Um Unidade de Anel Principal a Vácuo Inteligente com Isolamento a Ar
Campo Técnico
O modelo de utilidade refere-se ao campo técnico das unidades de anel principal, especificamente uma unidade de anel principal inteligente a vácuo com isolamento a ar.
Tecnologia de Fundo
Uma unidade de anel principal é um dispositivo elétrico que integra equipamentos de alta tensão em um gabinete metálico ou os assembla em uma unidade de alimentação de anel por intervalos. Forma um sistema conectando as barras de distribuição de vários painéis de alimentação, com seu núcleo composto por interruptores de carga e fusíveis. Caracteriza-se por estrutura simples, tamanho pequeno, baixo custo, excelentes parâmetros de fornecimento de energia e alta segurança.
As unidades de anel principal com isolamento a ar (também conhecidas como unidades de anel principal semi-isoladas) usam ar seco como meio de isolamento e extinção do arco. Seu desempenho é superior ao do gás SF6 sem causar poluição ambiental. Os interruptores de alta tensão estão alojados em uma câmara de ar selada com pressão constante não afetada pelo ambiente, tornando-os adequados para áreas especiais como planaltos, regiões salinas-alkalinas e locais úmidos.
Na tecnologia existente, as unidades de anel principal com isolamento a ar frequentemente adotam formas combinadas, como interruptor de carga-desconectador, interruptor de carga-fusível de alta tensão e disjuntor a vácuo-desconectador. Os gabinetes podem ser usados individualmente ou combinados livremente. No entanto, existem as seguintes deficiências:
Quando combinados, o estado operacional é exibido apenas através do compartimento de relés e instrumentos, exigindo inspeções manuais regulares e solução de problemas, o que acarreta custos elevados.
A dissipação de calor dentro do gabinete é difícil de resolver eficazmente: depender apenas da circulação de ar interna não dissipa o calor de forma eficiente, enquanto uma estrutura simples de orifícios de ventilação é propensa a introduzir excesso de umidade, afetando a segurança elétrica. É necessária uma melhoria urgente.
Conteúdo do Modelo de Utilidade
Objetivo
Visando as deficiências da tecnologia existente, o modelo de utilidade fornece uma unidade de anel principal inteligente a vácuo com isolamento a ar, visando alcançar:
Um layout racional para expandir a funcionalidade de combinação de barras.
Monitoramento em tempo real do estado operacional, melhorando os níveis de gerenciamento inteligente e reduzindo os custos de manutenção.
Desempenho otimizado de dissipação de calor, evitando a introdução de umidade, equilibrando a segurança elétrica e a eficiência energética.
Solução Técnica
Uma unidade de anel principal inteligente a vácuo com isolamento a ar compreende um corpo de gabinete com a seguinte estrutura interna:
Áreas e Componentes Funcionais Principais
O corpo do gabinete inclui um compartimento de barras, um compartimento de relés e instrumentos, um compartimento de interruptores e um compartimento de cabos:
Compartimento de Barras: Contém barras, um primeiro sensor de temperatura e um conjunto de ventiladores eletricamente conectado a um controlador PLC.
Compartimento de Relés e Instrumentos: Localizado em um lado do compartimento de barras, abriga relés.
Compartimento de Interruptores: Localizado na parte inferior do compartimento de barras, abriga um conjunto de interruptores de carga, um segundo sensor de temperatura e um sensor de umidade (o sensor de umidade está localizado em um lado de uma primeira placa de partição e conectado a um módulo de armazenamento de dados). O conjunto de interruptores de carga está conectado ao compartimento de barras através de um conjunto de isoladores composto por três isoladores de intervalo e está conectado a fusíveis, mecanismo de operação e transformador de corrente. Um quadro é fornecido entre o transformador de corrente e o corpo do gabinete.
Um compartimento de controle e uma câmara de ar estão localizados em um lado do compartimento de interruptores:
Compartimento de Controle: Situado entre o compartimento de relés e instrumentos e a câmara de ar, abriga uma placa de circuito e o controlador PLC. A placa de circuito integra o módulo de armazenamento de dados, um módulo de transmissão sem fio e um módulo de recepção sem fio. O módulo de armazenamento de dados está conectado aos relés, ao primeiro sensor de temperatura, ao segundo sensor de temperatura e ao módulo de transmissão sem fio. O módulo de recepção sem fio está conectado ao controlador PLC.
