Ventilācijas atveres sadales skapju sānos vai augšpusē var šķist nekas vairāk kā neuzkrītoši spraugas, tomēr tās kalpo diviem mērķiem - regulēt iekārtas "temperatūru" un nodrošināt tās "drošību". Saskaņā arelektrisko sadales iekārtu definīcija, sadales iekārtas ir elektroenerģijas ražošanas, pārvades un sadales sistēmu kodols. Tādas sastāvdaļas kā automātiskie slēdži un kopnes darbības laikā rada ievērojamu siltumu, un ventilācijas atveres kalpo kā galvenie siltuma izkliedes kanāli. Tomēr rodas pretruna: lai gan lielākas un vairāk atveres uzlabo siltuma izkliedes efektivitāti, tās kļūst arī par vieglākām lietus ūdens, putekļu un sāls miglas ieplūdes vietām, izraisot izolācijas mitruma bojājumus un komponentu koroziju, kas tieši apdraud iekārtu drošību.
Šī līdzsvarošanas darbība-nodrošina "siltuma izkliedi, neapdraudot aizsardzību un aizsardzību, netraucējot siltuma izkliedi"-ir īpaši intensīva vidēja- un augsta sprieguma-iekārtās, piemēram,33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārtaun24 kV sadales iekārta. Šādām iekārtām ir augsts jaudas blīvums un steidzamas siltuma izkliedes prasības, un tās bieži tiek izmantotas ārā vai vidē ar augstu mitruma līmeni, tādēļ ir nepieciešams IP vērtējums IP4X vai augstāks. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulācijas tehnoloģijas pielietojums ventilācijas atveru projektēšanā ir ļāvis pāriet no "empīriskā novērtējuma" uz "precīzu kvantitatīvu noteikšanu", padarot to par galveno rīku šīs problēmas risināšanai. Šajā rakstā tiks analizēts, kā CFD simulācija optimizē ventilācijas atveru novietojumu, formu un izmēru, kā arī tās praktisko pielietojumu 24 kV sadales iekārtās un 33 kV gāzes izolētās sadales iekārtās.
I. Kāpēc ventilācijas projektēšana ir "dzīvības un nāves jautājums"? Galvenie konflikti un nozares sāpju punkti
Ventilācijas dizains būtībā ir "gaisa plūsmas kanālu" un "aizsardzības barjeru" dialektiska vienotība. Īpaši vidēja{1}} un augsta sprieguma{2}}slēgierīcēm jebkura konstrukcijas novirze var izraisīt katastrofālas sekas:
1. Nepietiekama siltuma izkliede: nāvējošs iekārtu "pārkaršanas" risks
Darbības laikā kopņu džoula zudumi un siltums, ko rada ķēdes pārtraucēja loka dzēšana, izraisa sadales iekārtas iekšējās temperatūras paaugstināšanos. Dati liecina, ka par katru 10 grādu iekšējās temperatūras paaugstināšanos izolācijas materiālu kalpošanas laiks samazinās par 50%, bet metāla detaļu korozijas ātrums palielinās par 30%. Par24 kV sadales iekārta, ar nominālo strāvu līdz 3150 A, ja iekšējās temperatūras paaugstināšanās pārsniedz 60 K (vara kopņu standarta robežvērtība) pilnas-slodzes darbības laikā, tas tieši izraisīs pār{4}}temperatūras pārtraukšanu; Tikmēr, lai gan 33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārtās tiek izmantota SF6 gāzes izolācija, gāzes noplūdes ir jāizvēdina. Ja ventilācija ir nepietiekama, gāzes koncentrācija var pārsniegt drošās robežas, radot drošības apdraudējumu.
2. Aizsardzības kļūme: vides korozijas "nāvējošs ceļš".
Nepareizi projektētas ventilācijas atveres var kļūt par tiešu ceļu lietus ūdens, putekļu un kondensāta iekļūšanai:
Ja āra 24 kV sadales iekārtu ventilācijas atverēm trūkst lietus aizsardzības, lietus ūdens var viegli iesūkties leņķī stipra lietus laikā, izraisot sekundāro ķēdes īssavienojumus;
Putekļainā vidē, ja ventilācijas atverēs nav putekļu filtru vai ir pārāk lielas sieta atveres, putekļu uzkrāšanās kopņu savienojumos var palielināt saskares pretestību un izraisīt lokālu pārkaršanu;
Augsta -mitruma vidē lēna gaisa plūsma caur ventilācijas atverēm var izraisīt kondensāciju korpusa iekšpusē, izraisot mitruma piesārņojumu 33 kV gāzes-izolētas sadales iekārtas SF6 gāzes nodalījumos un apdraudot izolācijas veiktspēju.
