En generalsistema d'alimentació de l'aparell de commutacióarquitectura, les obertures de ventilació dels tancaments d'aparells de commutació són sovint el detall estructural més passat per alt. La majoria de la gent simplement els considera "petits-forats de dissipació de calor", sense saber que aquestes obertures aparentment insignificants serveixen com a interfície crítica per equilibrar l'eficiència tèrmica i la protecció del medi ambient-que afecten directament l'estabilitat de la temperatura de l'equip, la vida útil de l'aïllament i la seguretat operativa-a llarg termini. Els aparells de commutació de diferents nivells de tensió tenen requisits molt diferents pel que fa a la relació d'obertura, el disseny de la disposició i les estructures de protecció. Això és especialment cert per aAparament de commutació de 12 kVàmpliament utilitzat en plantes industrials, mines, parcs industrials i xarxes elèctriques municipals, on les fluctuacions de càrrega són importants i els entorns operatius són complexos. Fins i tot les desviacions menors en el disseny dels forats de ventilació poden provocar una sèrie de fallades com ara sobreescalfaments, condensació, entrada d'humitat i acumulació de pols.
El disseny tradicional de ventilació per a aparells de commutació s'ha basat durant molt de temps en fórmules empíriques dels enginyers, donant lloc a un enfocament-de mida-per a tots- amb inconvenients com ara augmentar la mida de l'obertura quan la refrigeració és insuficient o reduir la mida de la ventilació quan la protecció és inadequada-dificultant aconseguir una solució equilibrada. L'adopció generalitzada de la tecnologia de simulació de dinàmica de fluids computacional (CFD) ha superat completament les limitacions del disseny basat en l'experiència-. Mitjançant la simulació digital del flux d'aire, la temperatura i els camps de pressió dins de l'armari, CFD permet la quantificació precisa dels paràmetres de ventilació, aconseguint un equilibri òptim entre el rendiment de dissipació de calor i les classificacions de protecció IP. Aquest article analitzarà les contradiccions bàsiques en el disseny dels forats de ventilació, la lògica darrere de l'optimització de la simulació CFD i les solucions de disseny estandarditzats adaptades a diferentstensió de l'aparell de commutaciónivells, basats en aplicacions pràctiques d'equips de commutació de 12 kV, que ofereixen suport tècnic per al funcionament estable-a llarg termini dels sistemes d'alimentació de l'aparell de commutació.
La batalla bàsica dels forats de ventilació: la contradicció inherent entre les necessitats de dissipació tèrmica i les barreres protectores
Els components bàsics, com ara barres, interruptors i transformadors dins de l'armari de commutació, generaran calor en joule contínuament durant l'operació de transmissió de corrent a llarg termini--. L'acumulació de calor augmentarà directament l'augment de la temperatura dins de l'armari, accelerarà l'envelliment dels materials aïllants i reduirà el nivell de tensió de resistència de l'equip. Aquesta és una de les principals causes de fallades dels equips en els sistemes de distribució d'energia. Els forats de ventilació, com a únic canal d'intercanvi de calor de convecció natural de l'armari, tenen un paper crucial per eliminar l'excés de calor i equilibrar la temperatura dins de l'armari. Tanmateix, l'existència de forats de ventilació també trenca el sistema de protecció de segellat de l'armari, creant un canal perquè les impureses ambientals envaeixin.
Aquesta contradicció és més destacada en equips de commutació de 12 kV. Com a equip de tensió mitjana-més utilitzat al sistema elèctric de l'aparell de distribució, els armaris de commutació de 12 kV s'utilitzen habitualment a l'aire lliure, sales de distribució i tallers de fàbrica en escenaris complexos. Han de fer front als requisits de dissipació de calor d'alta-intensitat en funcionament a plena-càrrega i resistir l'erosió de la pols, la pluja, la boira salada i la condensació. Si els forats de ventilació s'amplien cegament, reduirà directament el nivell de protecció IP de l'armari, provocant l'absorció d'humitat d'aïllament, descàrrega local i oxidació del metall; si l'estructura de ventilació està massa segellada, provocarà l'estancament del flux d'aire a l'interior de l'armari i l'acumulació de calor, provocant un sobreescalfament i una forta reducció de la vida útil de l'equip.
