В загальномусистема живлення розподільних пристроївархітектури, вентиляційні отвори на корпусах розподільних пристроїв часто є конструктивною деталлю, яку найбільше забувають. Більшість людей просто вважають їх «маленькими отворами для-розсіювання тепла», не підозрюючи, що ці, здавалося б, незначні отвори служать критичним інтерфейсом, що збалансовує теплову ефективність і захист навколишнього середовища-безпосередньо впливає на температурну стабільність обладнання, термін служби ізоляції та довгострокову-безпеку експлуатації. Розподільні пристрої різних рівнів напруги мають дуже різні вимоги щодо коефіцієнта відкриття, дизайну компонування та захисних конструкцій. Особливо це стосуєтьсяРозподільні пристрої 12 кВшироко використовується на промислових підприємствах, шахтах, індустріальних парках і муніципальних електромережах, де коливання навантаження значні, а робоче середовище складне. Навіть незначні відхилення в конструкції вентиляційних отворів можуть призвести до ряду несправностей, таких як перегрівання, конденсація, проникнення вологи та накопичення пилу.
Традиційна конструкція вентиляції для розподільних пристроїв протягом тривалого часу базувалася на емпіричних формулах інженерів, що призвело до універсального-підходу-для всіх-з недоліками, такими як збільшення розміру отвору, коли охолодження недостатнє, або зменшення розміру вентиляційного отвору, коли захист неадекватний-, що ускладнює досягнення збалансованого рішення. Широке впровадження технології моделювання обчислювальної гідродинаміки (CFD) повністю подолало обмеження-проектування на основі досвіду. Завдяки цифровому моделюванню поля потоку повітря, температури та тиску всередині шафи CFD дозволяє точно визначити параметри вентиляції, досягаючи оптимального балансу між ефективністю розсіювання тепла та рейтингом захисту IP. У цій статті буде проаналізовано основні протиріччя в конструкції вентиляційних отворів, логіку оптимізації CFD моделювання та стандартизовані проектні рішення, адаптовані до різнихнапруга розподільного пристроюрівнів, заснованих на практичному застосуванні обладнання розподільних пристроїв 12 кВ, що забезпечують технічну підтримку довго-стабільної роботи систем електропостачання розподільних пристроїв.
Основна битва вентиляційних отворів: внутрішнє протиріччя між потребами у розсіюванні тепла та захисними бар’єрами
Основні компоненти, такі як збірні шини, автоматичні вимикачі та трансформатори всередині розподільної шафи, постійно генеруватимуть джоулеве тепло під час довготривалої -операції під -струмом. Накопичення тепла безпосередньо збільшить підвищення температури всередині шафи, прискорить старіння ізоляційних матеріалів і знизить рівень витримуваної напруги обладнання. Це одна з основних причин виходу з ладу обладнання в системах розподілу електроенергії. Вентиляційні отвори, як єдиний природний конвекційний теплообмінний канал у шафі, відіграють вирішальну роль у відведенні надлишкового тепла та збалансуванні температури всередині шафи. Однак наявність вентиляційних отворів також порушує систему захисту герметичності шафи, створюючи канал для проникнення забруднень з навколишнього середовища.
Ця суперечність є найбільш помітною в обладнанні розподільних пристроїв 12 кВ. Як найпоширеніше обладнання середньої{2}}напруги в системі електроживлення розподільних пристроїв, розподільні шафи 12 кВ зазвичай використовуються на відкритому повітрі, у розподільних приміщеннях і заводських цехах у складних сценаріях. Вони мають відповідати вимогам високої-розсіювання тепла за повного-навантаження та протистояти ерозії пилу, дощу, соляного туману та конденсату. Якщо вентиляційні отвори наосліп розширити, це безпосередньо знизить рівень захисту IP шафи, спричиняючи поглинання вологи ізоляції, локальне виділення та іржавіння металу; якщо вентиляційна конструкція буде занадто герметичною, це призведе до застою повітряного потоку всередині шафи та накопичення тепла, що призведе до спрацьовування від перегріву та різкого скорочення терміну служби обладнання.
У той же час щільність теплового навантаження розподільних шаф різних рівнів напруги розподільних пристроїв сильно відрізняється. Норми проектування вентиляції не можуть бути універсальними. Розподільні шафи низької-напруги мають менше теплове навантаження та великий вентиляційний простір; в той час як розподільний пристрій 12 кВ має великий номінальний струм, високу напруженість електричного поля та малу надлишковість ізоляції, він має надзвичайно суворі вимоги до амплітуди підвищення температури всередині шафи, рівномірності повітряного потоку та захисту від навколишнього середовища. Лише покладаючись на традиційний досвід проектування, неможливо збалансувати подвійні вимоги до тепловіддачі та захисту.
