Вентиляційні отвори з боків або у верхній частині шаф розподільних пристроїв можуть здаватися нічим іншим, як непомітними щілинами, але вони виконують подвійну мету: регулюють «температуру» обладнання та забезпечують його «безпеку». Відповідно довизначення електричних розподільних пристроїв, розподільний пристрій є основним вузлом у системах виробництва, передачі та розподілу електроенергії. Такі компоненти, як автоматичні вимикачі та шини, виділяють значну кількість тепла під час роботи, а вентиляційні отвори служать ключовими каналами для розсіювання тепла. Однак виникає протиріччя: хоча більші та численні отвори покращують ефективність розсіювання тепла, вони також стають легшими точками проникнення дощової води, пилу та соляного туману, що призводить до пошкодження ізоляції вологою та корозії компонентів-, що безпосередньо загрожує безпеці обладнання.
Цей акт балансування-забезпечує «розсіювання тепла без шкоди для захисту та захист без перешкоджання розсіюванню тепла»-особливо інтенсивний в обладнанні середньої- та високої-напруги, наприклад33 кВ газоізольовані розподільні пристроїіРозподільні пристрої 24 кВ. Таке обладнання має високу щільність потужності та нагальні вимоги до розсіювання тепла, і часто розгортається поза приміщенням або в середовищах із високою{1}}вологістю, що вимагає рейтингу IP4X або вище. Застосування технології моделювання обчислювальної гідродинаміки (CFD) уможливило стрибок від «емпіричної оцінки» до «точної кількісної оцінки» у проектуванні вентиляційних отворів, зробивши її основним інструментом для вирішення цієї проблеми. У цій статті буде проаналізовано, як моделювання CFD оптимізує положення, форму та розмір вентиляційних отворів, а також його практичне застосування в розподільних пристроях 24 кВ і розподільних пристроях із газоізоляцією 33 кВ.
I. Чому дизайн вентиляції є «питанням життя і смерті»? Основні конфлікти та болючі точки галузі
Конструкція вентиляції по суті є діалектичною єдністю «повітряних каналів» і «захисних бар'єрів». Особливо для розподільних пристроїв середньої{1}} та високої-напруги будь-яке відхилення від конструкції може призвести до катастрофічних наслідків:
1. Недостатнє розсіювання тепла: фатальний ризик «перегріву» обладнання
Під час роботи втрати Джоуля на шинах і тепло, що утворюється в результаті гасіння дуги вимикача, викликають підвищення внутрішньої температури розподільного пристрою. Дані показують, що з підвищенням внутрішньої температури на кожні 10 градусів термін служби ізоляційних матеріалів скорочується на 50%, а швидкість корозії металевих компонентів збільшується на 30%. дляРозподільні пристрої 24 кВ, з номінальним струмом до 3150 А, якщо підйом внутрішньої температури перевищує 60 К (стандартне обмеження для мідних шин) під час роботи з повним-навантаженням, це безпосередньо спричинить відключення через-температуру; Тим часом, незважаючи на те, що в газоізольованому розподільному пристрої 33 кВ використовується газова ізоляція SF6, сліди витоку газу повинні бути видалені. Якщо вентиляція недостатня, концентрація газу може перевищити безпечні межі, створюючи загрозу безпеці.
2. Порушення захисту: «смертельний шлях» екологічної корозії
Неправильно спроектовані вентиляційні отвори можуть стати прямим шляхом для проникнення дощової води, пилу та конденсату:
Якщо вентиляційні отвори зовнішнього розподільного пристрою 24 кВ не мають захисту від дощу, дощова вода може легко просочуватися під кутом під час сильного дощу, викликаючи коротке замикання вторинного контуру;
У запиленому середовищі, якщо вентиляційні отвори не мають пилових фільтрів або мають занадто великі сітчасті отвори, накопичення пилу в місцях з’єднання шин може збільшити опір контакту та спричинити локальне перегрівання;
У середовищах із високою-вологістю повільний потік повітря через вентиляційні отвори може призвести до конденсації всередині шафи, спричиняючи забруднення вологи в елегазових відсіках газо{3}}розподільного пристрою 33 кВ і погіршуючи ефективність ізоляції.
3. «Сліпота» традиційних дизайнів: обмеження емпіризму
Традиційна конструкція вентиляції часто ґрунтується на досвіді інженерів-, наприклад «нижній впуск, верхній випуск» або «15–20% відкритої площі»-але не має точного аналізу внутрішнього потоку та температурних полів: у певному хімічному промисловому парку неправильне розташування вентиляційних отворів у розподільних пристроях 24 кВ спричинило утворення завихрення всередині шафи, що призвело до накопичення тепла в контурі зона розриву та старіння ізоляції лише через рік після введення в експлуатацію. Тим часом на певній підстанції вентиляційні отвори 33 кВ газоізольованого -розподільного пристрою були надмірно зменшені з метою посилення захисту, що призвело до витоку елегазу, який неможливо було швидко вивести, і викликав тривожне відключення.
