Que componentes compõem o design do equipamento de distribuição em rede anelar de média tensão?

Como um especialista que tem se dedicado profundamente ao campo de design de sistemas de energia por muitos anos, sempre prestei atenção à evolução tecnológica e à prática de aplicação de equipamentos de distribuição em anel de média tensão. Como um dispositivo elétrico central no segundo elo de distribuição do sistema de energia, o design e o desempenho deste equipamento estão diretamente relacionados à operação segura e estável da rede de fornecimento de energia. A seguir, uma análise profissional dos pontos-chave de design de equipamentos de distribuição em anel, combinando padrões da indústria e práticas de engenharia.

1. Lógica de Design Geral e Planejamento de Arquitetura

O design de quadros de distribuição em anel deve estar estritamente alinhado com os requisitos operacionais do sistema de energia e padrões nacionais. Deve focar nos cenários de uso, objetos de controle e características dos componentes elétricos principais para construir um sistema de unidades funcionais. Os disjuntores principais são configurados principalmente como disjuntores e chaves de carga, e um pequeno número usa aparelhos elétricos combinados. Durante o design, prioridade é dada ao circuito combinado “chave de carga + fusível”—este tipo de circuito tem uma estrutura complexa e pode servir como referência para determinar a estrutura geral, disposição e dimensões externas do equipamento. Outros circuitos, como circuitos puros de chave de carga, devem reutilizar seu design maduro tanto quanto possível para alcançar padronização e universalidade.

Com base nessa base, derivam-se vários tipos de gabinetes: gabinetes de chaves de carga, gabinetes de aparelhos elétricos combinados, gabinetes de disjuntores, gabinetes multicircuitos, etc. O design do circuito condutor principal precisa considerar sistematicamente três elementos centrais: capacidade de condução de corrente, resistência a forças elétricas e eficiência de dissipação de calor:

• Disposição de Componentes: Utilize habilmente a força elétrica de fechamento para garantir que os contatos móveis não se retirem durante os testes de estabilidade dinâmica e térmica, alcançando a coordenação do desempenho mecânico e elétrico.

• Seleção de Barras de Distribuição: Faça uma correspondência precisa entre barras de distribuição circulares ou planas de acordo com a capacidade de condução de corrente, controle razoavelmente a densidade de corrente e equilibre a condução de corrente e a dissipação de calor.

• Otimização de Conexões Elétricas: Os contatos dinâmicos e estáticos, conexões deslizantes/fixas, devem garantir baixa resistência de contato. Ao conectar diferentes condutores metálicos, processos como estañamento e prateamento são usados para suprimir a corrosão eletroquímica e eliminar o perigo oculto de falha de contato.

O design de compartimentos segue o princípio de “segurança em primeiro lugar, adaptação ao processo e manutenção e operação conveniente”: o nível de proteção não é inferior a IP3X, o material de partição (metal/não metal) é selecionado conforme necessário, e dispositivos de alívio de pressão e medidas limitadoras de arco de falha são configurados—durante falhas de arco interno, gás de alta pressão pode ser liberado através do canal de alívio para garantir a segurança do equipamento e das pessoas.

2. Considerações Multidimensionais para o Design de Estruturas de Isolamento

Os quadros precisam suportar a tensão de operação máxima e sobretensão de curto prazo (atmosférica e interna) por longos períodos. O design de isolamento precisa considerar de forma abrangente fatores como adaptabilidade ambiental, seleção de materiais, otimização de estrutura e controle de processos:

(1) Otimização do Campo Elétrico e Coordenação de Isolamento

A forma dos condutores afeta diretamente a distribuição do campo elétrico dentro do gabinete. No design, barras de cobre arredondadas, barras de distribuição redondas devem ser usadas, e as formas dos assentos de contato dinâmico e estático, condutores internos e eletrodos de suporte devem ser otimizadas para eliminar pontas e arestas, tornando o campo elétrico mais uniforme. Com a ajuda de software de análise por elementos finitos (como ANSYS Maxwell), os elos fracos de isolamento podem ser localizados com precisão. Através de ajustes de layout e otimização de estrutura (como a aplicação de tecnologia de blindagem), o campo elétrico pode ser uniformizado e a intensidade de campo máxima reduzida, melhorando a confiabilidade do isolamento.

(2) Lógica de Aplicação de Múltiplos Meios de Isolamento

• Isolamento a Ar: Para isolamento composto com ar como corpo principal, as distâncias elétrica e de rastreamento especificadas pelos padrões devem ser rigorosamente seguidas no design para equilibrar o desempenho de isolamento e a compactação do equipamento.