II. Болючі точки промисловості традиційної вентиляційної конструкції: приховані недоліки емпіричного проектування
До широкого впровадження технології CFD моделювання конструкція вентиляційних отворів у промисловості зазвичай відповідала емпіричній моделі «фіксована швидкість відкриття + стандартизоване розташування». Більшість із них встановлюють швидкість відкриття шафи 15% - 20% і рівномірно використовують верхню та нижню паралельну структуру вентиляції. Ця спрощена конструкція має багато прихованих недоліків і є основною причиною, чому багато розподільних пристроїв 12 кВ працювали з несправностями протягом тривалого часу.
По-перше, відбувається нерівномірне тепловідведення і локальне накопичення тепла. Традиційна конструкція не може передбачити напрямок повітряного потоку в шафі, і вона схильна до утворення повітряних мертвих зон у основних тепло-зонах, таких як кімната вимикача та шинна шина. Багато збоїв у роботі системи живлення розподільних пристроїв показують, що деякі розподільні шафи 12 кВ досягли стандарту щодо загального підвищення температури, але температура деяких з’єднань збірних шин перевищує стандарт на 30%, головною причиною є нераціональне розташування вентиляційних отворів, і повітряний потік не може охопити основні тепло-позиції.
По-друге, рівень захисту невірно позначений і адаптованість до навколишнього середовища є поганою. Щоб забезпечити розсіювання тепла, вентиляційні отвори більшості традиційних розподільних шаф не мають вдосконаленої конструкції для відводу потоку, захисту від пилу- чи -дощу. У вологому та запиленому середовищі водяна пара та пил потраплятимуть у корпус через вентиляційні отвори. Різнінапруга розподільного пристроюОбладнання має різні можливості допуску до ізоляції.Розподільні пристрої 12 кВнадзвичайно чутливий до конденсації пилу, і невелика вологість спричинить місцевий розряд, а довготривале-накопичення призведе до руйнування ізоляції та займання обладнання.
Нарешті, існує невідповідність параметрів і недостатня адаптивність. Уніфіковані параметри вентиляції не можна адаптувати до різних умов навантаження. Під час роботи з невеликим навантаженням надмірна вентиляція викликає утворення конденсату, а під час роботи з великим навантаженням недостатня вентиляція призводить до перегріву. Він завжди потрапляє в пастку дизайнерської дилеми «втратити одне, щоб отримати інше».
III. Технологія моделювання CFD: основний інструмент для вирішення дилеми розсіювання тепла та захисту
Основна цінність CFD моделювання полягає в перетворенні абстрактного руху повітряного потоку та теплопередачі у візуальні дані. Завдяки ітераціям цифрового моделювання він може точно визначити оптимальний розмір, положення, кут і швидкість відкриття вентиляційних отворів, не знижуючи рівень захисту IP, і максимізувати ефективність розсіювання тепла. Він ідеально усуває основні больові точки традиційних конструкцій і тепер став основним процесом стандартизації проектування розподільних пристроїв 12 кВ.
1. Моделювання поля потоку: усунення мертвих зон повітряного потоку та досягнення рівномірного розсіювання тепла по всій зоні
CFD-моделювання може повністю відтворити робочі умови системи живлення розподільного пристрою та імітувати швидкість повітря, напрямок потоку та розподіл тиску всередині шафи під різними навантаженнями. Для незалежної розділеної конструкції камери збірної шини, камери автоматичного вимикача та кабельної камери в розподільних пристроях 12 кВ за допомогою кількох ітераційних симуляцій оптимізовано розташування вентиляційних отворів: нижні-монтовані впускні отвори вводять низьку-температуру свіжого повітря, верхні-монтовані похилі випускні отвори випускають високу-температуру гаряче повітря, точно уникаючи перешкод повітряному потоку, спричинених перегородками та компонентами шафи, повністю усуваючи локальне накопичення тепла та зберігаючи різницю температур у шафі в межах 5 градусів.
2. Моделювання температурного поля: кількісно визначити поріг підвищення температури та відповідати вимогам рівня напруги
Розподільні шафи різних рівнів напруги мають абсолютно різні межі підвищення температури і допустимі температури ізоляції. CFD-симуляція може точно розрахувати дані про підвищення температури шин, контактів та компонентів ізоляції під різними вентиляційними конструкціями на основі національних стандартів підвищення температури обладнання 12 кВ. Він може спеціально регулювати швидкість відкриття вентиляції. Дані моделювання показують, що після оптимізації CFD,Розподільний пристрій 12 кВпри номінальному повному -навантаженні може підтримувати найвище підвищення температури в межах 40 К, що значно нижче ліміту національного стандарту, і не потребує сліпого розширення розміру отвору.
3. Моделювання захисту: структурна оптимізація без зниження захисту, запобігання втручанню навколишнього середовища
CFD не тільки імітує розсіювання тепла потоком повітря, але також імітує траєкторії руху дощової води, пилу та вологи. Завдяки оптимізації кута жалюзі вентиляційних отворів, отвору сітки для пилу та конструкції відводу досягається «прозорість вентиляції та блокування домішок». Традиційні вентиляційні отвори мають пряму структуру зі слабкою захисною здатністю. У той час як структура вентиляції розподільного пристрою 12 кВ, оптимізована за допомогою CFD, використовує жалюзі з нахилом 30 градусів –45 градусів + багато-пило-захищену конструкцію відводу, вона може блокувати 99% пилу та вологи від проникнення, зберігаючи той самий об’єм повітряного потоку, і стабільно підтримувати високий рівень захисту IP54.
