Στο σύνολοσύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειαςαρχιτεκτονικής, τα ανοίγματα εξαερισμού στα περιβλήματα των διακοπτών είναι συχνά η πιο παραγνωρισμένη δομική λεπτομέρεια. Οι περισσότεροι άνθρωποι τις θεωρούν απλώς "μικρές-τρύπες απαγωγής θερμότητας", αγνοώντας ότι αυτά τα φαινομενικά ασήμαντα ανοίγματα χρησιμεύουν ως η κρίσιμη διεπαφή που εξισορροπεί τη θερμική απόδοση και την προστασία του περιβάλλοντος-που επηρεάζει άμεσα τη σταθερότητα της θερμοκρασίας του εξοπλισμού, τη διάρκεια ζωής της μόνωσης και τη μακροπρόθεσμη{3}ασφάλεια λειτουργίας. Οι διακόπτες διαφορετικών επιπέδων τάσης έχουν πολύ διαφορετικές απαιτήσεις όσον αφορά την αναλογία ανοίγματος, τη σχεδίαση διάταξης και τις προστατευτικές δομές. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα γιαΔιακόπτης 12 kVχρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, ορυχεία, βιομηχανικά πάρκα και δημοτικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, όπου οι διακυμάνσεις του φορτίου είναι σημαντικές και τα περιβάλλοντα λειτουργίας είναι πολύπλοκα. Ακόμη και μικρές αποκλίσεις στον σχεδιασμό της οπής αερισμού μπορεί να οδηγήσουν σε μια σειρά αστοχιών όπως υπερθέρμανση, συμπύκνωση, εισροή υγρασίας και συσσώρευση σκόνης.
Ο παραδοσιακός σχεδιασμός εξαερισμού για συσκευές διανομής βασίζεται εδώ και πολύ καιρό σε εμπειρικούς τύπους μηχανικών, με αποτέλεσμα μια προσέγγιση-ενιαίου μεγέθους-ταιριάζει-με όλα τα μειονεκτήματα, όπως η αύξηση του μεγέθους ανοίγματος όταν η ψύξη είναι ανεπαρκής ή η μείωση του μεγέθους αερισμού όταν η προστασία είναι ανεπαρκής-καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη ισορροπημένης λύσης. Η ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας προσομοίωσης υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD) έχει ξεπεράσει πλήρως τους περιορισμούς του σχεδιασμού που βασίζεται στην εμπειρία-. Με την ψηφιακή προσομοίωση των πεδίων ροής αέρα, θερμοκρασίας και πίεσης μέσα στο ερμάριο, το CFD επιτρέπει την ακριβή ποσοτικοποίηση των παραμέτρων αερισμού, επιτυγχάνοντας τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ της απόδοσης απαγωγής θερμότητας και των αξιολογήσεων προστασίας IP. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει τις βασικές αντιφάσεις στο σχεδιασμό των οπών αερισμού, τη λογική πίσω από τη βελτιστοποίηση προσομοίωσης CFD και τυποποιημένες σχεδιαστικές λύσεις προσαρμοσμένες σε διαφορετικάτάση διακοπτώνεπίπεδα, που βασίζονται σε πρακτικές εφαρμογές εξοπλισμού διακοπτών 12 kV, παρέχοντας τεχνική υποστήριξη για τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία των συστημάτων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.
