В целомсистема электропитания распределительного устройстваВ архитектуре вентиляционные отверстия в корпусах распределительных устройств часто являются самой упускаемой из виду деталью конструкции. Большинство людей просто рассматривают их как «маленькие-отверстия для отвода тепла», не подозревая, что эти, казалось бы, незначительные отверстия служат критически важным интерфейсом, уравновешивающим тепловую эффективность и защиту окружающей среды,-напрямую влияющим на температурную стабильность оборудования, срок службы изоляции и долгосрочную-безопасность эксплуатации. К распределительным устройствам разных уровней напряжения предъявляются совершенно разные требования в отношении коэффициента открытия, конструкции компоновки и защитных конструкций. Это особенно актуально дляраспределительное устройство 12 кВшироко используется на промышленных предприятиях, шахтах, в индустриальных парках и муниципальных электросетях, где колебания нагрузки значительны, а условия эксплуатации сложны. Даже незначительные отклонения в конструкции вентиляционных отверстий могут привести к ряду неисправностей, таких как срабатывания по перегреву, образованию конденсата, попаданию влаги и скоплению пыли.
Традиционное проектирование вентиляции распределительных устройств долгое время основывалось на эмпирических формулах инженеров, в результате чего был разработан единый-размер-подходящий-подход с такими недостатками, как увеличение размера вентиляционного отверстия при недостаточном охлаждении или уменьшение размера вентиляционного отверстия при недостаточной защите-, что затрудняет достижение сбалансированного решения. Широкое внедрение технологии моделирования вычислительной гидродинамики (CFD) полностью преодолело ограничения проектирования,-основанного на опыте. Путем цифрового моделирования полей воздушного потока, температуры и давления внутри шкафа CFD обеспечивает точную количественную оценку параметров вентиляции, достигая оптимального баланса между характеристиками рассеивания тепла и степенью защиты IP. В этой статье будут проанализированы основные противоречия в проектировании вентиляционных отверстий, логика оптимизации CFD-моделирования и стандартизированные проектные решения, адаптированные к различным потребностям.напряжение распределительного устройствауровни, основанные на практическом применении распределительного оборудования 12 кВ, обеспечивающие техническую поддержку длительной-стабильной работы распределительных электросистем.
Основная битва за вентиляционные отверстия: внутреннее противоречие между потребностями в рассеивании тепла и защитными барьерами
Основные компоненты, такие как шины, автоматические выключатели и трансформаторы внутри распределительного шкафа, будут постоянно генерировать джоулево тепло в течение длительного-тока-переноса тока. Накопление тепла напрямую приведет к повышению температуры внутри шкафа, ускорению старения изоляционных материалов и снижению уровня выдерживаемого напряжения оборудования. Это одна из основных причин отказов оборудования в системах распределения электроэнергии. Вентиляционные отверстия, являясь единственным каналом теплообмена шкафа с естественной конвекцией, играют решающую роль в отводе избыточного тепла и балансировке температуры внутри шкафа. Однако наличие вентиляционных отверстий также нарушает герметичность системы защиты шкафа, создавая канал для проникновения загрязнений из окружающей среды.
Наиболее ярко это противоречие проявляется в распределительном оборудовании 12 кВ. Являясь наиболее широко используемым оборудованием среднего-напряжения в распределительных электросистемах, распределительные шкафы на 12 кВ обычно используются на открытом воздухе, в распределительных помещениях и заводских цехах в сложных сценариях. Они должны соответствовать требованиям по-отводу тепла высокой интенсивности при работе с полной-нагрузкой и противостоять эрозии пыли, дождя, соляного тумана и конденсата. Если вентиляционные отверстия слепо увеличены, это напрямую снизит уровень защиты IP шкафа, что приведет к поглощению влаги изоляцией, местным разрядам и ржавчине металла; чрезмерная герметизация вентиляционной конструкции приведет к застою воздушного потока внутри шкафа и накоплению тепла, что приведет к отключению от перегрева и резкому сокращению срока службы оборудования.
При этом плотность тепловой нагрузки распределительных шкафов разных уровней напряжения распределительных устройств сильно различается. Стандарты проектирования вентиляции не могут быть универсальными. Распределительные шкафы низкого-напряжения имеют меньшую тепловую нагрузку и большой допуск на вентиляцию; Распределительное устройство 12 кВ имеет большой номинальный ток, высокую напряженность электрического поля и малую избыточность изоляции, но к нему предъявляются чрезвычайно жесткие требования к амплитуде повышения температуры внутри шкафа, равномерности воздушного потока и герметичности. Только опираясь на традиционный опыт проектирования, невозможно сбалансировать двойные требования по отводу тепла и защите.
II. Болевые точки отрасли в традиционном проектировании вентиляции: скрытые дефекты эмпирического проектирования
До широкого внедрения технологии CFD-моделирования конструкция вентиляционных отверстий в отрасли обычно следовала эмпирической модели «фиксированная скорость открытия + стандартизированная планировка». Большинство из них установили степень открытия шкафа на уровне 15% - 20% и единообразно использовали верхнюю и нижнюю параллельную вентиляционную структуру. Эта упрощенная конструкция имеет множество скрытых недостатков и является основной причиной того, что многие распределительные устройства 12 кВ долгое время работают с неисправностями.