II. CFD моделювання: «Точний навігатор» для проектування вентиляційних отворів
Обчислювальна гідродинаміка (CFD) використовує чисельне моделювання для моделювання повітряного потоку та моделей теплопередачі в розподільних шафах. Він може точно прогнозувати ефективність розсіювання тепла та ризики для безпеки при різних конструкціях вентиляційних отворів, забезпечуючи «кількісну оптимізацію»:
1. Основні параметри моделювання: чотири ключові фактори для вирішення проблеми
Симуляція поля потоку: аналізує, як розташування та форма вентиляційних отворів впливають на шляхи потоку повітря всередині шафи, щоб уникнути завихрень і мертвих зон. Наприклад, CFD моделювання показало, що конструкція розподільчого пристрою на 24 кВ із комбінацією «довгих, вузьких нижніх повітрозабірників і кутових верхніх повітрозабірників» збільшує швидкість повітряного потоку на 40% порівняно з традиційними круглими вентиляційними отворами без значних завихрень;
Симуляція температурного поля: розраховує розподіл температури всередині шафи за різних умов навантаження, щоб визначити оптимальний коефіцієнт відкриття вентиляції. для33 кВ газоізольовані розподільні пристроїCFD моделювання може точно розрахувати дифузійний шлях газу SF6 після витоку, оптимізувати положення вентиляційних отворів і забезпечити видалення витоку газу з камери протягом 10 хвилин;
Симуляція захисту: імітує траєкторії руху дощової води та пилу у вентиляційних отворах для оптимізації кута нахилу дощової кришки та сітчастого отвору пилового фільтра. Наприклад, моделювання показало, що кут нахилу дощової кришки, що перевищує або дорівнює 30 градусам, може повністю блокувати вертикальний дощ без впливу на ефективність забору повітря;
Багато{0}}сценарна поєднана симуляція: поєднання екстремальних умов навколишнього середовища, таких як високі температури, сильний дощ і пил, для перевірки адаптивності конструкції вентиляційного отвору. Для певного зовнішнього розподільного пристрою 24 кВ CFD-симуляція оптимізувала коефіцієнт відкривання вентиляції з 20% до 12%, відповідаючи вимогам до розсіювання тепла, одночасно підвищуючи рівень захисту до IP54.
2. Тематичні дослідження оптимізації дизайну: від моделювання до реалізації
Випадок 1: CFD оптимізація вентиляційних отворів розподільного пристрою напругою 24 кВ
Початкова конструкція розподільного пристрою певної марки на 24 кВ (клас захисту IP4X) мала круглі вентиляційні отвори з коефіцієнтом відкриття 18%. Однак CFD моделювання показало, що підвищення температури в зоні автоматичного вимикача досягло 65 К (перевищення стандарту на 5 К). Завдяки оптимізації:
Форма: круглі вентиляційні отвори змінено на обтічну форму, щоб зменшити опір повітряному потоку;
Положення: нижній повітрозабірник був зміщений на 15 см у бік автоматичного вимикача, а верхній повітрозабірник був вирівняний з відсіком збірної шини;
Конструкція: додано щиток від дощу під кутом 30 градусів і пиловий фільтр на 100 меш.
Моделювання після оптимізації показало, що підвищення температури всередині шафи впало до 52 К, швидкість повітряного потоку зросла на 35%, а ризик потрапляння дощової води та пилу було усунено, що повністю відповідає вимогам стандарту IEC 62271-200.
Випадок 2: Індивідуальна конструкція вентиляції для розподільного пристрою з газо-ізоляцією 33 кВ
Через високу густину газу SF6 (у 5 разів більше, ніж у повітря), він має тенденцію накопичуватися в нижній частині шафи після витоку в розподільних пристроях із газоізольованою напругою 33 кВ. Через моделювання CFD:
Вхід: Розташований у верхній частині шафи для втягування прохолодного повітря та створення конвекції;
Витяжні отвори: розташовані в нижній частині шафи, на висоті 0,5 м над землею, для точного виведення тонучого елегазу;
Коефіцієнт відкритої площі: оптимізовано до 8%, у поєднанні з осьовими вентиляторами для примусової витяжки, що гарантує, що концентрація витоку газу не перевищує 1000 мкл/л (межа безпеки).
Ця конструкція перевірена відповідно до стандарту GB 50060-2008 і реалізована на висотній підстанції.
III. «Золоті правила» проектування вентиляційних отворів: практичні рішення, керуючись CFD
На основі технології CFD моделювання та враховуючи сценарії застосування розподільних пристроїв 24 кВ і розподільних пристроїв із газоізоляцією 33 кВ, конструкція вентиляційних отворів повинна відповідати трьом ключовим принципам: «структурна адаптація, кількісна оцінка параметрів і покращений захист»:
1. Конструкція конструкції: вентиляційні рішення, адаптовані до різного обладнання
Розподільний пристрій 24 кВ (тип з повітряною -ізоляцією):
Режим вентиляції: поєднання природної конвекції та примусового охолодження, із забором повітря внизу та витяжкою зверху;
Форма: впускні отвори подовжені (ширина більше або дорівнює 5 см), тоді як випускні отвори під кутом (30 градусів –45 градусів), щоб мінімізувати потрапляння дощової води;
Підтримуючі конструкції: встановлення водонепроникних жалюзі зі стандартом IP54 і знімних пилових фільтрів, які можна регулярно очищати, не впливаючи на розсіювання тепла.