3. Tradicionālo dizainu "aklums": empīrisma ierobežojumi
Tradicionālā ventilācijas projektēšana bieži vien balstās uz inženieru pieredzi,-piemēram, "apakšējā ieplūde, augšējā izplūde" vai "15%–20% atvērtā zona"-, taču trūkst precīzas iekšējās plūsmas un temperatūras lauku analīzes: noteiktā ķīmiskās rūpniecības parkā ventilācijas atveru nepareiza izvietošana 24 kV sadales iekārtā izraisīja virpuļa veidošanos, kas izraisīja virpuļa veidošanos siltuma ķēdes iekšpusē. izolācija noveco tikai vienu gadu pēc nodošanas ekspluatācijā. Tikmēr noteiktā apakšstacijā 33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārtām bija pārmērīgi samazinātas ventilācijas atveres, lai uzlabotu aizsardzību, kā rezultātā radās SF6 gāzes noplūde, ko nevarēja nekavējoties izvadīt un izraisīja trauksmes izslēgšanu.
II. CFD simulācija: "Precision Navigator" ventilācijas caurumu projektēšanai
Computational Fluid Dynamics (CFD) izmanto skaitliskas simulācijas, lai modelētu gaisa plūsmas un siltuma pārneses modeļus sadales skapjos. Tas var precīzi paredzēt siltuma izkliedes efektivitāti un drošības riskus dažādu ventilācijas atveru konstrukciju gadījumā, nodrošinot "kvantitatīvu optimizāciju":
1. Simulācijas pamatdimensijas: četri galvenie faktori izaicinājuma risināšanai
Plūsmas lauka simulācija: analizē, kā ventilācijas atveres atrašanās vieta un forma ietekmē gaisa plūsmas ceļus korpusā, lai izvairītos no virpuļiem un mirušajām zonām. Piemēram, CFD simulācijas atklāja, ka 24 kV sadales iekārtas konstrukcija, kurā ir apvienotas "garas, šauras apakšējās gaisa ieplūdes un leņķiskās augšējās gaisa izplūdes atveres", palielina gaisa plūsmas ātrumu par 40%, salīdzinot ar tradicionālajām apļveida ventilācijas atverēm, bez ievērojamiem virpuļiem;
Temperatūras lauka simulācija: aprēķina temperatūras sadalījumu skapja iekšpusē dažādos slodzes apstākļos, lai noteiktu optimālo ventilācijas atvēruma attiecību. Par33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārta, CFD simulācijas var precīzi aprēķināt SF6 gāzes difūzijas ceļu pēc noplūdes, optimizēt ventilācijas atveru novietojumu un nodrošināt noplūdes gāzes izvadīšanu no skapja 10 minūšu laikā;
Aizsardzības simulācija: simulē lietus ūdens un putekļu kustības trajektorijas pie ventilācijas atverēm, lai optimizētu lietus pārsega leņķi un putekļu filtra sieta apertūru. Piemēram, simulācijas noteica, ka lietus pārsega slīpuma leņķis, kas ir lielāks par vai vienāds ar 30 grādiem, var pilnībā bloķēt vertikālo nokrišņu daudzumu, neietekmējot gaisa ieplūdes efektivitāti;
Vairāku-scenāriju apvienotā simulācija: ārkārtēju vides apstākļu, piemēram, augstas temperatūras, stipra lietus un putekļu apvienošana, lai pārbaudītu ventilācijas atveres konstrukcijas pielāgojamību. Noteiktai āra 24kV sadales iekārtai CFD savienotā simulācija optimizēja ventilācijas atvēršanas attiecību no 20% līdz 12%, kas atbilst siltuma izkliedes prasībām, vienlaikus paaugstinot aizsardzības pakāpi līdz IP54.