Al mateix temps, la densitat de càrrega tèrmica dels armaris de commutació de diferents nivells de tensió d'aparellament varia molt. Els estàndards de disseny de ventilació no poden ser universals. Els armaris de commutació de baixa tensió tenen una menor càrrega tèrmica i un gran espai de tolerància a la ventilació; mentre que l'aparell de commutació de 12 kV té un gran corrent nominal, una gran intensitat de camp elèctric i una petita redundància d'aïllament, té requisits extremadament estrictes per a l'amplitud de l'augment de la temperatura dins de l'armari, uniformitat del flux d'aire i segellat ambiental. Només confiant en l'experiència tradicional per al disseny, és impossible equilibrar els requisits duals de dissipació de calor i protecció.
II. Punts de dolor de la indústria del disseny de ventilació tradicional: defectes ocults del disseny empíric
Abans de l'adopció generalitzada de la tecnologia de simulació CFD, el disseny dels forats de ventilació a la indústria seguia generalment el model empíric "taxa d'obertura fixa + disseny estandarditzat". La majoria d'ells van establir una taxa d'obertura de l'armari del 15% - 20% i van adoptar uniformement una estructura de ventilació paral·lela superior i inferior. Aquest disseny simplista té molts defectes ocults i és la raó principal per la qual molts aparells de commutació de 12 kV han estat funcionant amb fallades durant molt de temps.
En primer lloc, hi ha una dissipació de calor desigual i una acumulació de calor local. El disseny tradicional no pot predir la direcció del flux d'aire a l'armari i és propens a formar zones mortes d'aire a les zones de generació de calor-nucli com ara la sala d'interruptors i la sala de barres. Moltes fallades de funcionament del sistema d'alimentació de l'aparell de commutació mostren que alguns armaris de commutació de 12 kV han assolit l'estàndard per a l'augment de la temperatura general, però la temperatura d'algunes articulacions de barres supera un 30% per sobre de l'estàndard, la causa principal és la disposició poc raonable dels forats de ventilació i el flux d'aire no pot cobrir les posicions de generació de calor del nucli-.
En segon lloc, el nivell de protecció està etiquetat de manera falsa i l'adaptabilitat ambiental és deficient. Per garantir la dissipació de la calor, la majoria dels forats de ventilació dels armaris de distribució tradicionals no tenen estructures de desviació de flux refinada, a prova de pols-ni pluja-. En ambients humits i polsosos, el vapor d'aigua i la pols envairan l'armari a través dels orificis de ventilació. Diferenttensió de l'aparell de commutacióL'equip té diferents capacitats de tolerància d'aïllament.Aparament de commutació de 12 kVés extremadament sensible a la condensació de pols i una lleugera humitat provocarà descàrregues locals, i l'acumulació{0}}a llarg termini provocarà l'avaria de l'aïllament i la crema de l'equip.
Finalment, hi ha un desajust de paràmetres i una adaptabilitat insuficient. Els paràmetres de ventilació unificats no es poden adaptar a diferents condicions de càrrega. Durant el funcionament de càrrega lleugera, una ventilació excessiva provoca condensació, i durant el funcionament de càrrega pesada, una ventilació insuficient provoca un sobreescalfament. Sempre està atrapat en un dilema de disseny de "perdre un per guanyar l'altre".
III. Tecnologia de simulació CFD: l'eina bàsica per resoldre el dilema de la dissipació i la protecció de la calor
El valor bàsic de la simulació CFD rau a convertir el moviment abstracte del flux d'aire i la transferència de calor en dades visuals. Mitjançant iteracions de simulació digital, pot determinar amb precisió la mida òptima, la posició, l'angle i la velocitat d'obertura dels forats de ventilació, sense reduir el nivell de protecció IP, i maximitzar l'eficiència de dissipació de calor. Aborda perfectament els problemes bàsics dels dissenys tradicionals i ara s'ha convertit en el procés bàsic del disseny d'estandardització d'aparells de commutació de 12 kv.