Розподільний пристрій із газо{1}}ізоляцією 33 кВ (з елегазовою ізоляцією):
Режим вентиляції: переважно примусова витяжка, із забором повітря вгорі та витяжкою знизу;
Форма: повітрозабірні отвори мають круглу форму (діаметр більше або дорівнює 8 см), а вихлопні отвори мають решітку-типу для полегшення розсіювання газу;
Допоміжна структура: оснащений датчиком концентрації газу SF6, який контролює роботу вентилятора, забезпечуючи узгоджений захист і розсіювання тепла.
2. Кількісна оцінка параметрів: основні показники для оптимізації CFD
Коефіцієнт відкритої площі: регулюється на основі щільності потужності обладнання; 12%–15% для розподільних пристроїв 24 кВ при повному навантаженні та 8%–10% для розподільних пристроїв із газоізоляцією 33 кВ;
Швидкість повітряного потоку: швидкість повітря на вході регулюється на рівні 1–2 м/с, а швидкість повітря на виході – на рівні 2–3 м/с, щоб запобігти утворенню конденсату, спричиненому надмірною швидкістю, або накопиченню тепла, спричиненому недостатньою швидкістю;
Контроль підвищення температури: моделювання CFD гарантує, що максимальне підвищення температури всередині шафи не перевищує межі, визначені стандартом GB/T 11022 (мідна шина менше або дорівнює 60 K, алюмінієва шина менше або дорівнює 70 K).
3. Покращений захист: покращений захист без шкоди для розсіювання тепла
Захист матеріалу: рами вентиляційних отворів виготовлені з нержавіючої сталі 304, щоб запобігти структурній деформації, спричиненій корозією; чохли від дощу виготовлені зі стійкого до погодних умов ABS-матеріалу, здатного витримувати температурні цикли від -40 градусів до 70 градусів;
Синергія герметизації: у точках з’єднання вентиляційних отворів і корпусу шафи встановлено ущільнювальні смуги EPDM з контрольованим стисненням на рівні 20–30%, щоб запобігти просочуванню дощової води через щілини;
Адаптація до навколишнього середовища: дощові ковпаки додаються для зовнішнього середовища (нахил більше або дорівнює 15 градусам); пристрої осушення поєднуються з-середовищем із високою вологістю; і пилові фільтри високої -щільності (більше або дорівнює 120 меш) вибираються для запилених середовищ.
Резюме
Довгострокова-надійна робота розподільних пристроїв часто залежить від таких «деталей», як вентиляційні отвори. Основна місія електричних розподільних пристроїв полягає в «безпечній і стабільній передачі електроенергії», і оскільки вентиляційні отвори служать критичними точками для розсіювання тепла та захисту, якість їх конструкції безпосередньо впливає на термін служби обладнання та безпеку експлуатації. Застосування технології CFD моделювання підняло «проектування-на основі досвіду» до «точного проектування», вирішуючи компроміс-між розсіюванням тепла та захистом, забезпечуючи наукову основу для індивідуального проектування такого обладнання, як розподільні пристрої 24 кВ і розподільчі пристрої з газоізоляцією 33 кВ.
Для підприємств вибір розподільного обладнання з-оптимізованою вентиляцією CFD означає вибір «надійності протягом життєвого циклу». Що стосується виробників, то тільки шляхом глибокої інтеграції технології моделювання в процес проектування вони можуть виділитися в умовах гострої ринкової конкуренції та створити «приховану лінію захисту» для безпеки електромережі.
Про нас
Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. була заснована в 2018 році, успадкувавши 17 років спеціалізованого досвіду в проектуванні та виробництві трансформаторів. Як ISO 9001:2015-сертифіковане підприємство, ми є провідним постачальником високоефективних-масляних-занурених і сухих розподільних трансформаторів і розподільних пристроїв. Наша продукція розроблена відповідно до міжнародних стандартів і користується довірою клієнтів у Європі, на Близькому Сході, у Південній Америці, Південно-Східній Азії та Африці за її надійність і довговічність.
За підтримки спеціальної команди дослідників і розробників, яка має понад 40 патентів, ми переходимо від традиційного виробника обладнання до інтегрованого постачальника інтелектуальних і стійких енергетичних систем. Впроваджуючи передові технології, такі як інтелектуальний моніторинг на основі IoT-, прогнозне технічне обслуговування та цифрово оптимізовані виробничі процеси, ми забезпечуємо надання інноваційних, безпечних і надійних рішень для енергетики, адаптованих до мінливих потреб глобального енергетичного ринку.