В общияелектроразпределителна системаархитектура, вентилационните отвори на разпределителните кутии често са най-пренебрегваният структурен детайл. Повечето хора просто ги възприемат като „малки дупки-за разсейване на топлината“, без да знаят, че тези привидно незначителни отвори служат като критичен интерфейс, балансиращ топлинната ефективност и защитата на околната среда,-които пряко засягат температурната стабилност на оборудването, продължителността на живота на изолацията и дългосрочната-безопасност при работа. Разпределителните апарати с различни нива на напрежение имат значително различни изисквания по отношение на коефициента на отваряне, дизайна на оформлението и защитните конструкции. Това важи особено заРазпределителна уредба 12 kVшироко използвани в промишлени заводи, мини, индустриални паркове и общински електрически мрежи, където колебанията в натоварването са значителни и работните среди са сложни. Дори незначителни отклонения в дизайна на вентилационния отвор могат да доведат до поредица от неизправности, като прегряване, кондензация, навлизане на влага и натрупване на прах.
Традиционният вентилационен дизайн за разпределителни уреди отдавна се основава на емпиричните формули на инженерите, което води до универсален-размер-подходящ-подход с недостатъци като увеличаване на размера на отвора, когато охлаждането е недостатъчно, или намаляване на размера на вентилационния отвор, когато защитата е неадекватна-, което затруднява постигането на балансирано решение. Широкото възприемане на технологията за симулация на изчислителната динамика на флуидите (CFD) напълно преодоля ограниченията на базирания-на опит дизайн. Чрез дигитално симулиране на полетата на въздушния поток, температурата и налягането вътре в шкафа, CFD позволява прецизно количествено определяне на параметрите на вентилацията, постигайки оптимален баланс между ефективността на разсейване на топлината и рейтингите на IP защита. Този документ ще анализира основните противоречия в дизайна на вентилационния отвор, логиката зад CFD симулационна оптимизация и стандартизирани дизайнерски решения, пригодени за различнинапрежение на разпределителната уредбанива, базирани на практическо приложение на 12 kV разпределително оборудване, осигуряващо техническа поддръжка за дългосрочна-стабилна работа на разпределителни електрически системи.
Основната битка с вентилационните отвори: вътрешното противоречие между нуждите от топлинно разсейване и защитните бариери
Основните компоненти като шини, прекъсвачи и трансформатори вътре в разпределителния шкаф непрекъснато ще генерират джаулова топлина по време на дългосрочна-токова-операция. Натрупването на топлина директно ще увеличи повишаването на температурата вътре в шкафа, ще ускори стареенето на изолационните материали и ще намали нивото на издържано напрежение на оборудването. Това е една от основните причини за повреда на оборудването в електроразпределителните системи. Вентилационните отвори, като единственият канал за топлообмен с естествена конвекция на шкафа, играят решаваща роля за отстраняване на излишната топлина и балансиране на температурата вътре в шкафа. Въпреки това, наличието на вентилационни отвори също нарушава системата за защита на уплътнението на шкафа, създавайки канал за нахлуване на замърсявания от околната среда.
Това противоречие е най-забележимо в оборудването на разпределителната уредба 12 kV. Като най-широко използваното оборудване със средно{2}}напрежение в електроразпределителната система, 12 kV превключвателни шкафове обикновено се използват на открито, разпределителни помещения и фабрични работилници в сложни сценарии. Те трябва да се справят с-изискванията за разсейване на топлина с висок-интензитет при пълно-натоварване и да устоят на ерозията от прах, дъжд, солена мъгла и кондензация. Ако вентилационните отвори са сляпо разширени, това директно ще намали нивото на IP защита на шкафа, причинявайки абсорбиране на влага от изолацията, локално изпускане и ръждясване на метала; ако вентилационната структура е прекалено уплътнена, това ще доведе до стагнация на въздушния поток вътре в шкафа и натрупване на топлина, което води до прегряване и рязко намаляване на живота на оборудването.
В същото време плътността на термичното натоварване на разпределителните шкафове с различни нива на напрежение на разпределителната уредба варира значително. Стандартите за проектиране на вентилацията не могат да бъдат универсални. Разпределителните шкафове за ниско{2}}напрежение имат по-нисък топлинен товар и голямо допустимо пространство за вентилация; докато разпределителната уредба 12 kV има голям номинален ток, висока напрегнатост на електрическото поле и малка резервираност на изолацията, тя има изключително строги изисквания за амплитудата на повишаване на температурата вътре в шкафа, равномерността на въздушния поток и изолацията на околната среда. Само чрез разчитане на традиционния опит за проектиране е невъзможно да се балансират двойните изисквания за разсейване на топлината и защита.
II. Болките в индустрията на традиционния дизайн на вентилацията: Скрити дефекти на емпиричния дизайн
Преди широкото приемане на технологията за симулация на CFD, дизайнът на вентилационните отвори в индустрията обикновено следваше емпиричния модел "фиксирана скорост на отваряне + стандартизирано оформление". Повечето от тях задават степен на отваряне на шкафа от 15% - 20% и равномерно възприемат горна и долна паралелна вентилационна структура. Този опростен дизайн има много скрити недостатъци и е основната причина, поради която много 12 kV разпределителни уредби работят с неизправности дълго време.
