Projeto de Novos Tipos de Quadros de Distribuição de Energia

Na engenharia elétrica moderna, os painéis de distribuição e as caixas de distribuição atuam como os "centros nervosos" para a distribuição e controle de energia. A qualidade do seu design determina diretamente a segurança, confiabilidade e economicidade do sistema de fornecimento de energia. Com demandas de energia cada vez mais complexas e níveis crescentes de inteligência, o design de equipamentos de distribuição evoluiu de simplesmente "abrigar componentes elétricos" para uma tarefa de engenharia de sistemas abrangente que integra mecânica estrutural, compatibilidade eletromagnética, gerenciamento térmico, interação homem-máquina e controle inteligente. Este artigo explorará estratégias de otimização de design para painéis de distribuição de alta/baixa tensão e caixas de distribuição a partir de uma perspectiva de design.

I. Painéis de Distribuição de Alta/Baixa Tensão: Otimização de Design em Nível de Sistema

Os painéis de distribuição de alta/baixa tensão são o equipamento central nas salas de distribuição. Seu design deve alcançar um equilíbrio ótimo entre confiabilidade, praticidade e economia.

• Design Estrutural: Modularidade e Manutenibilidade

• Design Tipo Gaveta/Extraível (por exemplo, KYN28): Este é atualmente o design de alta confiabilidade mais comum. Ao montar componentes-chave, como disjuntores, em gavetas ou carros extraíveis, ele permite a manutenção segura sob condições desenergizadas. O design deve considerar precisamente o alinhamento das trilhas e do piso para garantir o movimento suave do carro. A amortecida de vibrações é alcançada através da colocação de tapetes de borracha isolante, refletindo a coordenação entre o design estrutural e a construção civil.

• Layout Espacial e Compartmentalização: Painéis como o KYN28 utilizam divisórias metálicas para dividir o painel em compartimentos separados (por exemplo, câmara de cabos, câmara do carro, câmara de barras, compartimento de instrumentos), alcançando zonas funcionais e isolamento elétrico, o que efetivamente impede a propagação de falhas. O layout deve ser projetado com precisão com base nas dimensões dos componentes, requisitos de dissipação de calor e distâncias de segurança elétrica.

• Design Tipo Gaveta de Baixa Tensão (por exemplo, GCS, MNS): Esses painéis de baixa tensão utilizam unidades de gavetas, melhorando significativamente a eficiência de manutenção. O design deve considerar o acoplamento mecânico das gavetas, a resistência das trilhas e a confiabilidade dos conectores para garantir conexões elétricas estáveis, mesmo com frequente inserção/remoção.

• Seleção de Componentes e Design de Funções de Proteção

• Estratégia de Proteção: O núcleo do design reside na configuração de funções de proteção. Fusíveis são de baixo custo, mas são adequados apenas para proteção contra curto-circuito e requerem substituição. Disjuntores a vácuo ou disjuntores SF6, no entanto, fornecem proteção completa contra sobrecarga e curto-circuito e são reutilizáveis, tornando-os a escolha preferida para cargas complexas. A seleção de componentes de proteção deve ser baseada nas características da carga (por exemplo, motores, iluminação, equipamentos eletrônicos).

• Integração Inteligente: Os sistemas de proteção baseados em relés tradicionais são complexos e têm altas taxas de falha. A tendência moderna de design é integrar relés de proteção multifuncionais inteligentes. Esses dispositivos combinam funções de medição, proteção, controle e comunicação em uma unidade, simplificando circuitos secundários, melhorando a confiabilidade do sistema e fornecendo interfaces para futuras conexões com Sistemas de Gerenciamento de Energia (EMS) ou Sistemas de Automação de Edifícios (BAS).

• Design Econômico e Prático

• Compromisso Entre Nacional e Importado: Painéis nacionais (por exemplo, GCS) oferecem preços moderados e serviço pós-venda conveniente, mas geralmente têm maior pegada física. Painéis importados (por exemplo, MNS da ABB) apresentam tecnologia avançada e tamanho compacto, mas vêm com custos mais altos e possivelmente ciclos de reparo mais longos. Os designers precisam fazer uma escolha abrangente com base no orçamento do projeto, espaço da sala de distribuição e capacidades de manutenção.

• Design Paramétrico: O cálculo preciso da corrente nominal máxima da barra principal e da corrente de resistência a curto prazo é essencial. Com base nesses cálculos, devem ser selecionadas especificações apropriadas de barra e a classificação de Proteção Ingress (IP) do painel para garantir operação segura, mesmo sob condições de carga pico.

II. Caixas de Distribuição: Design Focado em Detalhes e Inovação

Como pontos finais de distribuição de energia, o design de caixas de distribuição se concentra mais na conveniência de instalação, adaptabilidade ao ambiente e experiência do usuário.

• Design de Método de Instalação

• Instalação Superficial vs. Embutida: O design de caixas de distribuição superficiais (por exemplo, usando suportes de ângulo de aço ou parafusos de expansão metálicos) deve considerar a capacidade de suporte da parede e a posição precisa dos pontos de fixação. Caixas de distribuição embutidas exigem coordenação estreita com a construção civil para garantir dimensões e níveis precisos de aberturas pré-formadas e evitar contaminação da caixa durante a posterior aplicação de reboco, exigindo desenhos de design altamente precisos.

• Design de Inovação Estrutural e Material

• Exemplo de Design com Patente:

• Força e Estabilidade: Adicionar nervuras elevadas no lado interno da porta e ranhuras correspondentes no quadro da porta cria uma estrutura semelhante a "encaixe e encaixe" quando fechada, aumentando significativamente a rigidez da porta e a estabilidade geral, resolvendo o problema comum de deformação em portas de chapa metálica tradicionais.

• Design de Redução de Ruído: As paredes internas incorporam uma camada de espuma de alumínio com furos redondos. A espuma de alumínio é um material leve e poroso cujos microporos internos convertem ondas sonoras em calor, absorvendo e eliminando efetivamente o ruído operacional, criando um ambiente mais silencioso.

• Eficiência Energética e Controle Preciso: A integração interna de circuitos de compensação de filtro (filtragem harmônica + correção de fator de potência) não apenas elimina harmônicas da rede, mas também melhora o fator de potência, reduzindo diretamente as perdas de linha. Simultaneamente, circuitos de detecção de corrente e voltagem independentes fornecem dados precisos de consumo de energia para o sistema, facilitando a análise e otimização de eficiência energética subsequente.

• Design de Segurança e Manutenção

• Isolamento e Teste: O design deve incluir um procedimento de teste de isolamento. Após a instalação, um megger de 500V (testador de resistência de isolamento) deve ser usado para testar a resistência de isolamento entre fases, fase-terra, fase-neutro, etc., garantindo que atendam aos padrões. Isso é fundamental para garantir a segurança de pessoal e equipamentos.

• Design de Dissipação de Calor: Aberturas de ventilação são incorporadas no painel traseiro para dissipação de calor, mas isso deve ser coordenado com o design de redução de ruído. Este design patenteado utiliza eficientemente a absorção de som da espuma de alumínio, permitindo aberturas de ventilação sem causar vazamento significativo de ruído, resolvendo habilmente o conflito entre dissipação de calor e redução de ruído.