Câmara de Ar: Um lado está conectado ao compartimento de interruptores através da primeira placa de partição, e o outro lado tem uma malha de entrada de ar voltada para o corpo do gabinete. A primeira placa de partição é fornecida com uma saída de ar de retorno e uma saída de ar de fornecimento, equipada com um primeiro ventilador e um segundo ventilador, respectivamente (ambos eletricamente conectados ao controlador PLC). O primeiro ventilador está conectado a uma placa de absorção de umidade, localizada entre o segundo ventilador e a malha de entrada de ar.
Compartimento de Cabos: Abriga um interruptor de aterramento interconectado, protetor contra surtos e cabo.
Corpo do Gabinete e Estrutura de Perfil
Segundas placas de partição são fornecidas entre o compartimento de barras e o compartimento de relés e instrumentos/compartimento de interruptores, e entre o compartimento de interruptores e o compartimento de controle/compartimento de cabos.
O corpo do gabinete é composto por várias placas de moldura unidas por rebites. Tanto as placas de moldura quanto a moldura utilizam um corpo de perfil:
Os quatro cantos do corpo de perfil são fornecidos com blocos de encaixe. A parede externa do bloco de encaixe é inclinada em relação ao corpo de perfil, com um primeiro orifício passante no interior e placas limitadoras em ambos os lados.
O centro do corpo de perfil tem um segundo orifício passante. A seção transversal de sua parte superior e inferior é um trapézio isósceles, e ambos os lados são arcos côncavos.
Ambos os lados do corpo de perfil são fornecidos com placas de arco côncavo, que têm vários orifícios de montagem em forma de cintura.
Efeitos Benefícios
Vantagens Estruturais: O corpo de perfil com blocos de encaixe e placas de arco côncavo, juntamente com o primeiro orifício passante e o segundo orifício passante de forma especial, garante alta rigidez e estabilidade, reduzindo a espessura da parede. Os orifícios de montagem em forma de cintura facilitam a montagem rápida e a posterior incorporação de sensores/fiação. A estrutura geral é inovadora, compacta e fácil de montar.
Otimização de Layout: O compartimento de relés e instrumentos, o compartimento de controle e a câmara de ar são distribuídos no mesmo lado, combinados e conectados com o compartimento de interruptores e o compartimento de barras, expandindo eficazmente as funções de barras, evitando confusão de fiação e oferecendo alta utilização de espaço.
Controle Inteligente:
O módulo de armazenamento de dados envia o estado do circuito e os dados ambientais coletados pelos relés, sensores de temperatura (primeiro e segundo) e sensor de umidade em tempo real através do módulo de transmissão sem fio, facilitando o monitoramento integrado dos gabinetes conectados, melhorando o gerenciamento inteligente e reduzindo os custos de manutenção.
Após o módulo de recepção sem fio receber um sinal de controle, o controlador PLC ativa conforme necessário: o conjunto de ventiladores para dissipação de calor por circulação interna, ou o segundo ventilador para aspirar ar externo através da placa de absorção de umidade para resfriamento por circulação externa. Quando a temperatura é baixa, apenas o primeiro ventilador pode ser ativado, utilizando o ar quente do compartimento de interruptores para desumidificar a placa de absorção de umidade. Isso aumenta a eficiência energética, evita a introdução de umidade e equilibra a segurança elétrica com a economia de energia.
Modo de Implementação Detalhado
I. Estrutura do Gabinete e Componentes Principais
Divisão de Áreas Funcionais
O interior do gabinete inclui o compartimento de barras, o compartimento de relés e instrumentos, o compartimento de interruptores, o compartimento de cabos, o compartimento de controle e a câmara de ar. Cada área é separada por placas de partição, com funções claras e sem interferência.
O compartimento de barras está localizado na parte superior, com o compartimento de relés e instrumentos em um lado e o compartimento de interruptores na parte inferior. Um lado do compartimento de interruptores tem sequencialmente o compartimento de controle e a câmara de ar, enquanto o outro lado é o compartimento de cabos.
Componentes Principais de Cada Área
Compartimento de Barras: Contém barras, o primeiro sensor de temperatura e o conjunto de ventiladores eletricamente conectado ao controlador PLC.
Compartimento de Relés e Instrumentos: Abriga relés para coletar o status operacional do equipamento (por exemplo, corrente, tensão, potência).