Во-первых, происходит неравномерный отвод тепла и локальное накопление тепла. Традиционная конструкция не может предсказать направление воздушного потока в шкафу и склонна к образованию мертвых зон в зонах, -генерирующих тепло, таких как помещение с выключателем и помещение с шинами. Многие сбои в работе распределительных устройств показывают, что некоторые распределительные шкафы 12 кВ достигли норматива по общему повышению температуры, но температура некоторых шинных соединений превышает норматив на 30 %, основной причиной является неразумное расположение вентиляционных отверстий, и поток воздуха не может охватить места, -генерирующие тепло.
Во-вторых, уровень защиты указан неверно, а адаптация к окружающей среде плохая. Для обеспечения отвода тепла вентиляционные отверстия большинства традиционных распределительных шкафов не имеют усовершенствованных отводящих поток, пылезащитных-или дождезащитных-конструкций. Во влажной и пыльной среде водяной пар и пыль проникают в шкаф через вентиляционные отверстия. Другойнапряжение распределительного устройстваоборудование имеет различные допуски по изоляции.распределительное устройство 12 кВчрезвычайно чувствителен к конденсации пыли, поэтому небольшая влага вызовет локальные разряды, а длительное-накопление приведет к разрушению изоляции и возгоранию оборудования.
Наконец, наблюдается несоответствие параметров и недостаточная адаптивность. Унифицированные параметры вентиляции не могут быть адаптированы к различным условиям нагрузки. При работе с небольшой нагрузкой чрезмерная вентиляция приводит к образованию конденсата, а при работе с большой нагрузкой недостаточная вентиляция приводит к перегреву. Он всегда оказывается в ловушке дизайнерской дилеммы «потерять одно, чтобы получить другое».
III. Технология CFD-моделирования: основной инструмент для решения дилеммы рассеивания тепла и защиты
Основная ценность CFD-моделирования заключается в преобразовании абстрактного движения воздушного потока и теплопередачи в визуальные данные. Благодаря итерациям цифрового моделирования он может точно определить оптимальный размер, положение, угол и скорость открытия вентиляционных отверстий без снижения уровня защиты IP и максимизировать эффективность рассеивания тепла. Он идеально решает основные проблемы традиционных конструкций и теперь стал основным процессом стандартизации распределительных устройств на 12 кВ.
1. Моделирование поля потока: Устраните мертвые зоны воздушного потока и добейтесь равномерного рассеивания тепла по всей площади.
CFD-моделирование может полностью воспроизвести условия эксплуатации распределительного устройства и смоделировать скорость воздуха, направление потока и распределение давления внутри шкафа при различных нагрузках. Для независимой разделенной структуры отсека сборных шин, камеры выключателя и кабельной камеры в распределительном устройстве на 12 кВ путем многократного итеративного моделирования оптимизируется расположение перегородок с вентиляционными отверстиями: расположенные снизу-впускные отверстия вводят свежий воздух с низкой-температурой, установленные сверху-наклонные вытяжные отверстия отводят горячий-горячий воздух, точно избегая препятствий потоку воздуха, вызванных перегородками шкафа и компонентами, полностью исключая локальное накопление тепла и сохраняя Разница температур в шкафу в пределах 5 градусов.
2. Моделирование температурного поля: количественно определите порог повышения температуры и сопоставьте требования к уровню напряжения.
Шкафы распределительных устройств разных уровней напряжения имеют совершенно разные пределы превышения температуры и температуры допуска изоляции. CFD-моделирование позволяет точно рассчитать данные о повышении температуры шин, контактов и компонентов изоляции под различными вентиляционными конструкциями на основе национальных стандартов повышения температуры для оборудования на 12 кВ. Он может специально регулировать скорость открытия вентиляции. Данные моделирования показывают, что после оптимизации CFDраспределительное устройство 12 кВпри номинальной работе с полной-нагрузкой максимальное повышение температуры может сохраняться в пределах 40 К, что намного ниже предела, установленного национальным стандартом, и не требует слепого увеличения размера отверстия.
3. Моделирование защиты: структурная оптимизация без снижения защиты, предотвращение вторжения в окружающую среду.
CFD не только моделирует рассеивание тепла воздушным потоком, но также моделирует траектории движения дождевой воды, пыли и влаги. За счет оптимизации угла жалюзи вентиляционных отверстий, апертуры пылезащитной сетки и конструкции отвода воздуха достигается «прозрачность вентиляции и блокировка примесей». Традиционные вентиляционные отверстия имеют прямую структуру и обладают слабой защитной способностью. В то время как вентиляционная структура распределительного устройства 12 кВ, оптимизированная с помощью CFD, включает наклонные жалюзи на 30–45 градусов + много-пылезащитную-конструкцию отвода, она может блокировать проникновение 99 % пыли и влаги, сохраняя при этом тот же объем воздушного потока и стабильно поддерживая высокий уровень защиты IP54.