Η βασική μάχη των οπών αερισμού: Η εγγενής αντίφαση μεταξύ των αναγκών θερμικής διάχυσης και των προστατευτικών φραγμών
Τα εξαρτήματα του πυρήνα, όπως οι ζυγοί, οι διακόπτες κυκλώματος και οι μετασχηματιστές μέσα στο ερμάριο διακόπτη θα παράγουν συνεχώς θερμότητα joule κατά τη διάρκεια-μακροχρόνιας λειτουργίας-μεταφοράς ρεύματος. Η συσσώρευση θερμότητας θα αυξήσει άμεσα την αύξηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του ντουλαπιού, θα επιταχύνει τη γήρανση των μονωτικών υλικών και θα μειώσει το επίπεδο τάσης αντοχής του εξοπλισμού. Αυτή είναι μια από τις κύριες αιτίες αστοχιών εξοπλισμού στα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι οπές εξαερισμού, ως το μόνο φυσικό κανάλι ανταλλαγής θερμότητας μεταφοράς του ντουλαπιού, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απομάκρυνση της περίσσειας θερμότητας και στην εξισορρόπηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του ντουλαπιού. Ωστόσο, η ύπαρξη οπών εξαερισμού σπάει και το σύστημα προστασίας στεγανοποίησης του ντουλαπιού, δημιουργώντας ένα κανάλι εισβολής περιβαλλοντικών ακαθαρσιών.
Αυτή η αντίφαση είναι πιο εμφανής στον εξοπλισμό διανομής 12 kV. Ως ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός μέσης-τάσης στο σύστημα ισχύος του εξοπλισμού διανομής, τα ερμάρια διακοπτών 12 kV χρησιμοποιούνται συνήθως σε εξωτερικούς χώρους, χώρους διανομής και εργαστήρια εργοστασίων σε περίπλοκα σενάρια. Πρέπει να αντεπεξέλθουν στις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας-υψηλής έντασης σε λειτουργία πλήρους-φόρτωσης και να αντισταθούν στη διάβρωση της σκόνης, της βροχής, της ομίχλης με αλάτι και της συμπύκνωσης. Εάν οι οπές εξαερισμού μεγεθύνονται τυφλά, θα μειώσει άμεσα το επίπεδο προστασίας IP του ντουλαπιού, προκαλώντας απορρόφηση υγρασίας μόνωσης, τοπική εκκένωση και σκουριά μετάλλου. Εάν η δομή εξαερισμού είναι υπερβολικά σφραγισμένη, θα οδηγήσει σε στασιμότητα της ροής αέρα μέσα στο ερμάριο και συσσώρευση θερμότητας, με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση της υπερθέρμανσης και την απότομη μείωση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού.
Ταυτόχρονα, η πυκνότητα θερμικού φορτίου των ντουλαπιών διακοπτών διαφορετικών επιπέδων τάσης διακοπτών ποικίλλει σημαντικά. Τα πρότυπα σχεδιασμού αερισμού δεν μπορούν να είναι καθολικά. Τα ντουλάπια διακοπτών χαμηλής-τάσης έχουν χαμηλότερο θερμικό φορτίο και μεγάλο χώρο ανοχής αερισμού. Ενώ ο διακόπτης 12 kV έχει μεγάλο ονομαστικό ρεύμα, υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου και μικρό πλεονασμό μόνωσης, έχει εξαιρετικά αυστηρές απαιτήσεις για το πλάτος αύξησης της θερμοκρασίας μέσα στο ερμάριο, ομοιομορφία ροής αέρα και περιβαλλοντική στεγανοποίηση. Μόνο βασιζόμενοι στην παραδοσιακή εμπειρία για το σχεδιασμό, είναι αδύνατο να εξισορροπηθούν οι διπλές απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας και προστασίας.