Compartimento de Interruptores: Equipado com o conjunto de interruptores de carga, o segundo sensor de temperatura e o sensor de umidade. O conjunto de interruptores de carga está conectado ao compartimento de barras através do conjunto de isoladores (com três isoladores de intervalo) e está conectado a fusíveis, mecanismo de operação e transformador de corrente. Um quadro é fornecido entre o transformador de corrente e o corpo do gabinete.
Compartimento de Controle: Contém a placa de circuito e o controlador PLC. A placa de circuito integra o módulo de armazenamento de dados, módulo de transmissão sem fio e módulo de recepção sem fio. O módulo de armazenamento de dados está conectado aos relés, ao primeiro sensor de temperatura, ao segundo sensor de temperatura e ao sensor de umidade. O módulo de recepção sem fio está conectado ao controlador PLC.
Câmara de Ar: Um lado está conectado ao compartimento de interruptores através da primeira placa de partição, e o outro lado tem a malha de entrada de ar. A primeira placa de partição tem uma saída de ar de retorno e uma saída de ar de fornecimento, equipada com o primeiro ventilador e o segundo ventilador, respectivamente (ambos eletricamente conectados ao controlador PLC). O primeiro ventilador está conectado à placa de absorção de umidade, localizada entre o segundo ventilador e a malha de entrada de ar.
Compartimento de Cabos: Abriga o interruptor de aterramento interconectado, protetor contra surtos e cabo.
Corpo do Gabinete e Estrutura de Perfil
O corpo do gabinete é formado pela união de várias placas de moldura por rebites. Tanto as placas de moldura quanto a moldura utilizam o corpo de perfil.
Os quatro cantos do corpo de perfil têm blocos de encaixe. A parede externa do bloco de encaixe é inclinada em relação ao corpo de perfil, com um primeiro orifício passante no interior e placas limitadoras em ambos os lados. O centro tem um segundo orifício passante; sua seção transversal superior e inferior é um trapézio isósceles, e ambos os lados são arcos côncavos. Ambos os lados do corpo de perfil também têm placas de arco côncavo com vários orifícios de montagem em forma de cintura.
II. Princípio de Funcionamento e Vantagens
Método de Montagem
Os corpos de perfil alcançam conexão rápida através dos blocos de encaixe com placas limitadoras, e são então fixados por rebites usando peças de conexão de canto através dos orifícios de montagem em forma de cintura nas placas de arco côncavo. O processo de montagem é conveniente e estável, também fornecendo resistência a choques, custo e peso menores, e facilidade de transporte.
Operação e Processo de Controle Inteligente
O compartimento de barras conecta múltiplas unidades de anel principal. O conjunto de interruptores de carga se conecta ao compartimento de barras através do conjunto de isoladores. O fusível desconecta o circuito derretendo seu elemento quando a corrente excede o limite. O mecanismo de operação realiza as operações de fechamento e abertura. O transformador de corrente converte proporcionalmente uma grande corrente primária em uma pequena corrente secundária, protegendo o circuito de medição, e transmite sinais para o interruptor de aterramento, protetor contra surtos e cabo no compartimento de cabos.
Os relés coletam o status operacional do equipamento e o transmitem para o módulo de armazenamento de dados na placa de circuito. Este módulo também armazena sinais de temperatura dos primeiros e segundos sensores de temperatura e o sinal de umidade do sensor de umidade. Estes são então enviados em tempo real através do módulo de transmissão sem fio para uma estação base ou terminal de controle para monitoramento remoto.
O terminal de controle pode enviar comandos ao controlador PLC através do módulo de recepção sem fio, ou o controlador PLC pode fazer julgamentos automáticos: quando a dissipação de calor é necessária, ele ativa o conjunto de ventiladores para dissipação de calor por circulação interna, ou inicia o segundo ventilador para aspirar ar através da malha de entrada, desumidificá-lo através da placa de absorção de umidade e fornecê-lo para o gabinete para dissipação de calor por circulação externa. Quando a temperatura não atende à condição para iniciar o segundo ventilador, apenas o primeiro ventilador pode ser ativado para desumidificar a placa de absorção de umidade, reduzindo o consumo de energia enquanto evita a introdução de umidade.
Vantagens Principais
É alcançado o monitoramento em tempo real e controle inteligente da temperatura, umidade e status operacional do equipamento do gabinete. Isso garante a segurança elétrica, reduzindo o consumo de energia ao ativar o equipamento conforme necessário, equilibrando a praticidade e a eficiência energética.