IV. Оптимальна схема конструкції вентиляційного отвору після оптимізації CFD (підходить для сценарію середньої напруги 12 кВ)
На основі масштабного моделювання та прикладів практичного застосуваннясистема живлення розподільних пристроївs, промисловість розробила стандартизовану CFD-оптимізовану схему вентиляції для розподільних пристроїв 12 кВ, справді досягаючи оптимального балансу між розсіюванням тепла та захистом.
Що стосується структурного планування, використовується зональний режим вентиляції з перехресним-потоком: у нижній частині відсіку автоматичного вимикача встановлено довгі вхідні отвори-у формі стрічки, похилі випускні отвори розміщено у верхній частині відсіку збірних шин, а бічні вентиляційні порти незалежно налаштовані для кабельного відсіку. Зональна вентиляція дозволяє уникнути турбулентності повітря і точно відповідає потужності теплогенерації кожного відсіку. Порівняно з традиційною системою вентиляції ефективність розсіювання тепла збільшена більш ніж на 35%.
З точки зору контролю параметрів, оптимальна швидкість відкривання суворо контролюється: загальна швидкість відкриття шафи розподільного пристрою 12 кВ контролюється на рівні 12%–15%, що відрізняється від дизайну великого отвору обладнання низької-напруги та дозволяє уникнути надмірної проблеми ущільнення обладнання високої-напруги, ідеально адаптуючись до теплового навантаження та вимог захисту обладнання середньої-напруги.
Що стосується захисної конструкції, біонічна дефлекторна-пилонепроникна жалюзі та знімна-пилонепроникна-сітка високої{1}}щільності є стандартними. У поєднанні з конструкцією під нахилом, оптимізованою моделюванням CFD, він ефективно блокує зовнішній пил, дощ і комарів від вторгнення, а також полегшує подальше обслуговування та очищення. Зі структурної точки зору, це повністю усуває проблеми конденсації, іржі та забруднення ізоляції.
V. Резюме галузевих цінностей: детальний проект визначає надійність системи розподілу
Ряд невеликих вентиляційних отворів, які здаються незначними, насправді є основною деталлю надійності конструкції розподільчого пристрою. Це безпосередньо впливає на стабільність розподільчої шафи протягом 20-річного повного життєвого циклу. Традиційний емпіричний дизайн завжди був неспроможним подолати внутрішнє протиріччя між розсіюванням тепла та захистом, тоді як технологія моделювання обчислювальної гідродинаміки CFD за допомогою цифрових, кількісних та візуалізованих методів проектування повністю долає вузьке місце галузі.
Для розподільного пристрою 12 кВ, який є найбільш широко використовуваним і має найширші сценарії застосування серед основного обладнання середньої{1}}напруги, удосконалена конструкція оптимізації вентиляційного отвору може не лише адаптуватися до робочих характеристик напруги розподільного пристрою, забезпечуючи відсутність перегріву під час повного-навантаження та тривалої-експлуатації, але також утримувати захисну нижню лінію шафи, протистоячи ерозії складної роботи умов і значно зменшити частоту відмов обладнання та витрати на експлуатацію та обслуговування.
У поточній трансформації розподільчої галузі в бік удосконалення, цифровізації та довгострокової-експлуатації конкуренція надійності розподільних шаф більше не є єдиною конкуренцією основних компонентів, а комплексною конкуренцією структурних деталей, дизайну моделювання та повної-адаптації сценарію. Оптимізація вентиляційної структури за допомогою CFD моделювання для досягнення ідеального балансу між розсіюванням тепла та захистом є саме тим основним бар’єром, який відрізняє високо-розподільче обладнання від звичайних продуктів, а також є ключовим наріжним каменем для забезпечення безпечної, стабільної та-довгострокової роботи всієї енергетичної системи.
Про нас
Компанія Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. була заснована в 2018 році на основі 17-річного досвіду в розробці та виробництві трансформаторів. Як виробник із сертифікатом ISO 9001:2015-ми пропонуємо широкий асортимент високоефективних-масляних-занурених і сухих розподільних трансформаторів, а також інтелектуальні рішення для розподільних пристроїв. Наша продукція, розроблена відповідно до світових стандартів, користується довірою клієнтів у Європі, на Близькому Сході, у Південній Америці, Південно-Східній Азії та Африці за її довговічність та ефективність роботи.
Під керівництвом спеціальної команди дослідників і розробників, яка має понад 40 патентів, ми здійснюємо перехід від традиційного виробництва до розумної, стійкої інтеграції енергосистеми. Впроваджуючи передові технології, такі як дистанційний моніторинг на основі IoT-, прогностичну аналітику-на основі штучного інтелекту та повністю оцифровані виробничі процеси, ми пропонуємо інноваційні, надійні та перспективні-енергетичні рішення для еволюції глобального енергетичного ландшафту.