יישום של תכנון מבני משולב של ציוד משני מסוג מגורים מוכן בתי חכם

1. הגורמים העיקריים המשפיעים על שיעור שימוש במרחב ונוחות תפעול ובתחזוקה של מגורים מוכנים לציוד משני
1.1 רמת התפתחות והשלמה של מכשירי הגנה עם חיבור מלפנים

השפעת מכשירי ההגנה עם החיבור מלפנים על השימוש במגורים מוכנים מתמקדת בשלושה אספקטים: תכנון המגירות, צורת הצירוף של המגורים המוכנים והעומס של העבודה במקום. כאשר מכשירי ההגנה עם החיבור מלפנים אינם מפותחים מספיק, נבחר מבנה המגירה המסורתית. לדוגמה, בתחנת ה-220kV צ'ינגזו באנחווי משתמשים בצורת מגורים בודדים בשורה אחת, ואילו בתחנת ה-110kV וייצ'נג בהובי משתמשים בצורת שני מגורים בשתי שורות. בשתי הצורות הללו, מספר המגירות שיכול להיבנות בתוך המגורים הוא יחסית קטן.

כדי לשפר את שיעור השימוש בחלל בתוך המגורים, פרויקטים מאוחרים ניסו גם את צורת המגורים הבודדים בשתי שורות. לדוגמה, בתחנת ה-220kV דאשין בצ'ונגצ'ינג משתמשים בצורת המגורים הבודדים בשתי שורות, ובחברת המרה לינגג'ו של ±800kV משתמשים בצורת המגורים הבודדים בשתי שורות עם גודל מוגבר של המגורים. המידע לגבי מידות המגורים ועלויות העבודה במקום עבור ארבעת הפרויקטים הללו מופיע בסיכום סטטיסטי הבא.

צורת המגורים הבודדים בשתי שורות יכולה להכיל כמעט פי שניים מגירות מאשר צורת המגורים הבודדים בשורה אחת ושני מגורים בשתי שורות. בנוסף, יש לה יתרונות כמו אי הצורך בתפירה במקום, אי צורך בחיבור קווים בתוך המגורים ועלויות נמוכות יותר של המגורים. עם זאת, בצורת המגורים הבודדים בשתי שורות, ניתן לבצע תחזוקה רק על ידי פתיחת הדלת בקיר הצד של המגורים או עלייה בגודל המגורים. תחזוקה מחוץ למגורים אינה מאפשרת תחזוקה כל העת; עלייה בגודל המגורים לא רק מגבירה את עלויות השינוע אלא גם דורשת תנאים גבוהים יותר לעברת דרכים.

1.2 מידות המגירות

כיום, מידות המגירות בתוך המגורים כוללות 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260 וכדומה. בעת הנחת המגירות במגורים מוכנים באותו גודל, הפחתת גודל המגירות יכולה להגדיל באופן יעיל את מספר המגירות שנוכל להניח.

1.3 שיטת הנחת הקבלים בתוך המגורים

בתוך המגורים של הציוד המשני, נדרשים להניח קבלים שונים כגון קבלים חשמליים, קבלים אופטיים וקבלים קצרי טווח. ישנם שלושה סכמות עיקריות להנחת הקבלים בתוך המגורים: הנחת מסגרת קבלים על גג המגורים, הנחת מסגרת קבלים בתחתית המגורים והשילוב בין שניהם. בכל שלושת הסכמות הללו, מבנה המגירות נמצא בתוך המגורים, והעבודה להנחת הקבלים צריכה להתבצע לאחר שהמגירות נמצאות במקום.

בנוסף, הקבלים מעובדים בין המבנים של המגורים ומגירות, מה שגורם לקשיים בתחזוקת הקבלים בהמשך. הסכמה הנפוצה יותר של הנחת שכבה קבלית בתחתית המגורים דורשת שמירת שטיח האנטי-סטטי לפני הנחת הקבלים, ולאחר מכן ניתן לבצע את העבודות ברחבת מקום צרה. זה מוביל לעובדה גדולה ולתקופת בנייה ארוכה.

1.4 ממשק ופיתוח ומתחזוקה ארוכת טווח של המגירות

עבודת הפיתוח והתחזוקה הארוך טווח בתוך המגורים של הציוד המשני מתבצעת בעיקר באמצעות הוספת מגירות חדשות והתחברות לקבלים, או הנחת מגירות ריקות במקום מראש ולביצוע התקנה והתחברות של הציוד בתוך המגירות במהלך תקופת המתחזוקה. האפשרות הראשונה דורשת עמל רב, והאפשרות השנייה מוגבלת מרחב צר בתוך המגורים, מה שמוביל לתקופת מתחזוקה ארוכה.

