Ontwerp van nieuwe types elektrische distributiekasten

In de moderne elektrische techniek dienen distributiekasten en -dozen als de "zenuwcentra" voor stroomverdeling en -regeling. De kwaliteit van hun ontwerp bepaalt direct de veiligheid, betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit van het gehele energievoorzieningssysteem. Met steeds complexere stroombehoeften en een toenemend intelligentieniveau is het ontwerp van distributieapparatuur geëvolueerd van eenvoudigweg "elektronische componenten huisvesten" naar een alomvattende systeemtechnische taak die structurele mechanica, elektromagnetische compatibiliteit, warmtebeheersing, mens-machine-interactie en intelligente regeling integreert. Dit artikel zal optimale ontwerpsystematieken voor hoog- en laagspanningsdistributiekasten en -dozen vanuit een ontwerpersperspectief verkennen.

I. Hoog- en Laagspanningsdistributiekasten: Optimalisatie van Systeemniveau Ontwerp

Hoog- en laagspanningsdistributiekasten zijn het kernapparaat in distributieruimtes. Hun ontwerp moet een optimale balans bereiken tussen betrouwbaarheid, bruikbaarheid en economie.

• Constructieontwerp: Modulariteit en Onderhoudsbehoefte

• Lade- of Uittrekbare (bijv. KYN28) Ontwerp: Dit is momenteel het meest voorkomende ontwerp met hoge betrouwbaarheid. Door cruciale componenten zoals schakelaars op uittrekbare "laden" of "karren" te monteren, wordt veilig "onderhoud bij afgesloten spanning" mogelijk. Het ontwerp moet nauwkeurig rekening houden met de spoor- en vloerniveaus om soepele beweging van de kar te waarborgen. Trillingdemping wordt bereikt door isolerende rubbermatten te leggen, wat de coördinatie tussen constructieontwerp en civiele bouw weerspiegelt.

• Ruimtelijke Indeling en Afdeling: Kasten zoals de KYN28 gebruiken metalen afscheidingen om de kast in afzonderlijke compartimenten (bijv. kabelruimte, karrenruimte, busbar ruimte, instrumentencompartiment) te verdelen, waardoor functionele zonering en elektrische isolatie worden bereikt, wat effectief de verspreiding van fouten voorkomt. De indeling moet precies worden ontworpen op basis van componentafmetingen, warmteafgiftevereisten en elektrische veiligheidsafstanden.

• Laagspanningslade-ontwerp (bijv. GCS, MNS): Deze laagspanningskasten maken gebruik van lade-eenheden, wat de onderhoudsefficiëntie aanzienlijk verbetert. Het ontwerp moet rekening houden met de mechanische vergrendeling van laden, de sterkte van rails en de betrouwbaarheid van connectoren om stabiele elektrische verbindingen te garanderen ondanks frequente aansluiten/loskoppelen.

• Componentselectie en Beschermingsfunctieontwerp

• Beschermingsstrategie: Het kernpunt van het ontwerp ligt in het configureren van beschermingsfuncties. Veiligheidscontacten zijn goedkoop maar geschikt alleen voor kortsluitschakeling en vereisen vervanging. Vacuümschakelaars of SF6-schakelaars bieden daarentegen uitgebreide overbelasting- en kortsluitschakelingsbescherming en zijn herbruikbaar, waardoor ze de voorkeur krijgen voor complexe belastingen. De selectie van beschermingscomponenten moet gebaseerd zijn op belastingskenmerken (bijv. motoren, verlichting, elektronische apparatuur).

• Intelligente Integratie: Traditionele relaisgebaseerde beschermingssystemen zijn complex en hebben een hoge faalpercentage. De moderne ontwerptrend is om intelligente multifunctionele beschermrelais te integreren. Deze apparaten combineren meet-, bescherm-, regel- en communicatiefuncties in één eenheid, vereenvoudigen secundaire circuits, verbeteren systeembetrouwbaarheid en bieden interfaces voor toekomstige aansluiting op Energiemanagementsystemen (EMS) of Gebouwautomatiseringssystemen (BAS).