II. Industry Pain Points of Traditional Ventilation Design: Hidden Defects of Empirical Design
Πριν από την ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας προσομοίωσης CFD, ο σχεδιασμός των οπών αερισμού στη βιομηχανία ακολουθούσε γενικά το εμπειρικό μοντέλο "σταθερός ρυθμός ανοίγματος + τυποποιημένη διάταξη". Τα περισσότερα από αυτά έθεσαν ρυθμό ανοίγματος ντουλαπιού 15% - 20%, και υιοθέτησαν ομοιόμορφα μια επάνω και κάτω παράλληλη δομή αερισμού. Αυτός ο απλοϊκός σχεδιασμός έχει πολλά κρυφά ελαττώματα και είναι ο βασικός λόγος για τον οποίο πολλοί διακόπτες 12 kV λειτουργούν με σφάλματα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Πρώτον, υπάρχει ανομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας και τοπική συσσώρευση θερμότητας. Ο παραδοσιακός σχεδιασμός δεν μπορεί να προβλέψει την κατεύθυνση της ροής του αέρα στο ερμάριο και είναι επιρρεπής στο σχηματισμό νεκρών ζωνών αέρα σε περιοχές που παράγουν θερμότητα του πυρήνα-όπως το δωμάτιο του διακόπτη κυκλώματος και το δωμάτιο του διαύλου. Πολλές αποτυχίες λειτουργίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας διακοπτών δείχνουν ότι περίπου ερμάρια διακοπτών 12 kV έχουν φτάσει το πρότυπο για τη συνολική αύξηση της θερμοκρασίας, αλλά η θερμοκρασία ορισμένων συνδέσμων ράβδων υπερβαίνει το 30% πάνω από το τυπικό, η βασική αιτία είναι η παράλογη διάταξη των οπών αερισμού και η ροή αέρα δεν μπορεί να καλύψει τις θέσεις παραγωγής θερμότητας του πυρήνα{{5}.
Δεύτερον, το επίπεδο προστασίας επισημαίνεται εσφαλμένα και η περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα είναι κακή. Για να διασφαλιστεί η απαγωγή της θερμότητας, οι περισσότερες οπές εξαερισμού των παραδοσιακών ντουλαπιών διακόπτη δεν διαθέτουν εκλεπτυσμένες δομές εκτροπής ροής, προστασίας από τη σκόνη- ή τη βροχή-. Σε περιβάλλοντα με υγρασία και σκόνη, οι υδρατμοί και η σκόνη θα εισβάλουν στο ντουλάπι μέσω των οπών εξαερισμού. Διαφορετικόςτάση διακοπτώνΟ εξοπλισμός έχει διαφορετικές δυνατότητες ανοχής μόνωσης.Διακόπτης 12 kVείναι εξαιρετικά ευαίσθητο στη συμπύκνωση σκόνης και η ελαφρά υγρασία θα προκαλέσει τοπική εκκένωση και η μακροπρόθεσμη συσσώρευση θα οδηγήσει σε βλάβη της μόνωσης και καύση του εξοπλισμού.
Τέλος, υπάρχει αναντιστοιχία παραμέτρων και ανεπαρκής προσαρμοστικότητα. Οι ενοποιημένες παράμετροι αερισμού δεν μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικές συνθήκες φορτίου. Κατά τη λειτουργία με ελαφρύ φορτίο, ο υπερβολικός αερισμός προκαλεί συμπύκνωση και κατά τη λειτουργία με βαρύ φορτίο, ο ανεπαρκής αερισμός οδηγεί σε υπερθέρμανση. Παγιδεύεται πάντα σε ένα σχεδιαστικό δίλημμα «χάνοντας το ένα για να κερδίσω το άλλο».
III. Τεχνολογία προσομοίωσης CFD: Το βασικό εργαλείο για την επίλυση του διλήμματος της διάχυσης θερμότητας και της προστασίας
Η βασική αξία της προσομοίωσης CFD έγκειται στη μετατροπή της αφηρημένης κίνησης ροής αέρα και της μεταφοράς θερμότητας σε οπτικά δεδομένα. Μέσω επαναλήψεων ψηφιακής προσομοίωσης, μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια το βέλτιστο μέγεθος, τη θέση, τη γωνία και το ρυθμό ανοίγματος των οπών αερισμού, χωρίς να μειώνει το επίπεδο προστασίας IP, και να μεγιστοποιήσει την απόδοση απαγωγής θερμότητας. Αντιμετωπίζει τέλεια τα βασικά σημεία πόνου των παραδοσιακών σχεδίων και έχει γίνει πλέον η βασική διαδικασία του σχεδιασμού τυποποίησης 12 kv διακοπτών.