כפי שניתן לראות מהניתוח בסעיפים 1.1-1.4, הגורמים המשפיעים על שיעור השימוש בחלל ונוחות תפעול ותחזוקה בתוך המגורים של הציוד המשני מתמקדים בצורה המבנים של מכשירי ההגנה עם החיבור מלפנים ומגירות. בהינתן כי מכשירי ההגנה עם החיבור מלפנים הולכים ומתפתחים ומפוזרים, יש לבצע מחקר ופיתוח על צורות המבנים של המגירות. בנוסף, יש לחקור את נוחות תפעול ותחזוקת הציוד בתוך המגורים כדי להשיג תפעול ותחזוקה יעילה ומהירה.

2. מחקר על תכנון מבני מוטמע של הציוד המשני

כדי להתמודד עם בעיות אלו, הוצע סכימה מיטבית של מגירות מבוססת תכנון מבני מוטמע כדי לפתור את בעיות שיעור השימוש הנמוך בחלל בתוך המגורים וקושי בהכנסת המגירות לתוך המגורים. הוצע מחקר ועיצוב של סכימה פתוחה להנחת קבלים כדי לפתור את בעיית הקושי בהתקנה ותחזוקת קבלים אופטיים וחשמליים.

2.1 מידות מבניות מוטמעות של הציוד המשני

כדוגמה, עבור מגורים מסוג III, מידות החיצוניות הן 12200×2800×3133, ושטיח האנטי-סטטי הוא בעובי 250mm.

2.1.1 גובה המבנה

גובה הנקי בתוך המגורים הוא 2670mm. בהתאם לחלוקת הפונקציות, הגובה בתוך המגורים מחולק לשלושה חלקים מלמטה למעלה: גובה שטיח האנטי-סטטי הנעים, גובה המבנה המוטמע, וגובה רכיבי ההתקנה המצורפים. לאחר הסרת גובה שטיח האנטי-סטטי הנעים, הגובה הנשאר הוא 2420mm. בהתאם לגובה המגירות המסורתיות, גובה המבנה המוטמע מוקצה כ-2300mm, וגובה רכיבי ההתקנה המצורפים הוא 120mm.

2.1.2 רוחב המבנה

במגירות מסורתיות עם חיבור מלפנים, הממשקים של המכשירים ממוקמים אופקית ונדרשים להתקנה בתחתית המגירה, והמספר של ההתקנות מוגבל. כדי לנצל את תחזוקת המכשירים בהמשך ולהפחית את דרך החיבור בין המכשיר לממשקים, הממשקים ממוקמים אנכית בצד ימין של המכשיר.

2.1.3 עומק המבנה

כדי לעמוד בדרישות עומק ההתקנה של הציוד של יצרנים שונים, עומק יחידת המבנה מתוכנן בהתאם לעומק המגירות המסורתיות שהוא 600mm. בו זמנית, בהתחשב בעומק הנמוך יותר לאחר ביטול הדלת והצעדים הנדרשים למנוע טעויות, עומק יחידת המבנה הוא 550mm.

2.1.4 סיכום

על בסיס ניתוח זה, מידות יחידה מבנית בודדת בתוך המגורים המוכנים הן 2300×700×550. לאחר שימוש במבנה בגודל זה, ניתן להשיג את שיעור השימוש הגבוה ביותר במגירות בתוך המגורים.

2.2 תכנון הציוד המשני בתוך המבנה המוטמע
2.2.1 סכימת חלוקה מודולרית של יחידת המבנה

ביחידת המבנה, בהתאם לדרך ההתקנה הנוכחית של הציוד במגירות, היא מחולקת לשלושה חלקים מלמעלה למטה: אזור התקנת המפסקים, אזור התקנת הציוד, ואזור התקנת התוספות. בין היתר, אזור התקנת הציוד מחולק לאזור התקנת המכשירים ולאזור תחזוקת המכשירים משמאל לימין.

2.2.2 תכנון גובה אזור התקנת הציוד

כדי להגדיל את מספר הציוד המותקן בתוך מבנה בודד, ראשית, נספר את הגבהים של הציוד הנדרש להתקנה בתוך המבנה. מכשיר ההגנה הוא בגובה 4U או 6U, והמפסקים והמדפים לקבלים הם ברובם בגובה 1U. למשל, להתקנת 2 מפסקים מעל רמה של 220kV, גובה של 4U יכול להספיק להתקנת 2 מפסקים ומדף קבלים אחד.