• Economisch en Praktisch Ontwerp

• Thuis- vs. Geïmporteerd Compromis: Thuisproducten (bijv. GCS) bieden matige prijzen en gemakkelijke nasaleservice, maar hebben vaak een grotere fysieke voetafdruk. Geïmporteerde kasten (bijv. ABB's MNS) hebben geavanceerde technologie en een compact formaat, maar komen met hogere kosten en potentiële langere reparatiecycli. Ontwerpers moeten een volledige keuze maken op basis van projectbudget, distributieruimte en onderhoudscapaciteiten.

• Parametrisch Ontwerp: Nauwkeurige berekening van de maximale nominale stroom en de kortstondige doorlaatstroom van de hoofdbusbar is essentieel. Op basis van deze berekeningen moeten de juiste busbarspecificaties en de Ingress Protection (IP)-waarde van de kast worden geselecteerd om veilig bedrijf te garanderen, zelfs onder piekbelastingscondities.

II. Distributiedozen: Ontwerp Gericht op Detail en Innovatie

Als de eindpunten van stroomverdeling richt het ontwerp van distributiedozen zich meer op installatiegemak, milieuaanpassing en gebruikerservaring.

• Installatiemethodeontwerp

• Oppervlakte- vs. Vlakmontage: Oppervlaktemontage van distributiedozen (bijv. met hoekijzerbrackets of metalen uitzettingsbouten) moet rekening houden met muurlastdragend vermogen en nauwkeurige plaatsing van bevestigingspunten. Vlakgemonteerde distributiedozen vereisen nauwe samenwerking met civiele bouw om nauwkeurige afmetingen en niveaus van vooraf gevormde openingen te waarborgen, en om besmetting van de doos tijdens latere pleisterwerk te voorkomen, wat zeer nauwkeurige ontwerptekeningen vereist.

• Constructie- en Materiaalinnovatieontwerp

• Voorbeeld van Octrooi-ontwerp:

• Stevigheid en Stabiliteit: Door verhoogde ribben aan de binnenkant van de deur en corresponderende groeven in de deurlijst te plaatsen, wordt bij sluiting een soortgelijk "mortise-and-tenon"-structuur gecreëerd, wat de deurstijfheid en de algemene stabiliteit aanzienlijk verhoogt, en het veelvoorkomende probleem van vervorming in traditionele plaatstalen deuren oplost.

• Geluidreductieontwerp: De binnenwanden bevatten een aluminiumschuimlaag met ronde gaten. Aluminiumschuim is een lichtgewicht, poreus materiaal waarvan de interne microporen geluidsgolven omzetten in warmte, waardoor operationeel geluid effectief wordt geabsorbeerd en geëlimineerd, wat een rustiger omgeving creëert.

• Energie-efficiëntie en Precieze Regeling: Interne integratie van filtercompensatiecircuits (harmonische filtering + cosinus phi-correctie) elimineert niet alleen netwerkharmonieën, maar verbetert ook de cosinus phi, waardoor lijnverliezen rechtstreeks worden verlaagd. Tegelijkertijd leveren onafhankelijke stroom- en spanningsdetectiecircuits nauwkeurige energieverbruiksgegevens voor het systeem, wat faciliteert bij latere energie-efficiëntieanalyse en -optimalisatie.

• Veiligheids- en Onderhoudsontwerp

• Isolatie en Testen: Het ontwerp moet een isolatietestprocedure bevatten. Na installatie moet een 500V megohmmeter (isolatieweerstandmeter) worden gebruikt om de isolatieweerstand tussen fasen, fase-aarde, fase-neutraal, etc. te testen, om er zeker van te zijn dat deze aan de normen voldoet. Dit is fundamenteel voor de veiligheid van personeel en apparatuur.

• Warmteafgifteontwerp: Luchtroosters worden in de achterpaneel geïncorporeerd voor warmteafgifte, maar dit moet worden gecoördineerd met het geluidreductieontwerp. Dit octrooi-ontwerp maakt effectief gebruik van efficiënte aluminiumschuimgeluidsabsorptie, waardoor ventilatieopeningen mogelijk zijn zonder significant geluidlek, wat slim de conflict tussen warmteafgifte en geluidreductie oplost.