1. Simulació de camp de flux: elimina les zones mortes de flux d'aire i aconsegueix una dissipació uniforme de la calor a tota la zona
La simulació CFD pot replicar completament les condicions de funcionament del sistema d'alimentació de l'aparell de commutació i simular la velocitat de l'aire, la direcció del flux i la distribució de la pressió dins de l'armari sota diferents càrregues. Per a l'estructura particionada independent de la cambra de barres, la cambra del disjuntor i la cambra de cables en aparells de 12 kv, mitjançant múltiples simulacions iteratives, s'optimitza la disposició de la partició del forat de ventilació: els forats d'admissió muntats a la part inferior introdueixen aire fresc a baixa {{3}temperatura, la part superior{{4}{4}muntada a la part superior evita els forats d'escapament d'aire calent, la descàrrega d'aire calent d'alta temperatura; obstrucció causada per particions i components de l'armari, eliminant completament l'acumulació de calor local i mantenint la diferència de temperatura de l'armari dins de 5 graus.
2. Simulació de camp de temperatura: quantifica el llindar d'augment de la temperatura i coincideix amb els requisits del nivell de tensió
Els armaris de commutació de diferents nivells de tensió tenen límits d'augment de temperatura i temperatures de tolerància d'aïllament completament diferents. La simulació CFD pot calcular amb precisió les dades d'augment de temperatura de barres, contactes i components d'aïllament sota diferents estructures de ventilació basant-se en els estàndards nacionals d'augment de temperatura dels equips de 12 kV. Pot ajustar específicament la velocitat d'obertura de ventilació. Les dades de simulació mostren que després de l'optimització CFD, elaparell de commutació de 12 kven funcionament a plena càrrega nominal-pot mantenir l'augment de temperatura més alt dins dels 40 K, molt per sota del límit estàndard nacional, i no cal ampliar cegament la mida de l'obertura.
3. Simulació de protecció: Optimització estructural sense reduir la protecció, evitant la intrusió ambiental
CFD no només simula la dissipació de calor del flux d'aire, sinó que també simula les trajectòries de moviment de l'aigua de pluja, la pols i la humitat. En optimitzar l'angle de les reixetes dels forats de ventilació, l'obertura de la pantalla de pols i l'estructura de desviació, s'aconsegueix "transparència de ventilació i bloqueig d'impureses". Els forats de ventilació tradicionals tenen una estructura recta, amb una capacitat de protecció feble. Tot i que l'estructura de ventilació de l'aparell de commutació de 12 kv optimitzat per CFD adopta un disseny de desviació a prova de pols -de múltiples capes-de 30 graus a 45 graus, pot bloquejar l'invasió del 99% de la pols i la humitat mantenint el mateix volum de flux d'aire i mantenir de manera estable l'alt nivell de protecció IP54.
IV. Esquema de disseny de forats de ventilació òptim després de l'optimització CFD (adequat per a un escenari de mitjana tensió de 12 kV)
Basat en simulacions extenses i casos d'aplicació pràctica desistema d'alimentació de l'aparell de commutaciós, la indústria ha desenvolupat un esquema de disseny de ventilació optimitzat per CFD-estandarditzat per a aparells de commutació de 12 kV, aconseguint realment l'equilibri òptim entre la dissipació de calor i la protecció.
Pel que fa a la disposició estructural, s'adopta un mode de ventilació de flux transversal-zonat: els forats d'admissió en forma de tira llarga-s'instal·len a la part inferior del compartiment de l'interruptor, els forats d'escapament inclinats es col·loquen a la part superior del compartiment de la barra colectora i els ports de ventilació laterals es configuren de manera independent per al compartiment del cable. La ventilació per zonificació evita les turbulències de l'aire i s'adapta amb precisió a la potència de generació de calor de cada compartiment. En comparació amb el disseny de ventilació general tradicional, l'eficiència de dissipació de calor augmenta en més d'un 35%.
