W systemie elektroenergetycznym transformatory wykonują podstawowe zadanie konwersji napięcia, a to, czy transformatory będą mogły pracować bezpiecznie i stabilnie, zależy od kompletnego „systemu bezpieczeństwa” -, to znaczy:rozdzielnice wysokiego i niskiego napięcia.Jeśli transformator jest sercem ludzkiego ciała, wówczas rozdzielnicą są naczynia krwionośne i układ nerwowy otaczający serce, które pełni wiele funkcji, takich jak odbieranie, dystrybucja, kontrolowanie i ochrona energii elektrycznej. Od podstacji miejskich, dystrybucyjnych przedsiębiorstw przemysłowych i górniczych, po obszary obsługi autostrad, nowe elektrownie energetyczne, rozdzielnice wysokiego i niskiego napięcia są wszędzie. Wewnątrz pozornie zwyczajnej żelaznej szafki znajduje się tak naprawdę wiele elementów elektrycznych o różnych funkcjach, z których każdy wykonuje swoje własne zadania i wspólnie zapewnia bezpieczne dostawy energii elektrycznej. Jakie więc elementy składają się na rozdzielnicę wysokiego i niskiego napięcia? Jaką niezastąpioną rolę pełni każdy element w całym systemie?
Aby zrozumieć rozdzielnice wysokiego i niskiego napięcia, należy najpierw wyjaśnić granicę między „wysokim” i „niskim”. Ogólnie rzecz biorąc, poziom napięcia w rozdzielnicach-wysokiego napięcia mieści się w przedziale od 3,6 kV do 40,5 kV i jest wykorzystywana do zasilania linii wejściowych transformatorów po stronie wysokiego-napięcia, segmentacji szyn zbiorczych i zasilania innych urządzeń-wysokiego napięcia; Poziom napięcia w rozdzielnicach-niskiego napięcia wynosi zwykle poniżej 1 kV, przy czym najczęściej spotykane jest napięcie 400 V/690 V, stosowane do dystrybucji energii po stronie niskiego-transformatorów, sterowania silnikami i zasilania oświetlenia. Niezależnie od wysokiego lub niskiego napięcia, podstawowa konstrukcja rozdzielnicy składa się z dwóch głównych części: korpusu szafy i wewnętrznych elementów elektrycznych. Szafa jest konstrukcją skorupową składającą się z powłoki, elementów izolacyjnych, różnych mechanizmów operacyjnych, zacisków wtórnych i przewodów łączących, które odgrywają rolę w podparciu mechanicznym, izolacji elektrycznej i ochronie bezpieczeństwa; Wnętrze szafy jest dalej podzielone na wiele przedziałów w zależności od ich funkcji, w tym pomieszczenie głównych szyn zbiorczych, pomieszczenie wyłączników (lub pomieszczenie wózków ręcznych), pomieszczenie kablowe, pomieszczenie przekaźników i przyrządów itp. Przedziały są oddzielone metalowymi przegrodami lub płytami izolacyjnymi, aby zapewnić bezpieczną izolację pomiędzy różnymi jednostkami funkcjonalnymi.
Kiedy skupiamy naszą uwagę na wewnętrznych elementach rozdzielnicy, pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy, jest różnorodny asortyment podstawowych elementów elektrycznych. Tak-tak zwane elementy pierwotne odnoszą się do urządzeń, które bezpośrednio przewodzą prąd w obwodzie głównym, tworząc główny kanał przesyłu mocy. Wśród nich wyłącznik jest niewątpliwie najważniejszym elementem. Wyłączniki automatyczne mogą łączyć, przenosić i odłączać normalne prądy obwodowe. Co ważniejsze, gdy w systemie zasilania wystąpi anormalna sytuacja, taka jak przeciążenie lub zwarcie, mogą szybko odciąć prąd zwarciowy w ciągu kilkudziesięciu milisekund, zapobiegając uszkodzeniu sprzętu i eskalacji wypadków. Wyłączniki próżniowe lub wyłączniki sześciofluorku siarki są zwykle używane po stronie-wysokiego napięcia. Ten pierwszy wykorzystuje próżnię jako środek do gaszenia łuku i ma zalety niewielkich rozmiarów, długiej żywotności i braku zanieczyszczeń; Ten ostatni wykorzystuje doskonałą skuteczność gaszenia łuku gazowego sześciofluorku siarki i nadaje się do zastosowań przy wyższych poziomach napięcia. Wyłączniki automatyczne z powłoką z tworzywa sztucznego i wyłączniki ramowe są szeroko stosowane po stronie niskiego napięcia, a wybór opiera się na różnych prądach znamionowych i zdolnościach wyłączania.