1. Προσομοίωση πεδίου ροής: Εξαλείψτε τις νεκρές ζώνες ροής αέρα και επιτύχετε ομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας σε όλη την περιοχή
Η προσομοίωση CFD μπορεί να αντιγράψει πλήρως τις συνθήκες λειτουργίας του συστήματος ισχύος του εξοπλισμού διανομής και να προσομοιώσει την ταχύτητα του αέρα, την κατεύθυνση ροής και την κατανομή πίεσης εντός του θαλάμου υπό διαφορετικά φορτία. Για την ανεξάρτητη διαμερισμένη δομή του θαλάμου ζυγού, του θαλάμου διακόπτη κυκλώματος και του θαλάμου καλωδίων σε εξοπλισμό διακοπτών 12 kv, μέσω πολλαπλών επαναληπτικών προσομοιώσεων, βελτιστοποιείται η διάταξη διαμερίσματος οπών εξαερισμού: κάτω-τοποθετημένες οπές εισαγωγής εισάγουν χαμηλή-θερμοκρασία φρέσκου αέρα, επάνω{4}}υψηλή εκπνοή{4} αέρα, αποφεύγοντας ακριβώς την παρεμπόδιση της ροής του αέρα που προκαλείται από χωρίσματα και εξαρτήματα του ντουλαπιού, εξαλείφοντας πλήρως την τοπική συσσώρευση θερμότητας και διατηρώντας τη διαφορά θερμοκρασίας του ντουλαπιού εντός 5 μοιρών.
2. Προσομοίωση Πεδίου Θερμοκρασίας: Ποσοτικοποιήστε το κατώφλι αύξησης θερμοκρασίας και αντιστοιχίστε τις απαιτήσεις επιπέδου τάσης
Τα ντουλάπια διακοπτών διαφορετικών επιπέδων τάσης έχουν εντελώς διαφορετικά όρια ανύψωσης θερμοκρασίας και θερμοκρασίες ανοχής μόνωσης. Η προσομοίωση CFD μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια τα δεδομένα αύξησης θερμοκρασίας των ζυγών, των επαφών και των εξαρτημάτων μόνωσης κάτω από διαφορετικές δομές εξαερισμού με βάση τα εθνικά πρότυπα αύξησης θερμοκρασίας εξοπλισμού 12 kV. Μπορεί να ρυθμίσει ειδικά τον ρυθμό ανοίγματος αερισμού. Τα δεδομένα προσομοίωσης δείχνουν ότι μετά τη βελτιστοποίηση CFD, τοΔιακόπτης 12 kvσε λειτουργία ονομαστικής-πλήρου φορτίου μπορεί να διατηρήσει την υψηλότερη αύξηση θερμοκρασίας εντός 40 K, πολύ κάτω από το εθνικό τυπικό όριο και δεν χρειάζεται να επεκτείνει τυφλά το μέγεθος ανοίγματος.
3. Προσομοίωση Προστασίας: Δομική βελτιστοποίηση χωρίς μείωση της προστασίας, αποτροπή περιβαλλοντικής διείσδυσης
Το CFD όχι μόνο προσομοιώνει τη διάχυση θερμότητας ροής αέρα, αλλά προσομοιώνει επίσης τις τροχιές κίνησης του βρόχινου νερού, της σκόνης και της υγρασίας. Βελτιστοποιώντας τη γωνία των περσίδων οπών αερισμού, του ανοίγματος της οθόνης σκόνης και της δομής εκτροπής, επιτυγχάνει "διαφάνεια αερισμού και μπλοκάρισμα ακαθαρσιών". Οι παραδοσιακές οπές αερισμού είναι ευθύγραμμης δομής, με ασθενή ικανότητα προστασίας. Ενώ η δομή εξαερισμού του εξοπλισμού διανομής 12 kv βελτιστοποιημένη από το CFD υιοθετεί κεκλιμένες περσίδες 30-45 μοιρών + σχεδιασμό εκτροπής πολλαπλών-στρωματικών στρωμάτων-, μπορεί να εμποδίσει το 99% της εισβολής σκόνης και υγρασίας διατηρώντας τον ίδιο όγκο ροής αέρα και διατηρεί σταθερά το επίπεδο προστασίας IP54.
