Valor Core i Aplicacions Innovadores del Quadre de Comutació de Mitjana tensió 12kV en Subestacions Intel·ligents

Amb el desenvolupament ràpid de les xarxes intel·ligents i la integració d'energia renovable, el commutador de mitja tensió (MV), com a equipament central de distribució d'energia en les subestacions, determina directament la estabilitat del sistema elèctric a través de la seva fiabilitat, intel·ligència i eficiència espacial. Aquest article s'adentra en les tecnologies clau, solucions específiques per escenaris i beneficis pràctics dels commutadors de mitja tensió en les subestacions.

Requisits fonamentals per a escenaris de subestacions

1. Requisits d'alta fiabilitat

Les subestacions juguen un paper crític en la distribució d'energia i la protecció del sistema. Punts clau relacionats amb Commutadors de Mitja Tensió:

• Operació de Commutadors de MV: Ha de garantir un rendiment estable a llarg termini sota càrregues altes i commutacions freqüents.
• Comparació de la taxa de fallada:

• Commutadors de Mitja Tensió tradicionals: ~1,2 fallades/unitat/any
• Commutadors de Mitja Tensió intel·ligents: ~0,3 fallades/unitat/any
  • Resistència mecànica: Augmenta de 10.000 a més de 20.000 operacions.
  • Requisits d'interrupció de curcuit tancat:
• Sistemes de 12kV: Normalment 31,5kA–40kA
• Projectes d'energia renovable: Poden requerir ≥63kA

2. Adaptabilitat a entorns complexos

Les subestacions en ciutats, zones industrials o regions remotes imposen reptes únics als commutadors de mitja tensió:

• Alta altitud: Correccions de l'espaiat elèctric (per exemple, els sistemes de 12kV a una altitud de 5.000m requereixen que l'espaiat augmenti de 125mm a 161mm).
• Zones contaminades: El distància de rampell ha de ser major (per exemple, ≥25mm/kV per a la classe III de contaminació).
• Zones costaneres: Han de passar les proves de pulverització de sal (per exemple, prova CASS de 1.000 hores).
• Altes temperatures i humitat: Són essencials els sistemes intel·ligents de deshumidificació.

3. Requisits d'actualització intel·ligent

La transformació digital augmenta la demanda de funcions intel·ligents en els commutadors de MV:

• Suporta el protocol de comunicació IEC 61850 per compartir dades i control remot.
• Monitoratge d'estat (temperatura, corrent, estat mecànic), predicció de fallades i diagnòstic remot reduïxen els costos de manteniment.

• Estudis mostren que els sistemes de monitoratge intel·ligent poden:
  • Reduir la freqüència d'inspeccions manuals en un 70%.
  • Prolongar la vida útil de l'equipament fins a 3 vegades.
  • Reducir els costos anuals de manteniment en un 35%.

4. Requisits de protecció de seguretat i sísmics

Normes estrictes de seguretat per als commutadors de mitja tensió:

• Sistema d'interbloqueig "Cinc-prevegudes": Preveu errors crítics (per exemple, moure el circuit interrompible sota càrrega).
• Protecció d'arc intern: Canals de descàrrec de pressió limiten la pressió màxima a ≤48kPa.
• Disseny sísmic: Ha de resistir terremots d'alta intensitat (per exemple, deformació ≤1,2mm sota una intensitat sísmica de 9 graus).

5. Restriccions d'espai i optimització de la disposició

     Disseny modular per a una utilització eficient de l'espai:

• Els commutadors de MV moderns amb pols aïllats sòlid redueixen l'empremta en un 37,5% i disminueixen la resistència del circuit principal en més de 40%.        

Solucions tecnològiques clau

1. Commutadors de mitja tensió metàl·licament tancats (representats per KYN28)

• Vantatge estructural: Compartiments blindats segregats (interruptor, barra de bus, cable) preveuen la propagació de fallades.
• Adaptabilitat ambiental: Grau de protecció IP4X o superior, adequat per zones contaminades i humides.
• Quota de mercat: Domina el mercat (>60%), és l'opció principal per a les subestacions.

2. Sistemes de control intel·ligents per a commutadors de mitja tensió

• Funcions principals:

• Relés de protecció basats en microprocessadors compatibles amb IEC 61850.
• Monitoratge en temps real utilitzant algoritmes d'IA per predir la vida útil dels components (per exemple, la resistència mecànica del circuit interrompible fins a 100.000 operacions).
  • Efecte del cas: Un projecte de la Xarxa Estatal va reduir les taxes de fallada en un 30% i els costos de manteniment en un 20%.

3. Protecció de seguretat en commutadors de mitja tensió

• Mecanisme d'interbloqueig "Cinc-prevegudes": Implica seqüències d'operació segura.
• Protecció contra arcs: Canals de descàrrec de pressió i sistemes d'extinció d'arc.   

Escenaris d'aplicació típics i estudis de cas

1. Cas 1: Actualització de subestacions urbanes
   • Repte: Ampliació de subestacions antigues amb un creixement de càrrega elevat.
   • Solució:

• Implementació de commutadors aïllats a gas (GIS) amb corrent nominal de 4.000A, economitzant un 30% d'espai.
• Implementació d'una plataforma de núvol per a la gestió remota.
  • Resultats: La fiabilitat de l'abastament d'energia va augmentar en un 15%; la durada de les interrupcions es va reduir en un 40%.

2. Cas 2: Connexió a la xarxa d'una planta de energia renovable (parc eòlic)

• Repte: Entorn advers (alta humitat salina, oscil·lacions de temperatura) causant fallades.
• Solució:

• Commutadors de MV metàl·licament tancats millorats amb protecció IP54 i calefactors interns.
• Mòduls de commutació de càrrega capacitiva per a l'energia eòlica estable.
  • Resultats: La taxa de èxit de la connexió a la xarxa va millorar en un 15%; els costos operatius es van reduir en un 10%.

Tendències futures: solucions més verdes i gemel digital

1. Commutadors de mitja tensió ecològics
   • Eliminació gradual de SF₆, utilitzant tecnologia híbrida aïllada amb aire sec o nitrògen.
   • Nous materials aïllants milloren l'eficiència energètica en un 20%.

2. Integració del gemel digital per a commutadors de mitja tensió

• Utilitzant el modelatge de la informació de construcció (BIM) per a proves preinstal·lació.
• Mirall de dades en temps real optimitza la distribució de càrrega i allarga la vida útil.