Kolejnym ważnym elementem ściśle współpracującym z wyłącznikami jest rozłącznik. Wyłącznika nie można używać pod obciążeniem. Jego główną funkcją jest izolowanie źródła zasilania i tworzenie wyraźnego i widocznego punktu odłączenia między sprzętem konserwacyjnym wysokiego napięcia a sprzętem pod napięciem, zapewniając w ten sposób bezpieczne środowisko pracy personelowi konserwacyjnemu. W rozdzielnicach rozłączniki izolacyjne stosuje się zwykle szeregowo z wyłącznikami, które odpowiadają za odcięcie prądu obciążenia, natomiast rozłączniki izolacyjne zapewniają widoczną izolację bezpieczeństwa po zaniku zasilania. Ponadto rozdzielnice-wysokiego napięcia są powszechnie wyposażone w przełączniki uziemiające. Gdy urządzenie jest w trakcie konserwacji, strona odpływowa powinna być zwarta i uziemiona, aby zapobiec obrażeniom personelu spowodowanym przez indukowane napięcie lub przypadkowe przeniesienie mocy. Odłącznik, uziemnik i wyłącznik są mechanicznie blokowane, aby osiągnąć funkcję „pięciu zabezpieczeń”, która obejmuje zapobieganie przypadkowemu otwarciu i zamknięciu wyłącznika, zapobieganie otwieraniu i zamykaniu odłącznika pod obciążeniem, zapobieganie zamykaniu uziemnika pod napięciem, zapobieganie przenoszeniu mocy, gdy uziemnik jest zamknięty oraz zapobieganie przypadkowemu wejściu do przedziałów pod napięciem. Te pięć funkcji blokujących stanowi podstawową gwarancję bezpiecznej pracy rozdzielnic-wysokiego napięcia.
Transformator jest kolejnym istotnym podstawowym elementem rozdzielnicy. Przekładniki prądowe służą do proporcjonalnego przekształcania dużych prądów na standardowe małe prądy 5 A lub 1 A, które są doprowadzane do przyrządów pomiarowych i urządzeń ochronnych w celu pośredniego monitorowania obwodów wysokoprądowych; Przekładniki napięciowe przekształcają wysokie napięcie na standardowe niskie napięcie 100 V lub 100/√ 3 V do pomiaru napięcia, obliczania mocy i ochrony przekaźnika. Transformatory o sekwencji zerowej są specjalnie używane do wykrywania niezrównoważonych składowych prądów trójfazowych-i stanowią ważne źródło sygnału dla ochrony uziemienia jednofazowego. Transformatory te izolują wysokie napięcie i duży prąd od obwodów pomiarowych i ochronnych, zapewniając bezpieczeństwo ludzi i umożliwiając znormalizowaną i zminiaturyzowaną konstrukcję przyrządów i urządzeń ochronnych. Ponadto w pomieszczeniu kablowym rozdzielnicy wysokiego napięcia instalowane są odgromniki (znane również jako ochronniki przepięciowe). Ich funkcją jest szybkie ograniczenie przepięcia w zakresie, jaki może wytrzymać izolacja sprzętu w przypadku uderzenia pioruna lub wystąpienia przepięcia, chroniąc transformatory i rozdzielnicę przed uszkodzeniami udarowymi.
Oprócz elementów pierwotnych, które przewodzą prąd w obwodzie głównym, w rozdzielnicy znajduje się duża liczba elementów wtórnych, które są równie ważne, ale nie widzą prądu w obwodzie głównym. Tak zwane-elementy wtórne odnoszą się do sprzętu-niskiego napięcia używanego do monitorowania, sterowania, pomiarów, regulacji i ochrony sprzętu podstawowego, który stanowi „układ nerwowy” rozdzielnicy. Na panelu pomieszczenia przyrządów przekaźnikowych możemy zobaczyć sprzęt wyświetlający i sterujący, taki jak kompleksowe urządzenia zabezpieczające mikrokomputera, uchwyty operacyjne, płyty dociskowe wyjścia zabezpieczającego, amperomierze, woltomierze, mierniki mocy czynnej/biernej, mierniki współczynnika mocy, mierniki częstotliwości, lampki sygnalizacyjne itp.; W wewnętrznej przestrzeni pod panelem znajdują się listwy zaciskowe, wyłączniki zasilania prądu stałego obwodu sterującego zabezpieczeniem mikrokomputera, wyłączniki mocy roboczej silnika magazynującego energię, a także różne przekaźniki pośrednie, przełączniki konwersji, przyciski, bezpieczniki itp. Zintegrowane urządzenie zabezpieczające mikrokomputera stanowi rdzeń systemu wtórnego, który opiera się na mikroprocesorze i integruje zabezpieczenia, pomiary, sterowanie i komunikację. Może automatycznie określić typ usterki i wydać polecenie wyłączenia w oparciu o zaprogramowane wartości, a także przesłać dane operacyjne i informacje o usterce do systemu monitorowania w tle. W dzisiejszym coraz bardziej inteligentnym świecie inteligentne rozdzielnice z funkcjami monitorowania online i zdalnej komunikacji stopniowo wypierają tradycyjne rozdzielnice i stają się głównym kierunkiem rozwoju przemysłu.
