Un Interruptor Principal de Anillo con Vacío Inteligente a Aire

Campo Técnico

El modelo de utilidad se refiere al campo técnico de las celdas de anillo, específicamente a una celda de anillo inteligente de vacío con aislamiento por aire.

Estado de la Técnica

Una celda de anillo es un dispositivo eléctrico que integra equipos de alta tensión en un gabinete metálico o los ensambla en una unidad de suministro de energía de anillo tipo intervalo. Se forma un sistema conectando las barras colectoras de varios gabinetes de alimentación, con su núcleo compuesto por interruptores de carga y fusibles. Se caracteriza por tener una estructura simple, tamaño pequeño, bajo costo, excelentes parámetros de suministro de energía y alta seguridad.

Las celdas de anillo con aislamiento por aire (también conocidas como celdas de anillo semi-aisladas) utilizan aire seco como medio de aislamiento y extinción de arco. Su rendimiento es superior al del gas SF6 sin causar contaminación ambiental. Los interruptores de alta tensión están alojados en una cámara de aire sellada con presión constante no afectada por el entorno, lo que las hace adecuadas para áreas especiales como mesetas, regiones salinas-alkalinas y lugares húmedos.

En la tecnología existente, las celdas de anillo con aislamiento por aire a menudo adoptan formas de combinación como interruptor de carga-separador, interruptor de carga-fusible de alta tensión e interruptor de circuito de vacío-separador. Los gabinetes de unidad pueden usarse individualmente o combinarse libremente. Sin embargo, existen las siguientes deficiencias:

1. Cuando se combinan, el estado operativo solo se muestra a través del compartimento de relés e instrumentos, requiriendo inspecciones y soluciones de problemas manuales regulares, lo que incurre en altos costos.

2. La disipación de calor dentro del gabinete es difícil de resolver efectivamente: depender solo de la circulación interna de aire no puede disipar el calor de manera eficiente, mientras que una estructura simple de orificios de ventilación es propensa a introducir exceso de humedad, afectando la seguridad eléctrica. Se necesita una mejora urgente.

Contenido del Modelo de Utilidad

Objetivo

Apuntando a las deficiencias de la tecnología existente, el modelo de utilidad proporciona una celda de anillo inteligente de vacío con aislamiento por aire, con el objetivo de lograr:

• Un diseño racional para expandir la funcionalidad de la combinación de barras colectoras.

• Monitoreo en tiempo real del estado operativo, mejorando los niveles de gestión inteligente y reduciendo los costos de mantenimiento.

• Rendimiento óptimo de disipación de calor mientras se evita la introducción de humedad, equilibrando la seguridad eléctrica y la eficiencia energética.

Solución Técnica

Una celda de anillo inteligente de vacío con aislamiento por aire comprende un cuerpo de gabinete con la siguiente estructura interna:

1. Áreas Funcionales Principales y Componentes

• El cuerpo del gabinete incluye un compartimento de barras colectoras, un compartimento de relés e instrumentos, un compartimento de interruptores y un compartimento de cables:

• Compartimento de Barras Colectoras: Contiene barras colectoras, un primer sensor de temperatura y un conjunto de ventiladores eléctricamente conectado a un controlador PLC.

• Compartimento de Relés e Instrumentos: Ubicado en un lado del compartimento de barras colectoras, aloja relés.

• Compartimento de Interruptores: Ubicado en la parte inferior del compartimento de barras colectoras, aloja un conjunto de interruptores de carga, un segundo sensor de temperatura y un sensor de humedad (el sensor de humedad está ubicado en un lado de una primera placa de partición y conectado a un módulo de almacenamiento de datos). El conjunto de interruptores de carga está conectado al compartimento de barras colectoras a través de un conjunto de aisladores que comprende tres aisladores de intervalo y está conectado a fusibles, un mecanismo de operación y un transformador de corriente. Se proporciona un marco entre el transformador de corriente y el cuerpo del gabinete.

• Un compartimento de control y una cámara de aire están ubicados en un lado del compartimento de interruptores:

• Compartimento de Control: Situado entre el compartimento de relés e instrumentos y la cámara de aire, aloja una tarjeta de circuito y el controlador PLC. La tarjeta de circuito integra el módulo de almacenamiento de datos, un módulo de transmisión inalámbrica y un módulo de recepción inalámbrica. El módulo de almacenamiento de datos está conectado a los relés, el primer sensor de temperatura, el segundo sensor de temperatura y el módulo de transmisión inalámbrica. El módulo de recepción inalámbrica está conectado al controlador PLC.

