Návrh nového typu rozvodových skříní

V moderním elektrotechnickém inženýrství slouží distribuční skříně a distribuční krabice jako „nervní centra“ pro rozdělování a řízení energie. Kvalita jejich návrhu přímo určuje bezpečnost, spolehlivost a nákladovou efektivitu celého systému zásobování elektrickou energií. S rostoucím složitostí energetických požadavků a stoupající úrovní inteligence se návrh distribučního zařízení vyvíjel z jednoduchého „ubytování elektrických komponent“ na komplexní systémové inženýrské úkoly, které integrují strukturální mechaniku, elektromagnetickou kompatibilitu, tepelné řízení, interakci člověk-stroj a inteligentní řízení. Tento článek se zabývá optimalizačními návrhovými strategiemi pro vysokonapěťové/níkonapěťové distribuční skříně a distribuční krabice z hlediska návrhu.

I. Vysokonapěťové/Níkonapěťové Distribuční Skříně: Optimalizace Návrhu na Systémové Úrovni

Vysokonapěťové/níkonapěťové distribuční skříně jsou klíčovým zařízením v distribučních místnostech. Jejich návrh musí dosáhnout optimální bilance mezi spolehlivostí, praktičností a ekonomikou.

• Konstrukční Návrh: Modularita a Udržovatelnost

• Návrh s Výtažnými Jednotkami (např. KYN28): Toto je v současnosti hlavní vysokospolehlivý návrh. Montáž klíčových komponent, jako jsou vypínače, na výtažné „vložky“ nebo „vozy“ umožňuje bezpečnou „údržbu pod odpojením“. Návrh musí přesně zohlednit trať a úroveň podlahy, aby zajistil plynulý pohyb vozu. Damping vibrecí je dosažen položením izolačních gumových koberečků, což odráží koordinaci mezi konstrukčním návrhem a stavební konstrukcí.

• Prostorové Rozvržení a Oddělení: Skříně jako KYN28 používají kovové dělicí stěny, které skříň dělí na samostatné oddělení (např. kabelové oddělení, vložkové oddělení, sběrníkové oddělení, přístrojové oddělení), což umožňuje funkční zónování a elektrickou izolaci, což efektivně brání šíření poruch. Rozvržení musí být přesně navrženo na základě rozměrů komponent, tepelných odpadů a elektrických bezpečnostních mezí.

• Níkonapěťový Návrh s Výtažnými Jednotkami (např. GCS, MNS): Tyto níkonapěťové skříně využívají výtažné jednotky, což značně zlepšuje efektivitu údržby. Návrh musí zohlednit mechanické zapnutí výtažek, pevnost kolejnic a spolehlivost konektorů, aby zajistil stabilní elektrické spojení i při častém zapojení/vypojení.

• Výběr Komponent a Návrh Funkce Ochrany

• Strategie Ochrany: Základem návrhu je konfigurace ochranných funkcí. Přepážky jsou levné, ale jsou vhodné pouze pro ochranu proti přetížení a vyžadují náhradu. Vakuové vypínače nebo SF6 vypínače však poskytují komplexní ochranu před přetížením a přetížením a jsou opakovaně použitelné, což z nich dělá preferovanou volbu pro komplexní zátěže. Výběr ochranných komponent by měl být založen na charakteristikách zátěže (např. motory, osvětlení, elektronické zařízení).

• Inteligentní Integrace: Tradiční reléové ochranné systémy jsou komplexní a mají vysokou míru selhání. Moderní trend návrhu spočívá v integraci inteligentních multifunkčních ochranných relé. Tyto zařízení kombinují měření, ochranu, řízení a komunikační funkce do jednoho modulu, což zjednodušuje sekundární obvody, zvyšuje spolehlivost systému a poskytuje rozhraní pro budoucí připojení k systémům správy energií (EMS) nebo systémům automatizace budov (BAS).

• Ekonomický a Praktický Návrh

• Kompromis Domácí vs. Importní: Domácí skříně (např. GCS) nabízejí střední ceny a pohodlnou servisní péči, ale často mají větší fyzický rozměr. Importní skříně (např. ABB's MNS) disponují pokročilou technologií a kompaktním rozměrem, ale jsou dražší a mohou mít delší doby opravy. Návrháři musí provést komplexní volbu na základě rozpočtu projektu, prostoru distribuční místnosti a schopností údržby.

• Parametrický Návrh: Přesné výpočty maximálního nominálního proudu hlavní sběrnice a krátkodobého udržitelného proudu jsou zásadní. Na základě těchto výpočtů musí být vybrány vhodné specifikace sběrnice a stupeň ochrany IP skříně, aby byla zajištěna bezpečná operace i za vrcholových zátěží.

II. Distribuční Krabice: Návrh Zaměřený na Detail a Inovaci

Jako koncové body rozdělování energie se návrh distribučních krabic více zaměřuje na snadnou instalaci, adaptabilitu na prostředí a uživatelskou zkušenost.

• Návrh Instalační Metody

• Povrchová vs. Zapuštěná Instalace: Návrh povrchově montovaných distribučních krabic (např. pomocí ocelových hranatých závorek nebo kovových rozšiřovacích šroubů) musí zohlednit nosnost stěny a přesné umístění bodů připevnění. Zapuštěné distribuční krabice vyžadují blízkou spolupráci se stavební konstrukcí, aby byly zajištěny přesné rozměry a úrovně předformovaných otvorů a aby bylo zabráněno kontaminaci krabice během následného omítkování, což vyžaduje velmi přesné návrhové výkresy.

• Inovační Návrh Struktury a Materiálů

• Příklad Patentového Návrhu:

• Síla a Stabilita: Přidání výstužek na vnitřní straně dveří a odpovídajících rýh v rámu dveří vytváří při zavření „hrbolkovou“ strukturu, což značně zvyšuje tuhost dveří a celkovou stabilitu, což řeší běžný problém deformace tradičních plechových dveří.

• Návrh Snížení Hluku: Vnitřní stěny obsahují vrstvu houbové hmoty s kulatými otvory. Houbová hmota je lehký, dutý materiál, jehož vnitřní mikropóry převádějí zvukové vlny na teplo, což efektivně absorbuje a eliminuje provozní hluk, vytvářejíc tichější prostředí.

• Energetická Efektivita a Přesné Řízení: Interní integrace filtrů kompenzačních obvodů (harmonické filtrování + korekce faktoru využití) nejen eliminuje harmonické síťové vlny, ale také zlepšuje faktor využití, což přímo snižuje ztráty v čáře. Současně nezávislé obvody detekce proudu a napětí poskytují přesná data o spotřebě energie pro systém, což usnadňuje následnou analýzu a optimalizaci energetické efektivity.

• Bezpečnostní a Údržbářský Návrh

• Izolace a Testování: Návrh musí zahrnovat postup testování izolace. Po instalaci musí být použit 500V megaommetr (tester izolačního odporu) k testování izolačního odporu mezi fázemi, fází a zemí, fází a neutrálem atd., aby bylo zajištěno, že splňuje standardy. To je základní pro zajištění bezpečnosti osob a zařízení.

• Návrh Odvodu Tepla: Do zadní stěny jsou integrovány žaluzie pro odvod tepla, ale to musí být koordinováno s návrhem snížení hluku. Tento patentový návrh efektivně využívá efektivní houbové hmoty pro absorbci zvuku, což umožňuje větrací otvory bez způsobení významného unikání hluku, chytrě řeší konflikt mezi odvodem tepla a snížením hluku.