IV. Оптимальная схема проектирования вентиляционных отверстий после CFD-оптимизации (подходит для сценария среднего напряжения 12 кВ)
На основе обширного моделирования и практических случаев применениясистема электропитания распределительного устройстваС тех пор в отрасли была разработана стандартизированная схема-оптимизированной CFD вентиляции для распределительных устройств на напряжение 12 кВ, которая действительно обеспечивает оптимальный баланс между рассеиванием тепла и защитой.
В конструктивной компоновке принят зональный поперечно-поточный режим вентиляции: в нижней части отсека выключателя расположены длинные полосчатые-приемные отверстия, в верхней части шинного отсека расположены наклонные вытяжные отверстия, а для кабельного отсека независимо конфигурируются боковые вентиляционные отверстия. Зональная вентиляция позволяет избежать турбулентности воздуха и точно согласовывает мощность тепловыделения каждого отсека. По сравнению с традиционной общей конструкцией вентиляции эффективность рассеивания тепла увеличена более чем на 35%.
Что касается контроля параметров, оптимальная скорость открытия строго контролируется: общая скорость открытия шкафа распределительного устройства 12 кВ контролируется на уровне 12–15 %, что отличается от конструкции с большим открытием низковольтного оборудования и позволяет избежать проблем с чрезмерной герметизацией высоко-оборудования, идеально адаптируясь к тепловой нагрузке и требованиям защиты оборудования среднего-напряжения.
Что касается защитной конструкции, в стандартную комплектацию входят бионический дефлектор,-пыленепроницаемая решетка и съемная-пылезащитная-сетка высокой плотности. В сочетании с наклонной конструкцией, оптимизированной с помощью CFD-моделирования, он эффективно блокирует проникновение уличной пыли, дождя и комаров, одновременно облегчая последующее обслуживание и очистку. С конструктивной точки зрения он полностью устраняет проблемы, связанные с конденсацией, ржавчиной и загрязнением изоляции.
V. Краткое описание отраслевой ценности: детальное проектирование определяет надежность системы распределения
Ряд небольших вентиляционных отверстий, на первый взгляд незначительных, на самом деле является основной деталью конструкции распределительного устройства. Это напрямую влияет на устойчивость шкафа распределительного устройства в течение его 20-летнего полного жизненного цикла. Традиционному эмпирическому проектированию всегда не удавалось преодолеть внутреннее противоречие между рассеиванием тепла и защитой, в то время как технология компьютерного гидродинамического моделирования CFD с помощью цифровых, количественных и визуальных методов проектирования полностью преодолевает узкое место в отрасли.
Для распределительного устройства на 12 кВ, которое является наиболее широко используемым и имеет самые широкие сценарии применения среди основного оборудования среднего-напряжения, усовершенствованная конструкция оптимизации вентиляционных отверстий может не только адаптироваться к рабочим характеристикам напряжения распределительного устройства, обеспечивая отсутствие перегрева при полной-нагрузке и длительной-работе, но также обеспечивать защитную нижнюю линию шкафа, противодействуя эрозии в сложных условиях работы и значительно снижая частоту отказов оборудования, а также затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.
В условиях нынешней трансформации распределительной отрасли в сторону усовершенствования, цифровизации и долгосрочной-эксплуатации конкуренция по надежности распределительных шкафов больше не является соревнованием отдельных основных компонентов, а представляет собой комплексное соревнование структурных деталей, моделирования и полной-адаптации к сценариям. Оптимизация конструкции вентиляции с помощью CFD-моделирования для достижения идеального баланса между рассеиванием тепла и защитой является именно основным барьером, который отличает высококачественное распределительное оборудование-от обычных продуктов, а также является ключевым краеугольным камнем для обеспечения безопасной, стабильной и долгосрочной-долговременной работы всей энергосистемы.
О нас
Компания Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. была основана в 2018 году на основе 17-летнего специализированного опыта в области проектирования и производства трансформаторов. Как производитель, сертифицированный по стандарту ISO 9001:2015-, мы предлагаем широкий ассортимент высокоэффективных-масляных-распределительных трансформаторов сухого типа, а также интеллектуальных распределительных устройств. Наша продукция, разработанная в соответствии с мировыми стандартами, пользуется доверием клиентов в Европе, на Ближнем Востоке, в Южной Америке, Юго-Восточной Азии и Африке благодаря своей долговечности и эксплуатационной эффективности.
Под руководством специальной группы исследований и разработок, обладающей более 40 патентами, мы обеспечиваем переход от традиционного производства к интеллектуальной, устойчивой интеграции энергосистем. Внедряя передовые технологии, такие как удаленный мониторинг на основе Интернета вещей-, прогнозный анализ на основе искусственного интеллекта- и полностью оцифрованные производственные процессы, мы предоставляем инновационные, надежные и перспективные-решения в области электропитания для развивающейся глобальной энергетической среды.