Pel que fa al control de paràmetres, la taxa d'obertura òptima es controla estrictament: la velocitat d'obertura global de l'armari de commutació de 12 kV es controla entre un 12% i un 15%, cosa que és diferent del disseny d'obertura gran dels equips de baixa tensió i evita el problema de segellat excessiu dels equips d'alta tensió, adaptant-se perfectament als requisits de protecció i càrrega de calor dels equips de mitjana tensió.
Pel que fa a l'estructura de protecció, un deflector biònic a prova de pols-i una xarxa desmuntable a prova de pols-d'alta densitat- estan equipats de manera estàndard. Combinat amb el disseny d'angle inclinat optimitzat per la simulació CFD, bloqueja eficaçment la pols exterior, la pluja i els mosquits, alhora que facilita el manteniment i la neteja posteriors. Des de la perspectiva estructural, elimina completament els problemes de condensació, òxid i contaminació de l'aïllament.
V. Resum del valor de la indústria: el disseny detallat determina la fiabilitat del sistema de distribució
Una fila de petits forats de ventilació, aparentment insignificants, és en realitat el detall bàsic del disseny de fiabilitat del sistema d'alimentació de l'aparell. Afecta directament l'estabilitat de l'armari de commutació durant el seu cicle de vida complet de 20 anys. El disseny empíric tradicional sempre ha estat incapaç de trencar la contradicció inherent entre la dissipació de calor i la protecció, mentre que la tecnologia de simulació de dinàmica de fluids computacional CFD, mitjançant mètodes de disseny digitals, quantitatius i visualitzats, trenca completament el coll d'ampolla de la indústria.
Per a l'aparell de commutació de 12 kv, que és el més utilitzat i té els escenaris d'aplicació més amplis entre els equips bàsics de -tensió mitjana, el disseny refinat d'optimització del forat de ventilació no només es pot adaptar a les característiques de funcionament de la tensió de l'aparell, assegurant que no s'escalfa durant la càrrega completa i el funcionament a llarg--terme, sinó que també manté la línia de fons de l'armari de protecció i la complexitat de la protecció i l'erosió. reduint significativament la taxa de fallades de l'equip i els costos d'operació i manteniment.
En la transformació actual de la indústria de la distribució cap al perfeccionament, la digitalització i el funcionament a llarg{0}}termen, la competència de fiabilitat dels armaris de commutació ja no és una competència única de components bàsics, sinó una competició integral de detalls estructurals, disseny de simulació i adaptació-de l'escenari total. L'optimització de l'estructura de ventilació mitjançant la simulació CFD per aconseguir un equilibri perfecte entre la dissipació de calor i la protecció és precisament la barrera bàsica que distingeix els equips de distribució de gamma alta dels productes normals, i també és la pedra angular clau per garantir el funcionament segur, estable i a llarg termini-de tot el sistema elèctric.
Sobre nosaltres
Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. es va fundar el 2018, aprofitant 17 anys d'experiència especialitzada en enginyeria i producció de transformadors. Com a fabricant certificat ISO 9001:2015-, oferim una gamma completa de transformadors de distribució de tipus sec i submergits en oli-d'alt rendiment-, així com solucions d'aparellament intel·ligent. Dissenyats per complir amb els estàndards globals, clients d'Europa, Orient Mitjà, Amèrica del Sud, Sud-est asiàtic i Àfrica confien en els nostres productes per la seva durabilitat i eficiència operativa.
Guiats per un equip d'R+D dedicat que té més de 40 patents, estem impulsant la transició de la fabricació tradicional cap a la integració del sistema d'energia intel·ligent i sostenible. Mitjançant la implementació de tecnologies avançades com ara el monitoratge remot basat en IoT-, l'anàlisi predictiva impulsada per la intel·ligència artificial- i els processos de fabricació totalment digitalitzats, oferim solucions energètiques innovadores, fiables i avançades-per al panorama energètic global en evolució.