2. Dizaina optimizācijas gadījumu izpēte: no simulācijas līdz ieviešanai
1. gadījums: 24kV sadales iekārtu ventilācijas atveru CFD optimizācija
Noteikta zīmola 24kV sadales iekārtas (IP4X aizsardzības pakāpe) sākotnējā dizainā bija apļveida ventilācijas atveres ar 18% atvēršanas koeficientu. Tomēr CFD simulācijas atklāja, ka temperatūras paaugstināšanās ķēdes pārtraucēja zonā sasniedza 65K (pārsniedzot standartu par 5K). Izmantojot optimizāciju:
Forma: apļveida ventilācijas atveres tika pārveidotas racionālā formā, lai samazinātu gaisa plūsmas pretestību;
Pozīcija: apakšējā gaisa ieplūdes atvere tika nobīdīta par 15 cm uz ķēdes pārtraucēja pusi, un augšējā gaisa izplūdes atvere bija saskaņota ar kopnes nodalījumu;
Struktūra: tika pievienots 30 grādu leņķis lietus vairogs un 100 sietu putekļu filtrs.
Simulācijas pēc optimizācijas parādīja, ka temperatūras paaugstināšanās skapja iekšpusē samazinājās līdz 52K, gaisa plūsmas ātrums palielinājās par 35%, un tika novērsts lietus ūdens un putekļu iekļūšanas risks, pilnībā ievērojot IEC 62271-200 standarta prasības.
2. gadījums: pielāgota ventilācijas konstrukcija 33 kV gāzes-izolētai sadales iekārtai
Tā kā SF6 gāzes blīvums ir augsts (5 reizes lielāks nekā gaisam), tai ir tendence uzkrāties korpusa apakšā pēc noplūdes 33 kV gāzes-izolētā sadales iekārtā. Izmantojot CFD simulāciju:
Ieplūde: atrodas skapja augšpusē, lai ievilktu vēsu gaisu un radītu konvekciju;
Izplūdes atveres: novietotas korpusa apakšā, 0,5 m virs zemes, lai precīzi izvadītu grimstošo SF6 gāzi;
Atvērtās zonas attiecība: Optimizēta līdz 8%, apvienojumā ar aksiālajiem ventilatoriem piespiedu izplūdei, nodrošinot, ka noplūdes gāzes koncentrācija nepārsniedz 1000 μL/L (drošības robeža).
Šis dizains ir apstiprināts saskaņā ar GB 50060-2008 standartu un ir ieviests augstkalnu apakšstacijā.
III. Ventilācijas atveru dizaina "zelta likumi": praktiski risinājumi, ko vada CFD
Pamatojoties uz CFD simulācijas tehnoloģiju un ņemot vērā 24 kV sadales iekārtu un 33 kV gāzes izolētu sadales iekārtu pielietojuma scenārijus, ventilācijas atveres projektēšanā ir jāievēro trīs galvenie principi: "strukturālā pielāgošana, parametru kvantitatīva noteikšana un pastiprināta aizsardzība".
1. Strukturālais dizains: ventilācijas risinājumi, kas pielāgoti dažādām iekārtām
24 kV sadales iekārta (gaisa{1}}izolācijas tips):
Ventilācijas režīms: dabiskās konvekcijas un piespiedu dzesēšanas kombinācija ar gaisa ieplūdi apakšā un izplūdi augšpusē;
Forma: ieplūdes atveres ir iegarenas (platums ir lielāks vai vienāds ar 5 cm), savukārt izplūdes atveres ir leņķī (30 grādi – 45 grādi), lai samazinātu lietus ūdens iekļūšanu;
Atbalsta konstrukcijas: uzstādītas IP54 kvalitātes ūdensnecaurlaidīgas žalūzijas un noņemami putekļu filtri, kurus var regulāri tīrīt, neietekmējot siltuma izkliedi.
33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārta (ar SF6 izolāciju):
Ventilācijas režīms: galvenokārt piespiedu izplūde ar gaisa ieplūdi augšpusē un izplūdi apakšā;
Forma: gaisa ieplūdes atveres ir apaļas (diametrs ir lielāks vai vienāds ar 8 cm), un izplūdes atveres ir režģa -tipa, lai atvieglotu gāzes izkliedi;
Papildu struktūra: Aprīkots ar SF6 gāzes koncentrācijas sensoru, kas kontrolē ventilatora darbību, nodrošinot saskaņotu aizsardzību un siltuma izkliedi.