IV. Σχέδιο σχεδίασης βέλτιστων οπών εξαερισμού μετά τη βελτιστοποίηση CFD (Κατάλληλο για σενάριο μέσης τάσης 12 kV)
Βασισμένο σε εκτεταμένες περιπτώσεις προσομοίωσης και πρακτικής εφαρμογής τουσύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειαςs, η βιομηχανία έχει αναπτύξει ένα τυποποιημένο σχέδιο σχεδιασμού βελτιστοποιημένου αερισμού CFD- για συσκευές διανομής 12 kV, επιτυγχάνοντας πραγματικά τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ της απαγωγής θερμότητας και της προστασίας.
Όσον αφορά τη δομική διάταξη, υιοθετείται ένας τρόπος αερισμού με διασταυρούμενη ροή:-οι οπές εισαγωγής σε σχήμα μακράς λωρίδας- τοποθετούνται στο κάτω μέρος του διαμερίσματος του διακόπτη κυκλώματος, οι κεκλιμένες οπές εξαγωγής τοποθετούνται στην κορυφή του διαμερίσματος της ράβδου διαύλου και οι πλευρικές θυρίδες αερισμού διαμορφώνονται ανεξάρτητα για το c. Ο εξαερισμός ζώνης αποφεύγει τις αναταράξεις του αέρα και ταιριάζει ακριβώς με την ισχύ παραγωγής θερμότητας κάθε διαμερίσματος. Σε σύγκριση με τον παραδοσιακό συνολικό σχεδιασμό αερισμού, η απόδοση απαγωγής θερμότητας αυξάνεται κατά περισσότερο από 35%.
Όσον αφορά τον έλεγχο των παραμέτρων, ο βέλτιστος ρυθμός ανοίγματος ελέγχεται αυστηρά: ο συνολικός ρυθμός ανοίγματος του πίνακα διακοπτών 12kV ελέγχεται στο 12%–15%, το οποίο διαφέρει από τον σχεδιασμό μεγάλου ανοίγματος του εξοπλισμού χαμηλής{{3}τάσης και αποφεύγει το πρόβλημα υπερβολικής στεγανοποίησης του εξοπλισμού υψηλής τάσης, προσαρμόζοντας τέλεια τις απαιτήσεις σε τάση {5} του εξοπλισμού υψηλής τάσης και{5} της θερμότητας.
Όσον αφορά την προστατευτική δομή, είναι στάνταρ εξοπλισμένα μια βιονική εκτροπέας σκόνης-προστατευτική περσίδα και αποσπώμενο δίχτυ υψηλής{1}πυκνότητας-σκόνης. Σε συνδυασμό με τη σχεδίαση κεκλιμένης γωνίας που έχει βελτιστοποιηθεί από την προσομοίωση CFD, εμποδίζει αποτελεσματικά την είσοδο σκόνης, βροχής και κουνουπιών σε εξωτερικούς χώρους, ενώ διευκολύνει τη μετέπειτα συντήρηση και καθαρισμό. Από δομική άποψη, εξαλείφει εντελώς τα προβλήματα συμπύκνωσης, σκουριάς και μόλυνσης της μόνωσης.
V. Περίληψη Αξίας κλάδου: Ο λεπτομερής σχεδιασμός καθορίζει την αξιοπιστία του συστήματος διανομής
Μια σειρά από μικρές οπές εξαερισμού, φαινομενικά ασήμαντες, είναι στην πραγματικότητα η βασική λεπτομέρεια του σχεδιασμού αξιοπιστίας για το ηλεκτρικό σύστημα διανομής. Επηρεάζει άμεσα τη σταθερότητα του πίνακα διακοπτών κατά την 20ετή πλήρη λειτουργία του κύκλου ζωής του. Ο παραδοσιακός εμπειρικός σχεδιασμός ήταν ανέκαθεν ανίκανος να ξεπεράσει την εγγενή αντίφαση μεταξύ της απαγωγής θερμότητας και της προστασίας, ενώ η τεχνολογία προσομοίωσης υπολογιστικής δυναμικής ρευστών CFD, μέσω ψηφιακών, ποσοτικών και οπτικοποιημένων μεθόδων σχεδίασης, ξεπερνά εντελώς τη συμφόρηση της βιομηχανίας.