• Isolamento a Gás: Gabinetes isolados a gás usam principalmente SF₆, N₂, ar comprimido seco ou gases mistos como meios de isolamento (na faixa de baixa pressão). Embora a pressão do gás não seja alta, o design de vedação é crucial—atenção deve ser dada às mudanças nos componentes do gás devido à permeação durante a operação de longo prazo (como infiltração de ar e exsudação de gás isolante). Para compartimentos sem produtos de decomposição de arco, o teor de umidade deve ser controlado com precisão: quando a pressão nominal ≤ 0,05MPa, deve ser ≤ 2000μL/L; quando > 0,05MPa, o valor permitido de umidade é calculado de acordo com a pressão de vapor saturado a -10°C.

• Interface e Isolamento Sólido: Quando partes de isolamento sólido são unidas, materiais elásticos como borracha de silicone são usados para eliminar lacunas de ar e melhorar o nível de isolamento da interface (relacionado à pressão superficial, acabamento e comprimento de contato). Usando materiais como resina epóxi e borracha de silicone para fundir e embalar componentes de alta tensão, e cobrindo-os com uma camada de aterramento/condução, pode-se melhorar significativamente o nível de segurança, reduzir o volume do equipamento e simplificar o layout.

3. Design Preciso de Transmissão Mecânica e Sistema de Intertravamento

A transmissão mecânica abrange elementos como mecanismos de operação de disjuntores, seccionadores, chaves de aterramento e intertravamentos de portas. O design precisa ser otimizado em dimensões como princípio, disposição, modo de força (pressão/tensão), vão, relação de transmissão, ângulo de curso e eficiência mecânica: simplifique a estrutura, reduza o número de peças e diminua a força de operação, alcançando “carga de força razoável, transmissão confiável, operação estável e manutenção e operação convenientes”.

O “cinco-prevenções” de intertravamento é o núcleo para garantir a segurança da operação—o intertravamento mecânico é preferencial (composto por alavancas, varetas, tampas, etc., para formar um bloqueio, com procedimentos claros, intuitivo e confiável); se os componentes estiverem muito distantes ou o intertravamento mecânico for difícil de implementar, o intertravamento elétrico é complementado; gabinetes inteligentes podem ser superpostos com programação de software de microcomputador (usado em conjunto com intertravamento mecânico) para construir um sistema de proteção de segurança multinível.

4. Construção de um Sistema de Aterramento Confiável

O design de aterramento precisa cobrir os requisitos duplos de “segurança de operação” e “suporte a falhas”:

• Durante a manutenção, a chave de aterramento pode aterrar o circuito principal de acordo com as regulamentações.

• A base do invólucro é equipada com condutores e terminais de aterramento adequados para condições de falha, e os gabinetes são interconectados por condutores, com um circuito dedicado entre a chave de aterramento e o condutor de aterramento.

• Os condutores de aterramento, circuitos de conexão e ligações entre gabinetes devem suportar a corrente de suporte de curto tempo/pico nominal.

• A estrutura, tampa, porta, divisória e outros componentes são eletricamente contínuos para garantir a conexão de aterramento das unidades funcionais.

• A queda de tensão DC de qualquer ponto das partes metálicas do invólucro até o condutor de aterramento através de 30A é ≤ 3V, garantindo a eficácia do aterramento.

5. Evolução Tecnológica e Direção de Desenvolvimento

Com o processo de transformação da rede elétrica e a subterraneização de cabos, as unidades de distribuição multicircuitos estão iterando rapidamente em direção à “miniaturização, modularização e automação”, impulsionando o desenvolvimento inovador de tecnologias de isolamento SF₆ e compostas e componentes de alto desempenho. No futuro, será necessário concentrar-se na atualização de processos de fabricação (como processamento preciso e embalagem integrada), otimização de conectores de cabo, iteração de fusíveis limitadores de corrente, pesquisa e desenvolvimento de mecanismos de operação pequenos e inovação de componentes auxiliares, a fim de melhorar o nível de design e fabricação de equipamentos de distribuição em anel domésticos. Desenvolver uma nova geração de gabinetes de distribuição em anel com “adaptação a todas as condições de trabalho, isenção de manutenção, alta confiabilidade e miniaturização” para habilitar a automação de distribuição se tornará uma direção-chave para as rupturas da indústria.