Първо, има неравномерно разсейване на топлината и локално натрупване на топлина. Традиционният дизайн не може да предвиди посоката на въздушния поток в шкафа и е предразположен към образуване на въздушни мъртви зони в зоните,-генериращи топлина, като помещението с прекъсвачи и помещението с шини. Много неизправности в работата на захранващата система на разпределителната уредба показват, че някои разпределителни шкафове 12 kV са достигнали стандарта за цялостно повишаване на температурата, но температурата на някои връзки на шини надвишава 30% над стандарта, като основната причина е неразумното разположение на вентилационните отвори и въздушният поток не може да покрие основните-генериращи топлина позиции.
Второ, нивото на защита е фалшиво етикетирано и адаптивността към околната среда е лоша. За да се осигури разсейване на топлината, вентилационните отвори на повечето традиционни превключвателни шкафове нямат прецизни конструкции за отклоняване на потока, -прахоустойчиви или -дохранващи. Във влажна и прашна среда водната пара и прах ще нахлуят в корпуса през вентилационните отвори. различнинапрежение на разпределителната уредбаоборудването има различни възможности за толерантност към изолацията.Разпределителна уредба 12 kVе изключително чувствителен към кондензация на прах и лека влага ще причини локално разреждане, а дългосрочното{0}}натрупване ще доведе до разрушаване на изолацията и изгаряне на оборудването.
И накрая, има несъответствие на параметрите и недостатъчна адаптивност. Единните вентилационни параметри не могат да бъдат адаптирани към различни условия на натоварване. По време на работа с леко натоварване прекомерната вентилация причинява кондензация, а по време на работа с голямо натоварване недостатъчната вентилация води до прегряване. Той винаги е в капана на дизайнерската дилема „загуба на едното, за да спечели другото“.
III. CFD симулационна технология: Основният инструмент за решаване на дилемата за разсейване на топлината и защита
Основната стойност на CFD симулацията се състои в преобразуването на абстрактното движение на въздушния поток и преноса на топлина във визуални данни. Чрез итерации на цифрова симулация той може точно да определи оптималния размер, позиция, ъгъл и скорост на отваряне на вентилационните отвори, без да намалява нивото на IP защита и да увеличи максимално ефективността на разсейване на топлината. Той перфектно се справя с основните болезнени точки на традиционните дизайни и сега се е превърнал в основен процес на 12 kv стандартизиращо проектиране на разпределителна уредба.
1. Симулация на полето на потока: Елиминирайте мъртвите зони на въздушния поток и постигнете равномерно разсейване на топлината в цялата зона
CFD симулацията може напълно да възпроизведе условията на работа на захранващата система на разпределителната уредба и да симулира скоростта на въздуха, посоката на потока и разпределението на налягането в шкафа при различни натоварвания. За независимата разделена структура на камерата на шините, камерата на прекъсвача и кабелната камера в 12 kv разпределителна уредба, чрез множество итеративни симулации, оформлението на разделителните отвори за вентилация е оптимизирано: долните-монтирани всмукателни отвори въвеждат свеж въздух с ниска-температура, горните-монтирани наклонени изпускателни отвори изпускат висока-температура горещ въздух, прецизно избягване на обструкцията на въздушния поток, причинена от прегради и компоненти на шкафа, напълно елиминиране на локалното натрупване на топлина и поддържане на температурната разлика в шкафа в рамките на 5 градуса.
2. Симулация на температурно поле: Количествено определяне на прага на повишаване на температурата и съответствие с изискванията за ниво на напрежение
Разпределителните шкафове с различни нива на напрежение имат напълно различни граници на повишаване на температурата и толерантни температури на изолацията. CFD симулацията може точно да изчисли данните за повишаване на температурата на шини, контакти и изолационни компоненти под различни вентилационни структури въз основа на националните стандартни стандарти за повишаване на температурата на 12 kV оборудване. Той може специално да регулира скоростта на отваряне на вентилацията. Данните от симулацията показват, че след CFD оптимизация,Разпределителна уредба 12 kvпри работа с номинално пълно{0}}натоварване може да поддържа най-високото повишаване на температурата в рамките на 40K, далеч под ограничението на националния стандарт, и не е необходимо сляпо да разширява размера на отвора.
3. Симулация на защита: Структурна оптимизация без намаляване на защитата, предотвратяване на проникване в околната среда
CFD не само симулира разсейването на топлината от въздушния поток, но също така симулира траекториите на движение на дъждовна вода, прах и влага. Чрез оптимизиране на ъгъла на жалузите на вентилационните отвори, отвора на екрана за прах и отклоняващата структура, той постига "прозрачност на вентилацията и блокиране на замърсяванията". Традиционните вентилационни отвори са с права структура, със слаба защитна способност. Докато вентилационната структура на 12 kv разпределителна уредба, оптимизирана от CFD, приема жалузи с наклон от 30 градуса –45 градуса + много-пластова прахо-отклоняваща конструкция, тя може да блокира 99% от нахлуването на прах и влага, като същевременно поддържа същия обем на въздушния поток и стабилно поддържа IP54 високо ниво на защита.