Για συσκευές διανομής 12 kv, που είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος και έχει τα ευρύτερα σενάρια εφαρμογής μεταξύ του εξοπλισμού πυρήνα μέσης{{1}τάσης, ο εκλεπτυσμένος σχεδιασμός βελτιστοποίησης οπών εξαερισμού μπορεί όχι μόνο να προσαρμοστεί στα χαρακτηριστικά λειτουργίας της τάσης του διανομέα, διασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχει υπερθέρμανση κατά τη διάρκεια πλήρους-φόρτωσης και μακροπρόθεσμης λειτουργίας. διάβρωση πολύπλοκων συνθηκών εργασίας και σημαντική μείωση του ποσοστού αστοχίας του εξοπλισμού και του κόστους λειτουργίας και συντήρησης.
Στον τρέχοντα μετασχηματισμό του κλάδου διανομής προς τη βελτίωση, την ψηφιοποίηση και τη μακροπρόθεσμη λειτουργία, ο ανταγωνισμός αξιοπιστίας των ντουλαπιών διακοπτών δεν είναι πλέον ένας ενιαίος ανταγωνισμός βασικών στοιχείων, αλλά ένας ολοκληρωμένος ανταγωνισμός δομικών λεπτομερειών, σχεδίασης προσομοίωσης και πλήρους-προσαρμογής σεναρίου. Η βελτιστοποίηση της δομής εξαερισμού μέσω της προσομοίωσης CFD για την επίτευξη τέλειας ισορροπίας μεταξύ της απαγωγής θερμότητας και της προστασίας είναι ακριβώς το βασικό εμπόδιο που διακρίνει τον εξοπλισμό διανομής υψηλής ποιότητας από τα συνηθισμένα προϊόντα και είναι επίσης ο βασικός ακρογωνιαίος λίθος για τη διασφάλιση της ασφαλούς, σταθερής και μακροπρόθεσμης λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος ισχύος.
Σχετικά με εμάς
Η Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. ιδρύθηκε το 2018, βασιζόμενη σε 17 χρόνια εξειδικευμένης τεχνογνωσίας στη μηχανική και την παραγωγή μετασχηματιστών. Ως κατασκευαστής πιστοποιημένος κατά ISO 9001:2015-, παρέχουμε μια ολοκληρωμένη σειρά-μετασχηματιστών διανομής λαδιού υψηλής απόδοσης-με βυθισμένο και ξηρού τύπου, καθώς και έξυπνες λύσεις διακοπτών. Σχεδιασμένα για να πληρούν τα παγκόσμια πρότυπα, τα προϊόντα μας εμπιστεύονται πελάτες σε όλη την Ευρώπη, τη Μέση Ανατολή, τη Νότια Αμερική, τη Νοτιοανατολική Ασία και την Αφρική για την αντοχή και τη λειτουργική τους αποτελεσματικότητα.
Καθοδηγούμενοι από μια αφοσιωμένη ομάδα Έρευνας και Ανάπτυξης που κατέχει πάνω από 40 διπλώματα ευρεσιτεχνίας, οδηγούμε τη μετάβαση από την παραδοσιακή κατασκευή προς την έξυπνη, βιώσιμη ενοποίηση συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Εφαρμόζοντας προηγμένες τεχνολογίες όπως η απομακρυσμένη παρακολούθηση με βάση το IoT-, η προγνωστική ανάλυση βάσει τεχνητής νοημοσύνης-και οι πλήρως ψηφιοποιημένες διαδικασίες παραγωγής, παρέχουμε καινοτόμες, αξιόπιστες και δυναμικές λύσεις{4}}για το εξελισσόμενο παγκόσμιο ενεργειακό τοπίο.