طراحی کابینه‌های توزیع برق نوین

در مهندسی برق مدرن، کابین‌ها و جعبه‌های توزیع به عنوان "مراکز عصبی" برای توزیع و کنترل برق عمل می‌کنند. کیفیت طراحی آن‌ها به طور مستقیم ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی هزینه‌ای کل سیستم تأمین برق را تعیین می‌کند. با پیچیدگی رو به رشد تقاضاهای برق و افزایش سطح هوشمندی، طراحی تجهیزات توزیع از تنها "خانه‌سازی اجزای برقی" به یک وظیفه مهندسی سیستم جامع تبدیل شده است که شامل مکانیک سازه‌ای، سازگاری الکترومغناطیسی، مدیریت حرارتی، تعامل انسان-ماشین و کنترل هوشمند می‌شود. این مقاله از دیدگاه طراحی به استراتژی‌های بهینه‌سازی طراحی کابین‌ها و جعبه‌های توزیع فشار بالا/پایین خواهد پرداخت.

۱. کابین‌های توزیع فشار بالا/پایین: بهینه‌سازی طراحی در سطح سیستم

کابین‌های توزیع فشار بالا/پایین تجهیزات کلیدی در اتاق‌های توزیع هستند. طراحی آن‌ها باید توازن بهینه‌ای بین قابلیت اطمینان، عملکرد و اقتصادی بودن داشته باشد.

• طراحی ساختاری: مدولاریتی و قابلیت نگهداری

• طراحی نوع لیوانی/قابل کشیدن (مانند KYN28): این طراحی در حال حاضر طراحی معتبر با قابلیت اطمینان بالا است. با نصب اجزای کلیدی مانند برش‌ها در "لیوان‌ها" یا "وگون‌ها"، این طراحی امکان "نگهداری در شرایط بدون برق" را فراهم می‌کند. طراحی باید به دقت مسائل مانند خطی بودن مسیر و سطح زمین را در نظر بگیرد تا حرکت وگون به صورت هموار باشد. از بستر‌های لاستیکی عایق برای کاهش لرزش استفاده می‌شود که نشان‌دهنده هماهنگی بین طراحی ساختاری و ساختمانی است.

• چیدمان فضایی و تقسیم‌بندی: کابین‌های مانند KYN28 از جداکننده‌های فلزی برای تقسیم کابین به اتاق‌های جداگانه (مانند اتاق کابل، اتاق وگون، اتاق مادر، اتاق دستگاه) استفاده می‌کنند که منجر به تقسیم‌بندی عملکردی و جداسازی الکتریکی می‌شود و این امر به طور موثری از گسترش خرابی جلوگیری می‌کند. چیدمان باید بر اساس ابعاد اجزا، نیازهای تشعشع حرارتی و فاصله‌های ایمنی الکتریکی به طور دقیق طراحی شود.

• طراحی نوع لیوانی فشار پایین (مانند GCS، MNS): این کابین‌های فشار پایین از واحدهای لیوانی استفاده می‌کنند که به طور قابل توجهی کارایی نگهداری را بهبود می‌بخشند. طراحی باید قفل‌های مکانیکی لیوان‌ها، مقاومت ریل‌ها و قابلیت اطمینان کنکتورها را در نظر بگیرد تا اتصالات الکتریکی پایدار باشند حتی در شرایط پلاگ و آنپلاگ مکرر.

• انتخاب اجزا و طراحی عملکرد محافظت

• استراتژی محافظت: هسته طراحی در پیکربندی عملکردهای محافظتی قرار دارد. فیوزها هزینه کمی دارند اما فقط برای محافظت از کوتاه شدن مناسب هستند و نیاز به جایگزینی دارند. اما برش‌های خلاء یا SF6 محافظت جامع از بارگذاری و کوتاه شدن را فراهم می‌کنند و قابل استفاده مجدد هستند که آن‌ها را برای بارهای پیچیده انتخاب مطلوب می‌کند. انتخاب اجزای محافظت باید بر اساس مشخصات بار (مانند موتورها، روشنایی، تجهیزات الکترونیکی) باشد.

• یکپارچه‌سازی هوشمند: سیستم‌های محافظت مبتنی بر رله‌های سنتی پیچیده و نرخ خرابی بالایی دارند. روند طراحی مدرن یکپارچه‌سازی رله‌های محافظت چندکاره هوشمند است. این دستگاه‌ها اندازه‌گیری، محافظت، کنترل و ارتباطات را در یک واحد ترکیب می‌کنند، مدارهای ثانویه را ساده می‌کنند، قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می‌بخشند و رابط‌هایی برای اتصال آینده به سیستم‌های مدیریت انرژی (EMS) یا سیستم‌های اتوماسیون ساختمان (BAS) فراهم می‌کنند.

