Disseny de quadres de distribució elèctrica de nou tipus

En l'enginyeria elèctrica moderna, els quadres de distribució i les caixes de distribució serveixen com a "centres nerviós" per a la distribució i control de l'energia. La qualitat del seu disseny determina directament la seguretat, la fiabilitat i l'eficiència en costos de tot el sistema d'abastament d'energia. Amb una demanda d'energia cada vegada més complexa i un nivell creixent d'intel·ligència, el disseny dels equips de distribució ha evolucionat des d'un simple "albergament de components elèctrics" a una tasca d'enginyeria de sistemes integral que integra mecànica estructural, compatibilitat electromagnètica, gestió tèrmica, interacció home-màquina i control intel·ligent. Aquest article explorarà estratègies de disseny òptim per a quadres de distribució d'alta/baixa tensió i caixes de distribució des d'una perspectiva de disseny.

I. Quadres de Distribució d'Alta/Baixa Tensió: Optimització del Disseny a Nivell de Sistema

Els quadres de distribució d'alta/baixa tensió són l'equipament central en les sales de distribució. El seu disseny ha d'assolir un equilibri òptim entre la fiabilitat, la practicitat i l'economia.

• Disseny Estructural: Modularitat i Manteniment

• Disseny de Tipus Casset (per exemple, KYN28): Aquest és actualment el disseny d'alta fiabilitat més comú. Montant components clau com els interruptors de circuit en cassetes o "trucks" extreibles, permet un "manteniment en condicions sense energia" segur. El disseny ha de tenir en compte amb precisió la nivelació de les vies i del soler per assegurar un moviment suau del truck. La atenuació de vibracions es aconsegueix posant fites d'isolament de goma, reflectint la coordinació entre el disseny estructural i la construcció civil.

• Disposició Espacial i Compartmentalització: Quadres com el KYN28 utilitzen particions metàl·liques per dividir el quadre en compartiments separats (per exemple, cambra de cables, cambra de trucks, cambra de barres de bus, compartiment d'instruments), assolint una zonificació funcional i aïllament elèctric, que prevé eficientment la propagació de fallades. La disposició ha de ser dissenyada amb precisió basant-se en les dimensions dels components, els requisits de dissipació de calor i les distàncies de seguretat elèctrica.

• Disseny de Casset de Baixa Tensió (per exemple, GCS, MNS): Aquests quadres de baixa tensió utilitzen unitats de casset, millorant significativament l'eficiència del manteniment. El disseny ha de tenir en compte l'interbloqueig mecànic de cassetes, la resistència de les vies i la fiabilitat dels connectors per assegurar connexions elèctriques estables malgrat el connectar i desconectar freqüent.

• Selecció de Components i Disseny de Funcions de Protecció

• Estratègia de Protecció: El nucli del disseny resideix en la configuració de les funcions de protecció. Les fusibles són econòmiques però només són adequades per a la protecció contra curts circuits i requereixen substitució. En canvi, els interruptors de circuit de buit o SF6 ofereixen una protecció integral contra sobrecàrregues i curts circuits i són reutilitzables, fent-los la opció preferida per a càrregues complexes. La selecció de components de protecció hauria de basar-se en les característiques de la càrrega (per exemple, motors, il·luminació, equip electrònic).

• Integració Intel·ligent: Els sistemes de protecció basats en relès tradicionals són complexos i tenen un alt risc de fallada. La tendència moderna és integrar relès de protecció multifuncionals intel·ligents. Aquests dispositius combinen funcions de mesura, protecció, control i comunicació en una sola unitat, simplificant els circuits secundaris, millorant la fiabilitat del sistema i proporcionant interfícies per a futura connexió a Sistemes de Gestió d'Energia (EMS) o Sistemes de Automatització de Edificis (BAS).

• Disseny Econòmic i Pràctic

• Compromís Nacional vs. Importat: Els quadres nacionals (per exemple, GCS) oferen preus moderats i servei post-venda convenient, però sovint tenen una major empremta física. Els quadres importats (per exemple, el MNS d'ABB) presenten tecnologia avançada i una mida compacta, però tenen un cost superior i potencialment cicles de reparació més llargs. Els dissenyadors han de fer una tria comprensiva basada en el pressupost del projecte, l'espai de la sala de distribució i les capacitats de manteniment.

• Disseny Paramètric: El càlcul precís de la corrent màxima de ratxa i la corrent de resistència a curt termini de la barra principal és essencial. Basant-se en aquests càlculs, s'han de seleccionar les especificacions de la barra i la classificació de Protecció Ingress (IP) del quadre per assegurar una operació segura fins i tot en condicions de càrrega màxima.

II. Caixes de Distribució: Disseny Centrat en el Detall i la Innovació

Com a punts finals de la distribució d'energia, el disseny de les caixes de distribució es centra més en la facilitat d'instal·lació, l'adaptabilitat ambiental i l'experiència de l'usuari.

• Disseny del Mètode d'Instal·lació

• Montatge a la Superfície vs. Montatge Enfonsat: El disseny de caixes de distribució montades a la superfície (per exemple, utilitzant suports d'angle d'acer o bolts d'expansió metàl·lics) ha de tenir en compte la capacitat portant de la paret i la posició precisa dels punts de fixació. Les caixes de distribució enfonsades requereixen una coordinació estreta amb la construcció civil per assegurar dimensions i nivells precisos de les obertures preformades, i per evitar la contaminació de la caixa durant el posterior enduiment, exigint dibuixos de disseny d'alta precisió.

• Innovació en Disseny Estructural i Material

• Exemple de Disseny Patented:

• Força i Estabilitat: Afegir nervis elevats a l'interior de la porta i raonaments corresponents al marc de la porta crea una estructura "mortisa i tenó" quan està tancada, millorant significativament la rigidesa de la porta i la estabilitat general, resolent el problema comú de deformació en les portes de full metàl·lic tradicionals.

• Disseny de Reducció de Soroll: Les parets interiors incorporen una capa de foam d'alumini amb forats circulars. El foam d'alumini és un material lleuger i porós, els micropors interns converteixen les ones sonores en calor, absorbint i eliminant eficientment el soroll operatiu, creant un entorn més silenciós.

• Eficiència Energètica i Control Precís: L'integració interna de circuits de compensació de filtres (filtratge d'armònics + correcció del factor de potència) no només elimina els armònics de la xarxa sino que també millora el factor de potència, reduint directament les pèrdues de línia. Alhora, els circuits independents de detecció de corrent i tensió proporcionen dades de consum energètic precises per al sistema, facilitant l'anàlisi i l'optimització posterior de l'eficiència energètica.

• Disseny de Seguretat i Manteniment

• Aïllament i Prova: El disseny ha de incloure un procediment de prova d'aïllament. Després de l'instal·lació, s'ha de utilitzar un megger de 500V (tester de resistència d'aïllament) per provar la resistència d'aïllament entre fases, fase a terra, fase a neutre, etc., assegurant que compleix amb els estàndards. Això és fonamental per garantir la seguretat de les persones i l'equipament.

• Disseny de Dissipació de Calor: Es incorporen persianes a la placa posterior per a la dissipació de calor, però això s'ha de coordinar amb el disseny de reducció de soroll. Aquest disseny patented utilitza eficientment l'absorció de soroll de foam d'alumini, permetent obertures de ventilació sense causar una filtració significativa de soroll, resolent astutament el conflicte entre la dissipació de calor i la reducció de soroll.