מספר לחצני הלחץ הקשיח והלחצנים של המכשיר החכם מתוכנן להיות 2 לחצני לחץ קשיח ולחצן איפוס אחד עבור מכשיר ההגנה, ו-3 לחצני לחץ קשיח ולחצן איפוס אחד עבור מכשיר המדידה והבקרה. לוח התקנה בגובה 4U יכול להכיל עד שתי שורות, עם 9 לחצנים או לחצני לחץ קשיח בשורה. לכן, לוח התקנה בגובה 4U יכול להספיק להתקנת 6 מכשירי הגנה או 4 מכשירי מדידה והבקרה.

2.3 מחקר על תכנון נוחות תפעול ותחזוקה של המבנה המוטמע
2.3.1 תכנון ארגונומי של יחידת המבנה

על בסיס ניתוח שדה הראייה של עובדי תחזוקה בעמידה, נקודת הראיה של אדם היא בערך בין 1.5-1.6m, והשדה הטוב ביותר הוא בתחום של 10° מעל ותחת נקודת הראיה האופקית, כלומר, גובה ההתקנה של המכשיר הוא בין 1215-1920mm, והגובה הוא 700mm. בהתאם לדרישות הגובה הנ"ל והנתונים מהניתוח, בשימוש בשיטה של "6 מודולים" ניתן להשיג חווית פעולה טובה ביותר.

סכימת ערוץ תחזוקה פתוחה כוללת שלושה חלקים: בתוך יחידת המבנה, באזור בין יחידות המבנה באותה שורה, ובקanal פנימי של המגורים.

• ערוץ תחזוקה פתוח בתוך יחידת המבנה. אזור תחזוקת מכשירים באותו גובה ממוקם בצד ימין של אזור התקנת המכשירים כדי להניח את מסגרת הקבל. סכימת הפרדת קבלים אופטית ואלקטרונית נבחרה, עם התקנת קבלים קצר טווח וקבלים תקשורת אנכית בצד שמאל וקבלים חשמליים אנכית בצד ימין.

• ערוץ תחזוקה פתוח בין יחידות המבנה באותה שורה. משתמשים במבנה עמודי בצורת "7" כך שהעמודים של יחידות המבנה באותה שורה יוצרים ערוץ תחזוקה פתוח ורציף לקבלים. מזיזים את ערוץ ההתקנה של קבלים אופטיים וחשמליים באותה שורה מתחת לשטיח האנטי-סטטי מעל לשטיח האנטי-סטטי.

• ערוץ קרוס-ובר בין שתי שורות של יחידות המבנה (בתוך המגורים). מתקינים מספר קטן של מסגרות קבלים מתחת לשטיח האנטי-סטטי בין שתי שורות של המבנים. בעת ביצוע עבודות תחזוקה בין שתי השורות, יש להרים מספר קטן של שטיחים אנטי-סטטיים לאורך רוחב המגורים, ועובדים יכולים לעמוד בשטיחים אחרים כדי לבצע עבודות תחזוקה על הקבלים בשכבת הביניים. בנוסף, השטיח האנטי-סטטי בראש ערוץ הקבלים עשוי מגלאס מוליך שקוף או מסומן בסימנים כדי להשיג מיקום מהיר.

3. מסקנות

מאמר זה ביצע מחקר על בעיות קיימות במוצרי המגורים המוכנים וציע סכימה מבנית מוטמעת במגורים המוכנים, וכתוצאה מכך השיג תוצאות צפויות. מתוך המחקר, נרכשו המסקנות הבאות:

• המבנה המוטמע החליף את המגירות המסורתיות, ומספר המגירות שיכול להיבנות בתוך המגורים עלה ב-12-17%. אם מזיזים את מיקום דלת המגורים, הוא יכול לעלות ב-28-37%.

• המשתמשים בשיטה של "6 מודולים" לתכנון אזור התקנת הציוד בתוך המבנה, מה שמשפר את שיעור השימוש בחלל בתוך המבנה ומקל על תצפיות ופעולות.

• עיצוב ערוץ תחזוקה פתוח לכל מסלול מפחית משמעותית את העומס והקושי בעבודות תפעול ותחזוקה של קבלים.