• طراحی اقتصادی و عملی

• تعادل داخلی و خارجی: کابین‌های داخلی (مانند GCS) قیمت معتدل و خدمات پس از فروش راحتی دارند اما معمولاً فضای بزرگ‌تری را اشغال می‌کنند. کابین‌های وارداتی (مانند MNS شرکت ABB) تکنولوژی پیشرفته و اندازه کوچک‌تری دارند اما با هزینه‌های بالاتر و دوره‌های تعمیر طولانی‌تر. طراحان باید بر اساس بودجه پروژه، فضای اتاق توزیع و توانایی‌های نگهداری انتخاب جامعی انجام دهند.

• طراحی پارامتری: محاسبه دقیق جریان اسمی بیشینه مادر اصلی و جریان تحمل کوتاه‌مدت ضروری است. بر اساس این محاسبات، مشخصات مناسب مادر و درجه حفاظت IP کابین باید انتخاب شود تا عملکرد ایمن حتی در شرایط بار بیشینه تضمین شود.

۲. جعبه‌های توزیع: طراحی متمرکز بر جزئیات و نوآوری

به عنوان نقاط پایانی توزیع برق، طراحی جعبه‌های توزیع بیشتر روی راحتی نصب، تطبیق با محیط و تجربه کاربر متمرکز است.

• طراحی روش نصب

• نصب سطحی مقابل نصب فروکشی: طراحی جعبه‌های توزیع نصب سطحی (مانند استفاده از براکت‌های زاویه‌ای یا پیچ‌های فلزی گسترش‌پذیر) باید ظرفیت تحمل بار دیوار و موقعیت دقیق نقاط ثابت را در نظر بگیرد. جعبه‌های توزیع نصب فروکشی نیاز به هماهنگی نزدیک با ساختمان دارند تا ابعاد و سطوح دقیق سوراخ‌های پیش‌ساخته تضمین شود و آلودگی جعبه در مرحله گچ‌کاری بعدی جلوگیری شود که نیازمند طرح‌های طراحی با دقت بالا است.

• نوآوری در طراحی ساختاری و ماده

• مثال طراحی پتنت:

• قوی و پایدار: افزودن ریب‌های بلند در سمت داخلی در و چنل‌های متناظر در قاب در یک ساختار مشابه "مفصل و پیچ" در زمان بسته شدن ایجاد می‌کند که به طور قابل توجهی سختی در و پایداری کلی را افزایش می‌دهد و مشکل متداول تغییر شکل در درهای فلزی سنتی را حل می‌کند.

• طراحی کاهش سر و صدا: دیوارهای داخلی لایه‌ای از پنوماتیک آلومینیوم با سوراخ‌های دایره‌ای دارند. پنوماتیک آلومینیوم یک ماده سبک و پر سوراخ است که میکروسوراخ‌های داخلی آن موج‌های صوتی را به گرما تبدیل می‌کند و به طور موثری سر و صدا را جذب و حذف می‌کند و محیط آرام‌تری ایجاد می‌کند.

• کارایی انرژی و کنترل دقیق: یکپارچه‌سازی داخلی مدارهای جبران کننده فیلتر (فیلترهای هارمونیک + جبران کننده عامل توان) نه تنها هارمونیک‌های شبکه را حذف می‌کند بلکه عامل توان را بهبود می‌بخشد و به طور مستقیم تلفات خط را کاهش می‌دهد. همزمان، مدارهای تشخیص جریان و ولتاژ مستقل داده‌های مصرف انرژی دقیق را برای سیستم فراهم می‌کنند که تسهیل می‌کند تحلیل و بهینه‌سازی کارایی انرژی بعدی را.

• طراحی ایمنی و نگهداری

• عایق و آزمون: طراحی باید شامل یک روش آزمون عایق باشد. پس از نصب، باید از یک مگر ۵۰۰V (آزمون‌کننده مقاومت عایق) برای آزمون مقاومت عایق بین فازها، فاز-زمین، فاز-نیمه‌زمین و غیره استفاده شود تا مطابق استانداردها باشد. این امر برای اطمینان از ایمنی کارکنان و تجهیزات بنیادی است.

• طراحی تخلیه حرارت: لوورها در پنل پشتی برای تخلیه حرارت اضافه شده‌اند اما باید با طراحی کاهش سر و صدا هماهنگ شوند. این طراحی پتنت به طور موثری از جذب صوت کارآمد پنوماتیک آلومینیوم استفاده می‌کند و امکان ایجاد سوراخ‌های تهویه را بدون ایجاد نشت سر و صدا قابل توجه فراهم می‌کند و به طور خلاقانه تعارض بین تخلیه حرارت و کاهش سر و صدا را حل می‌کند.