2. Parametru kvantitatīva noteikšana: CFD optimizācijas pamatmetrika
Open Area Ratio: Pielāgots, pamatojoties uz aprīkojuma jaudas blīvumu; 12%–15% 24 kV sadales iekārtām ar pilnu slodzi un 8%–10% 33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārtām;
Gaisa plūsmas ātrums: ieplūdes gaisa ātrumu kontrolē 1–2 m/s un izplūdes ātrumu 2–3 m/s, lai novērstu kondensāciju, ko izraisa pārmērīgs ātrums, vai siltuma uzkrāšanos, ko izraisa nepietiekams ātrums;
Temperatūras paaugstināšanās kontrole: CFD simulācijas nodrošina, ka maksimālā temperatūras paaugstināšanās korpusa iekšpusē nepārsniedz GB/T 11022 standartā noteiktos ierobežojumus (vara kopne Mazāka vai vienāda ar 60 K, alumīnija kopne mazāka vai vienāda ar 70 K).
3. Pastiprināta aizsardzība: uzlabota aizsardzība, neapdraudot siltuma izkliedi
Materiāla aizsardzība: Ventilācijas atveru rāmji ir izgatavoti no 304 nerūsējošā tērauda, lai novērstu korozijas izraisītas konstrukcijas deformācijas; lietus pārsegi ir izgatavoti no laikapstākļiem-izturīga ABS materiāla, kas spēj izturēt temperatūras ciklus no -40 līdz 70 grādiem;
Blīvējuma sinerģija: EPDM blīvējuma sloksnes ir uzstādītas savienojuma vietās starp ventilācijas atverēm un skapja korpusu ar kompresiju, kas kontrolēta uz 20%–30%, lai novērstu lietus ūdens noplūdi caur spraugām;
Vides pielāgošana: āra videi ir pievienoti lietus vāciņi (slīpums ir lielāks par 15 grādiem vai vienāds ar to); mitrināšanas ierīces ir savienotas pārī ar augsta mitruma{1}}vidēm; un augsta-blīvuma putekļu filtri (lielāks par vai vienāds ar 120 sietiem) ir atlasīti putekļainai videi.
Kopsavilkums
Sadales iekārtu ilgtermiņa uzticama darbība bieži vien ir atkarīga no "detaļām", piemēram, ventilācijas atverēm. Elektrisko sadales iekārtu galvenā misija ir "droši un stabili pārsūtīt elektrisko enerģiju", un, tā kā ventilācijas atveres kalpo kā kritiskie punkti siltuma izkliedēšanai un aizsardzībai, to konstrukcijas kvalitāte tieši ietekmē iekārtu kalpošanas laiku un ekspluatācijas drošību. CFD simulācijas tehnoloģijas izmantošana ir paaugstinājusi "uz pieredzi{3}} balstītu dizainu" līdz "precīzai konstrukcijai", atrisinot kompromisu starp siltuma izkliedi un aizsardzību, vienlaikus nodrošinot zinātnisku pamatojumu tādu iekārtu pielāgotai konstrukcijai kā 24 kV sadales iekārtas un 33 kV gāzes-izolācijas sadales iekārtas. )
Uzņēmumiem, izvēloties sadales iekārtas ar CFD{0}}optimizētu ventilācijas dizainu, būtībā ir jāizvēlas "dzīves cikla uzticamība". Ražotājiem, tikai dziļi integrējot simulācijas tehnoloģiju projektēšanas procesā, tie var izcelties intensīvā tirgus konkurencē un izveidot "slēptu aizsardzības līniju" elektrotīkla drošībai.
Par mums
Zhejiang Lvma Electric Co., Ltd. tika dibināta 2018. gadā, mantojot 17 gadu specializētu pieredzi transformatoru projektēšanā un ražošanā. Kā ISO 9001:2015{7}}sertificētais uzņēmums esam vadošais augstas veiktspējas-eļļas-iegremdējamo un sausā tipa sadales transformatoru un sadales iekārtu risinājumu nodrošinātājs. Mūsu produkti ir izstrādāti tā, lai tie atbilstu starptautiskajiem standartiem, un klienti visā Eiropā, Tuvajos Austrumos, Dienvidamerikā, Dienvidaustrumāzijā un Āfrikā tiem uzticas to uzticamības un izturības dēļ.
Pateicoties īpašai pētniecības un izstrādes komandai, kurai ir vairāk nekā 40 patentu, mēs pārejam no tradicionālā aprīkojuma ražotāja uz integrētu viedo un ilgtspējīgu enerģijas sistēmu nodrošinātāju. Iekļaujot tādas progresīvas tehnoloģijas kā IoT-balstīta viedā uzraudzība, paredzamā apkope un digitāli optimizēti ražošanas procesi, mēs nodrošinām novatorisku, drošu un uzticamu enerģijas risinājumu piegādi, kas pielāgoti globālā enerģijas tirgus mainīgajām vajadzībām.