: تحسين التصميم على مستوى النظام
تعتبر خزانات التوزيع ذات الجهد العالي/المنخفض المعدات الأساسية في غرف التوزيع. يجب أن يحقق تصميمها توازنًا مثاليًا بين الموثوقية والعمليات الاقتصادية.
تصميم الهيكل: الوحدات والصيانة
تصميم ذو درج/قابل للسحب (مثل KYN28): هذا هو التصميم الأكثر موثوقية حاليًا. من خلال تركيب المكونات الرئيسية مثل قاطع الدائرة على درجات أو عربات قابلة للسحب، يمكن إجراء الصيانة بأمان تحت ظروف عدم وجود طاقة. يجب أن يأخذ التصميم بعين الاعتبار بدقة مستويات المسار والأرضية لضمان حركة سلسة للعربة. يتم تحقيق التخميد الاهتزازي عن طريق وضع أغطية مطاطية عازلة، مما يعكس التنسيق بين تصميم الهيكل والبناء المدني.
التخطيط الفراغي والتقسيم: تستخدم الخزانات مثل KYN28 الأقسام المعدنية لتقسيم الخزان إلى أقسام منفصلة (مثل الغرفة الكبلية، وغرفة العربة، وغرفة الحافلات، وغرفة الأجهزة)، مما يحقق التقسيم الوظيفي والعزل الكهربائي، مما يمنع انتشار الأعطال بشكل فعال. يجب أن يتم تصميم التخطيط بدقة بناءً على أبعاد المكونات، ومتطلبات التبريد، والمسافات الآمنة الكهربائية.
تصميم ذو درجات ذات جهد منخفض (مثل GCS، MNS): تستخدم هذه الخزانات ذات الجهد المنخفض الوحدات القابلة للسحب، مما يحسن كفاءة الصيانة بشكل كبير. يجب أن يأخذ التصميم بعين الاعتبار التحويل الميكانيكي للأدراج، وقوة السكة، ومعايير الموصلات للتأكد من استقرار الاتصالات الكهربائية رغم الاستخدام المتكرر.
اختيار المكونات وتصميم وظائف الحماية
استراتيجية الحماية: يكمن جوهر التصميم في تكوين وظائف الحماية. تعتبر المصانع ذات التكلفة المنخفضة ولكنها مناسبة فقط لحماية القصر ولابد من استبدالها. بينما توفر قواطع الدائرة ذات الفراغ أو SF6 حماية شاملة ضد التشغيل الزائد والقصور القصير ويمكن إعادة استخدامها، مما يجعلها الخيار المفضل للحمل المعقد. يجب أن يكون اختيار مكونات الحماية بناءً على خصائص الحمل (مثل المحركات، والإضاءة، والمعدات الإلكترونية).
التكامل الذكي: يعتبر نظام الحماية التقليدي المستند إلى المقاومات معقدًا وله معدلات فشل عالية. يتجه التصميم الحديث نحو دمج مقاومات الحماية الذكية متعددة الوظائف. تقوم هذه الأجهزة بتجميع القياس والحماية والتحكم والتواصل في وحدة واحدة، مما يبسط الدوائر الثانوية ويحسن موثوقية النظام ويقدم واجهات للتوصيل المستقبلي بأنظمة إدارة الطاقة (EMS) أو أنظمة التحكم في المباني (BAS).
تصميم اقتصادي وعملي
التوازن بين المحلي والاستيرادي: توفر الخزانات المحلية (مثل GCS) أسعارًا معتدلة وخدمة ما بعد البيع مريحة ولكن غالبًا ما تكون لها مساحة أكبر. تتميز الخزانات المستوردة (مثل MNS من ABB) بتكنولوجيا متقدمة وحجم مضغوط ولكنها تأتي بتكلفة أعلى وربما دورات إصلاح أطول. يحتاج المصممون إلى اختيار شامل بناءً على ميزانية المشروع، ومساحة غرفة التوزيع، وقدرات الصيانة.
التصميم المعلمي: يعتبر حساب الدقة للتيار الأقصى المقنن للحافلة الرئيسية والقدرة على تحمل التيار القصير ضروريًا. بناءً على هذه الحسابات، يجب اختيار المواصفات المناسبة للحافلة وتصنيف IP للخزان لضمان التشغيل الآمن حتى تحت ظروف الحمل القصوى.
ب. صناديق التوزيع: التركيز على التفاصيل والابتكار في التصميم
كنقاط النهاية لتوزيع الطاقة، يركز تصميم صناديق التوزيع بشكل أكبر على سهولة التثبيت والتكيف مع البيئة وتجربة المستخدم.
تصميم طريقة التثبيت
التركيب السطحي مقابل الداخلي: يجب أن يأخذ تصميم صندوق التوزيع السطحي (مثل استخدام زوايا الفولاذ أو البراغي المعدنية الموسعة) بعين الاعتبار قدرة الجدار على تحمل الأحمال وتوضع نقاط التثبيت بدقة. تتطلب صناديق التوزيع الداخلية تنسيقًا وثيقًا مع البناء المدني لضمان الأبعاد والمستويات الدقيقة للفتحات المسبقة، ومنع تلوث الصندوق أثناء التلبيس اللاحق، مما يتطلب رسم تصميم دقيق للغاية.
تصميم الابتكار الهيكلي والمواد
مثال على التصميم براءة الاختراع:
القوة والاستقرار: بإضافة أضلاع مرتفعة على الجانب الداخلي للباب وأخاديد متناظرة على إطار الباب، يخلق هيكل مشابه لـ "السن والمشابك" عند الإغلاق، مما يعزز بشكل كبير صلابة الباب والاستقرار العام، مما يحل مشكلة التشوه الشائع في الأبواب المعدنية التقليدية.
تصميم تقليل الضوضاء: تشمل الجدران الداخلية طبقة من الرغوة الألومنيوم ذات الثقوب الدائرية. الرغوة الألومنيوم هي مادة خفيفة الوزن وذات مسام داخلية تحول الأمواج الصوتية إلى حرارة، مما يمتص ويقضي على الضوضاء التشغيلية، مما يخلق بيئة أكثر هدوءًا.
الكفاءة الطاقوية والتحكم الدقيق: التكامل الداخلي لدوائر التعويض المرشح (تصفية التوافقي + تصحيح العامل القوة) لا يزيل فقط التوافقيات الشبكة ولكنه يحسن أيضًا العامل القوة، مما يقلل مباشرة من خسائر الخط. في الوقت نفسه، توفر دوائر الكشف المستقلة عن التيار والجهد بيانات استهلاك الطاقة الدقيقة للنظام، مما يسهل التحليل والتحسين اللاحق للكفاءة الطاقوية.
تصميم السلامة والصيانة
العزل والاختبار: يجب أن يشمل التصميم إجراء اختبار العزل. بعد التثبيت، يجب استخدام ميجر العزل (متر مقاومة العزل) بـ 500V لاختبار مقاومة العزل بين الأطوار، والأرض، والمحايد، وغيرها، للتأكد من أنها تفي بالمعايير. هذا أساسي لضمان سلامة الأفراد والمعدات.
تصميم التبريد: تم دمج الشيش في اللوحة الخلفية للتبريد، ولكن يجب تنسيقه مع تصميم تقليل الضوضاء. هذا التصميم براءة الاختراع يستخدم بكفاءة امتصاص الصوت بواسطة الرغوة الألومنيوم، مما يسمح بفتحات التهوية دون تسرب ضوضائي كبير، مما يحل بشكل ذكي التعارض بين التبريد وتقليل الضوضاء.