IV. Оптимална схема за проектиране на вентилационен отвор след CFD оптимизация (подходяща за сценарий със средно напрежение 12kV)
Въз основа на обширна симулация и случаи на практическо приложение наелектроразпределителна системаs, индустрията е разработила стандартизирана CFD-оптимизирана вентилационна проектна схема за 12kV разпределителна уредба, като наистина се постига оптимален баланс между разсейване на топлината и защита.
По отношение на структурното оформление е възприет вентилационен режим на зониран кръстосан-поток: всмукателни отвори с форма на дълги ленти- са разположени в долната част на отделението за прекъсвача, наклонени изпускателни отвори са поставени в горната част на отделението за шини, а страничните вентилационни отвори са независимо конфигурирани за отделението за кабели. Зонираната вентилация избягва турбуленцията на въздуха и точно съответства на генерираната топлина мощност на всяко отделение. В сравнение с традиционния цялостен вентилационен дизайн, ефективността на разсейване на топлината се увеличава с повече от 35%.
По отношение на контрола на параметрите, оптималната скорост на отваряне е стриктно контролирана: общата скорост на отваряне на 12kV разпределителен шкаф се контролира на 12%–15%, което е различно от дизайна с голям отвор на оборудване с ниско-напрежение и избягва проблема с прекомерното уплътняване на оборудване с високо-напрежение, перфектно адаптирайки се към изискванията за топлинно натоварване и защита на оборудването със средно-напрежение.
По отношение на защитната структура стандартно са оборудвани бионична дефлекторна{0}}прахоустойчива решетка и подвижна-прахоустойчива-мрежа с висока плътност. В комбинация с дизайна на наклонен ъгъл, оптимизиран чрез CFD симулация, той ефективно блокира нахлуването на прах, дъжд и комари на открито, като същевременно улеснява по-късната поддръжка и почистване. От структурна гледна точка той напълно елиминира проблемите с конденза, ръждата и замърсяването на изолацията.
V. Обобщение на стойността на индустрията: Детайлният дизайн определя надеждността на разпределителната система
Редица от малки вентилационни отвори, на пръв поглед незначителни, всъщност е основният детайл от надеждния дизайн на системата за захранване на разпределителната уредба. То влияе пряко върху стабилността на разпределителния шкаф по време на 20-годишния му пълен жизнен цикъл. Традиционният емпиричен дизайн винаги е бил неспособен да преодолее присъщото противоречие между разсейването на топлината и защитата, докато CFD изчислителната технология за симулация на динамиката на флуидите, чрез цифрови, количествени и визуализирани методи за проектиране, напълно пробива през тясното място в индустрията.
За 12 kv разпределителна уредба, която е най-широко използваната и има най-широките сценарии за приложение сред оборудването със средно{1}}напрежение, усъвършенстваният дизайн за оптимизиране на вентилационния отвор може не само да се адаптира към работните характеристики на напрежението на разпределителната уредба, като гарантира липса на прегряване по време на пълно-натоварване и дългосрочна-работа, но също така да поддържа защитната долна линия на шкафа, устоявайки на ерозията при сложна работа условия и значително намаляване на процента на отказ на оборудването и разходите за експлоатация и поддръжка.
В настоящата трансформация на разпределителната индустрия към усъвършенстване, дигитализация и дългосрочна-експлоатация, конкуренцията за надеждност на разпределителните шкафове вече не е единична конкуренция на основните компоненти, а всеобхватна конкуренция на структурни детайли, симулационен дизайн и пълна-адаптация на сценария. Оптимизирането на вентилационната структура чрез CFD симулация за постигане на перфектен баланс между разсейването на топлината и защитата е точно основната бариера, която отличава разпределителното оборудване от висок-клас от обикновените продукти, а също така е ключовият крайъгълен камък за осигуряване на безопасна, стабилна и дългосрочна-работа на цялата енергийна система.
За нас
Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. е основана през 2018 г., като се основава на 17 години специализиран опит в инженерството и производството на трансформатори. Като сертифициран по ISO 9001:2015-производител, ние предоставяме широка гама от високо-производителни маслени-потопяеми и сухи разпределителни трансформатори, както и интелигентни решения за разпределителни уреди. Проектирани да отговарят на глобалните стандарти, нашите продукти се ползват с доверието на клиенти от цяла Европа, Близкия изток, Южна Америка, Югоизточна Азия и Африка заради тяхната издръжливост и оперативна ефективност.
Ръководени от специализиран екип за научноизследователска и развойна дейност, притежаващ над 40 патента, ние управляваме прехода от традиционно производство към интелигентна, устойчива интеграция на електроенергийната система. Чрез внедряване на напреднали технологии като IoT-отдалечен мониторинг, AI-управляван прогнозен анализ и напълно дигитализирани производствени процеси, ние доставяме иновативни, надеждни и-насочени към бъдещето мощни решения за развиващия се глобален енергиен пейзаж.