• Cámara de Aire: Un lado está conectado al compartimento de interruptores a través de la primera placa de partición, y el otro lado tiene una malla de entrada de aire frente al cuerpo del gabinete. La primera placa de partición está provista de una salida de retorno de aire y una salida de suministro de aire, equipadas con un primer ventilador y un segundo ventilador respectivamente (ambos eléctricamente conectados al controlador PLC). El primer ventilador está conectado a una placa absorbente de humedad, que está ubicada entre el segundo ventilador y la malla de entrada de aire.

• Compartimento de Cables: Aloja un interruptor de tierra interconectado, un pararrayos y un cable.

2. Estructura del Cuerpo del Gabinete y Perfil

• Se proporcionan segundas placas de partición entre el compartimento de barras colectoras y el compartimento de relés e instrumentos/compartimento de interruptores, y entre el compartimento de interruptores y el compartimento de control/compartimento de cables.

• El cuerpo del gabinete está compuesto por varias placas de marco remachadas. Tanto las placas de marco como el marco utilizan un cuerpo de perfil:

• Las cuatro esquinas del cuerpo de perfil tienen bloques de inserción. La pared exterior del bloque de inserción está inclinada en relación con el cuerpo de perfil, con un primer orificio pasante en el interior y placas de límite en ambos lados.

• El centro del cuerpo de perfil tiene un segundo orificio pasante. La sección transversal de su parte superior e inferior es un trapecio isósceles, y ambos lados son arcos cóncavos.

• Ambos lados del cuerpo de perfil están provistos de placas de arco cóncavo, que tienen varios orificios de montaje en forma de reloj de arena.

Efectos Beneficiosos

1. Ventajas Estructurales: El cuerpo de perfil con bloques de inserción y placas de arco cóncavo, junto con el primer orificio pasante y el segundo orificio pasante de forma especial, aseguran alta rigidez y estabilidad mientras reducen el espesor de la pared. Los orificios de montaje en forma de reloj de arena facilitan el ensamblaje rápido y la posterior incrustación de sensores/conexión. La estructura general es novedosa, compacta y fácil de ensamblar.

2. Optimización del Diseño: El compartimento de relés e instrumentos, el compartimento de control y la cámara de aire están distribuidos en el mismo lado, combinados y conectados con el compartimento de interruptores y el compartimento de barras colectoras, expandiendo eficazmente las funciones de las barras colectoras, evitando la confusión de cables y proporcionando una alta utilización del espacio.

3. Control Inteligente:

• El módulo de almacenamiento de datos envía el estado del circuito y los datos ambientales recopilados por los relés, los sensores de temperatura (primero y segundo) y el sensor de humedad en tiempo real a través del módulo de transmisión inalámbrica, facilitando el monitoreo integrado de los gabinetes conectados, mejorando la gestión inteligente y reduciendo los costos de mantenimiento.

• Después de que el módulo de recepción inalámbrica recibe una señal de control, el controlador PLC se activa según sea necesario: el conjunto de ventiladores para la disipación de calor por circulación interna, o el segundo ventilador para extraer aire externo a través de la placa absorbente de humedad para la refrigeración por circulación externa. Cuando la temperatura es baja, solo se puede activar el primer ventilador, utilizando el aire caliente del compartimento de interruptores para deshumidificar la placa absorbente de humedad. Esto mejora la eficiencia energética, evita la introducción de humedad y equilibra la seguridad eléctrica con el ahorro de energía.

Modo de Implementación Detallado

I. Estructura del Gabinete y Componentes Principales

1. División de Áreas Funcionales

• El interior del gabinete incluye el compartimento de barras colectoras, el compartimento de relés e instrumentos, el compartimento de interruptores, el compartimento de cables, el compartimento de control y la cámara de aire. Cada área está separada por placas de partición, con funciones claras y sin interferencias.

• El compartimento de barras colectoras está ubicado en la parte superior, con el compartimento de relés e instrumentos en un lado y el compartimento de interruptores en la parte inferior. Un lado del compartimento de interruptores tiene secuencialmente el compartimento de control y la cámara de aire, mientras que el otro lado es el compartimento de cables.

2. Componentes Principales de Cada Área

• Compartimento de Barras Colectoras: Contiene barras colectoras, el primer sensor de temperatura y el conjunto de ventiladores eléctricamente conectado al controlador PLC.

• Compartimento de Relés e Instrumentos: Aloja relés para recopilar el estado operativo del equipo (por ejemplo, corriente, voltaje, potencia).

