Diseño de Nuevos Armarios de Distribución Eléctrica

En la ingeniería eléctrica moderna, los armarios de distribución y las cajas de distribución actúan como los "centros nerviosos" para la distribución y control de energía. La calidad de su diseño determina directamente la seguridad, confiabilidad y rentabilidad del sistema de suministro de energía en su totalidad. Con demandas de energía cada vez más complejas y niveles crecientes de inteligencia, el diseño de equipos de distribución ha evolucionado de simplemente "albergar componentes eléctricos" a una tarea de ingeniería de sistemas integral que integra mecánica estructural, compatibilidad electromagnética, gestión térmica, interacción hombre-máquina y control inteligente. Este artículo explorará estrategias de diseño optimizado para armarios de distribución de alta/baja tensión y cajas de distribución desde una perspectiva de diseño.

I. Armarios de Distribución de Alta/Baja Tensión: Optimización del Diseño a Nivel de Sistema

Los armarios de distribución de alta/baja tensión son el equipo central en las salas de distribución. Su diseño debe lograr un equilibrio óptimo entre confiabilidad, practicidad y economía.

• Diseño Estructural: Modularidad y Mantenibilidad

• Diseño de Tipo Cajón/Extraíble (por ejemplo, KYN28): Este es actualmente el diseño de alta confiabilidad predominante. Al montar componentes clave, como interruptores, en "cajones" o "carros" extraíbles, permite un "mantenimiento bajo condiciones desenergizadas" seguro. El diseño debe considerar con precisión la nivelación de las vías y el piso para asegurar un movimiento suave del carro. La amortiguación de vibraciones se logra colocando esteras de goma aislante, reflejando la coordinación entre el diseño estructural y la construcción civil.

• Disposición Espacial y Compartmentalización: Los armarios como el KYN28 utilizan particiones metálicas para dividir el armario en compartimentos separados (por ejemplo, cámara de cables, cámara de carros, cámara de barras colectoras, compartimento de instrumentos), logrando zonificación funcional e aislamiento eléctrico, lo que previene eficazmente la propagación de fallas. La disposición debe ser diseñada con precisión basándose en las dimensiones de los componentes, los requisitos de disipación de calor y las distancias de seguridad eléctrica.

• Diseño de Tipo Cajón de Baja Tensión (por ejemplo, GCS, MNS): Estos armarios de baja tensión utilizan unidades de cajón, mejorando significativamente la eficiencia de mantenimiento. El diseño debe considerar el interbloqueo mecánico de los cajones, la resistencia de las rieles y la confiabilidad de los conectores para garantizar conexiones eléctricas estables, incluso con frecuentes inserciones y extracciones.

• Selección de Componentes y Diseño de Funciones de Protección

• Estrategia de Protección: El núcleo del diseño radica en la configuración de funciones de protección. Los fusibles son de bajo costo pero solo son adecuados para la protección contra cortocircuitos y requieren reemplazo. Sin embargo, los interruptores de circuito de vacío o de SF6 proporcionan una protección completa contra sobrecargas y cortocircuitos y son reutilizables, convirtiéndolos en la opción preferida para cargas complejas. La selección de componentes de protección debe basarse en las características de la carga (por ejemplo, motores, iluminación, equipos electrónicos).

• Integración Inteligente: Los sistemas de protección basados en relés tradicionales son complejos y tienen altas tasas de fallos. La tendencia de diseño moderna es integrar relés de protección multifuncionales inteligentes. Estos dispositivos combinan funciones de medición, protección, control y comunicación en una sola unidad, simplificando los circuitos secundarios, mejorando la confiabilidad del sistema y proporcionando interfaces para futuras conexiones a Sistemas de Gestión de Energía (EMS) o Sistemas de Automatización de Edificios (BAS).

• Diseño Económico y Práctico

• Compromiso Nacional vs. Importado: Los armarios nacionales (por ejemplo, GCS) ofrecen precios moderados y servicio postventa conveniente, pero a menudo tienen un mayor tamaño físico. Los armarios importados (por ejemplo, ABB's MNS) presentan tecnología avanzada y un tamaño compacto, pero vienen con costos más altos y posiblemente ciclos de reparación más largos. Los diseñadores deben hacer una elección integral basándose en el presupuesto del proyecto, el espacio de la sala de distribución y las capacidades de mantenimiento.

• Diseño Paramétrico: El cálculo preciso de la corriente nominal máxima de la barra principal y la corriente de soporte a corto plazo es esencial. Basándose en estos cálculos, se deben seleccionar las especificaciones apropiadas de la barra y la clasificación de Protección Ingresada (IP) del armario para garantizar un funcionamiento seguro incluso bajo condiciones de carga pico.

II. Cajas de Distribución: Diseño Centrado en Detalles e Innovación

Como puntos finales de la distribución de energía, el diseño de las cajas de distribución se centra más en la comodidad de instalación, adaptabilidad al entorno y experiencia del usuario.

• Diseño del Método de Instalación

• Montaje Superficial vs. Empotrado: El diseño de cajas de distribución de montaje superficial (por ejemplo, utilizando soportes de ángulo de acero o pernos de expansión metálicos) debe considerar la capacidad de carga de la pared y la posición precisa de los puntos de fijación. Las cajas de distribución empotradas requieren una estrecha coordinación con la construcción civil para asegurar dimensiones y niveles precisos de las aberturas preformadas, y para evitar la contaminación de la caja durante el posterior enlucido, exigiendo planos de diseño altamente precisos.

• Innovación en Diseño Estructural y de Materiales

• Ejemplo de Diseño con Patente:

• Resistencia y Estabilidad: Añadir nervaduras elevadas en el lado interior de la puerta y ranuras correspondientes en el marco de la puerta crea una estructura similar a "cola y espiga" cuando está cerrada, mejorando significativamente la rigidez de la puerta y la estabilidad general, resolviendo el problema común de deformación en las puertas de chapa metálica tradicionales.

• Diseño de Reducción de Ruido: Las paredes internas incorporan una capa de espuma de aluminio con agujeros redondos. La espuma de aluminio es un material ligero y poroso cuyos microporos internos convierten las ondas de sonido en calor, absorbiendo y eliminando eficazmente el ruido operativo, creando un entorno más silencioso.

• Eficiencia Energética y Control Preciso: La integración interna de circuitos de compensación de filtro (filtrado de armónicos + corrección del factor de potencia) no solo elimina los armónicos de la red sino que también mejora el factor de potencia, reduciendo directamente las pérdidas en línea. Al mismo tiempo, los circuitos de detección independientes de corriente y voltaje proporcionan datos precisos de consumo de energía para el sistema, facilitando el análisis y optimización de eficiencia energética posterior.

• Diseño de Seguridad y Mantenimiento

• Aislamiento y Pruebas: El diseño debe incluir un procedimiento de prueba de aislamiento. Después de la instalación, se debe utilizar un megómetro de 500V para probar la resistencia de aislamiento entre fases, fase-tierra, fase-neutro, etc., asegurando que cumpla con los estándares. Esto es fundamental para garantizar la seguridad del personal y el equipo.

• Diseño de Disipación de Calor: Se incorporan rejillas en el panel trasero para la disipación de calor, pero esto debe coordinarse con el diseño de reducción de ruido. Este diseño con patente utiliza eficazmente la absorción de sonido de la espuma de aluminio, permitiendo aberturas de ventilación sin causar fugas de ruido significativas, resolviendo astutamente el conflicto entre la disipación de calor y la reducción de ruido.