• Compartimento de Interruptores: Equipado con el conjunto de interruptores de carga, el segundo sensor de temperatura y el sensor de humedad. El conjunto de interruptores de carga está conectado al compartimento de barras colectoras a través del conjunto de aisladores (con tres aisladores de intervalo) y está conectado a fusibles, el mecanismo de operación y el transformador de corriente. Se proporciona un marco entre el transformador de corriente y el cuerpo del gabinete.

• Compartimento de Control: Contiene la tarjeta de circuito y el controlador PLC. La tarjeta de circuito integra el módulo de almacenamiento de datos, el módulo de transmisión inalámbrica y el módulo de recepción inalámbrica. El módulo de almacenamiento de datos está conectado a los relés, el primer sensor de temperatura, el segundo sensor de temperatura y el sensor de humedad. El módulo de recepción inalámbrica está conectado al controlador PLC.

• Cámara de Aire: Un lado está conectado a través de la primera placa de partición al compartimento de interruptores, y el otro lado tiene la malla de entrada de aire. La primera placa de partición tiene una salida de retorno de aire y una salida de suministro de aire, equipadas con el primer ventilador y el segundo ventilador respectivamente (ambos eléctricamente conectados al controlador PLC). El primer ventilador está conectado a la placa absorbente de humedad, ubicada entre el segundo ventilador y la malla de entrada de aire.

• Compartimento de Cables: Aloja el interruptor de tierra interconectado, el pararrayos y el cable.

3. Estructura del Cuerpo del Gabinete y Perfil

• El cuerpo del gabinete se forma mediante el remache de varias placas de marco. Tanto las placas de marco como el marco utilizan el cuerpo de perfil.

• Las cuatro esquinas del cuerpo de perfil tienen bloques de inserción. La pared exterior del bloque de inserción está inclinada en relación con el cuerpo de perfil, con un primer orificio pasante en el interior y placas de límite en ambos lados. El centro tiene un segundo orificio pasante; su sección transversal superior e inferior es un trapecio isósceles, y ambos lados son arcos cóncavos. Ambos lados del cuerpo de perfil también tienen placas de arco cóncavo con varios orificios de montaje en forma de reloj de arena.

II. Principio de Funcionamiento y Ventajas

1. Método de Ensamblaje

   Los cuerpos de perfil logran una conexión rápida a través de los bloques de inserción con placas de límite, y luego se fijan mediante remaches usando piezas de conexión de esquina a través de los orificios de montaje en forma de reloj de arena en las placas de arco cóncavo. El proceso de ensamblaje es conveniente y estable, también proporciona resistencia a los golpes, menor costo y peso, y facilidad de transporte.

2. Operación y Proceso de Control Inteligente

• El compartimento de barras colectoras conecta múltiples celdas de anillo. El conjunto de interruptores de carga se conecta al compartimento de barras colectoras a través del conjunto de aisladores. El fusible desconecta el circuito fundiendo su elemento cuando la corriente excede el límite. El mecanismo de operación realiza operaciones de cierre y apertura. El transformador de corriente convierte proporcionalmente una corriente primaria grande a una corriente secundaria pequeña, protegiendo el circuito de medición, y transmite señales al interruptor de tierra, el pararrayos y el cable en el compartimento de cables.

• Los relés recopilan el estado operativo del equipo y lo transmiten al módulo de almacenamiento de datos en la tarjeta de circuito. Este módulo también almacena señales de temperatura de los primeros y segundos sensores de temperatura y la señal de humedad del sensor de humedad. Estos se envían en tiempo real a través del módulo de transmisión inalámbrica a una estación base o terminal de control para monitoreo remoto.

• El terminal de control puede enviar comandos al controlador PLC a través del módulo de recepción inalámbrica, o el controlador PLC puede hacer juicios automáticos: cuando se necesita disipación de calor, activa el conjunto de ventiladores para la disipación de calor por circulación interna, o inicia el segundo ventilador para extraer aire a través de la malla de entrada, deshumidificarlo a través de la placa absorbente de humedad y suministrarlo al gabinete para la disipación de calor por circulación externa. Cuando la temperatura no cumple la condición para iniciar el segundo ventilador, solo se puede activar el primer ventilador para deshumidificar la placa absorbente de humedad, reduciendo el consumo de energía mientras se evita la introducción de humedad.

3. Ventajas Principales

   Se logra el monitoreo en tiempo real y el control inteligente de la temperatura, humedad y estado operativo del gabinete. Esto garantiza la seguridad eléctrica mientras reduce el consumo de energía al activar el equipo según sea necesario, equilibrando la practicidad y la eficiencia energética.