Po wyjaśnieniu wewnętrznego składu rozdzielnicy pojawia się powszechny problem napotykany przy doborze praktycznym: jak rozróżnić i wybrać GGD, GCK, GCS i MNS w obliczu olśniewającej różnorodności modeli rozdzielnic niskiego-napięcia dostępnych na rynku? Szafy tego typu różnią się znacznie budową i funkcją. GGD należy do rozdzielnic stacjonarnych, a wszystkie elementy elektryczne są na stałe zainstalowane wewnątrz szafy. Jego konstrukcja jest prosta, koszt niski i nadaje się do sytuacji z małą liczbą obwodów i niskimi wymaganiami dotyczącymi elastyczności konserwacji. GCK, GCS i MNS należą do rozdzielnic wysuwnych, w których wyłączniki, styczniki i inne elementy każdego obwodu instaluje się w niezależnej szafce szufladowej. W przypadku awarii obwodu wystarczy wyjąć i wymienić szufladę, aby przywrócić zasilanie bez konieczności całkowitej przerwy w dostawie prądu w szafie, co znacznie poprawia niezawodność zasilania i wygodę konserwacji. Spośród czterech popularnych typów szaf: GGD, GCK, GCS i MNS, GGD jest jedynym typem szafy stałej, natomiast GCK, GCS i MNS to szafki-wysuwane. Szafa GCK ma zwartą konstrukcję i nadaje się do ogólnych centrów dystrybucji energii i sterowania silnikami; Szafa GCS została zoptymalizowana pod kątem modułu wysokości szuflady, co pozwala na umieszczenie większej liczby obwodów odpływowych na ograniczonej przestrzeni; Szafa MNS wywodzi się z importowanej szwajcarskiej technologii ABB, która ma zalety w zakresie urządzeń blokujących bezpieczeństwo i elastyczność kombinacji, ale głębokość szafy jest stosunkowo duża. Dokonując wyboru, użytkownicy powinni dokonać kompleksowej oceny w oparciu o rzeczywiste warunki, takie jak budżet projektu, liczba obwodów wychodzących, wymagania konserwacyjne i przestrzeń instalacyjna.
Doboru i eksportu rozdzielnic wysokiego i niskiego napięcia nie można oddzielać od głębokiego zrozumienia standardowego systemu. Na poziomie rynku międzynarodowego główną normą obowiązującą dla rozdzielnic-wysokonapięciowych jest seria IEC 62271 (aparatura rozdzielcza i sterownicza-wysokonapięciowego), z których IEC 62271-200 jest specjalnie zaprojektowana dla rozdzielnic prądu przemiennego w metalowej obudowie o napięciu znamionowym od 1 kV do 52 kV; Główne obowiązujące normy dotyczące rozdzielnic-niskiego napięcia to seria IEC 61439 (aparatura rozdzielcza i sterownicza{{14}niskiego napięcia), gdzie IEC 61439-1 obejmuje wymagania ogólne, a IEC 61439-2 dotyczy komponentów rozdzielnic mocy i sprzętu sterującego. Norma IEC jest najczęściej stosowaną specyfikacją techniczną na świecie i podstawą wzajemnego uznawania systemów CB. Na rynku chińskim rozdzielnice wysokiego napięcia są zgodne z normą GB/T 3906-2020 „3,6 kV ~ 40,5 kV AC w obudowie metalowej rozdzielnice i sprzęt sterujący”, a rozdzielnice niskiego napięcia są zgodne z normą GB/T 7251.1 „Rozdzielnice i urządzenia sterujące niskiego napięcia”. Te normy krajowe są w dużym stopniu spójne z normami IEC pod względem zawartości technicznej, a niektóre normy osiągnęły poziom równoważnego przyjęcia lub nawet całkowitego przetłumaczenia, tworząc solidne podstawy techniczne dla wprowadzenia rozdzielnic produkowanych w Chinach na rynek globalny. Na rynku północnoamerykańskim produkty rozdzielnic muszą być zgodne ze standardami serii IEEE C37 i normami serii CSA C22.2 oraz uzyskać certyfikat UL/cUL przed instalacją i użytkowaniem. Dostarczając produkty rozdzielcze klientom zagranicznym, personel handlu zagranicznego powinien z wyprzedzeniem potwierdzić kompletność wersji standardowej, poziomu ochrony, dopuszczalnego wzrostu temperatury i raportu z badania typu wymaganego na rynku docelowym, aby upewnić się, że produkt może spełnić wymogi przeglądu dopuszczającego lokalnych organów regulacyjnych w zakresie dokumentów technicznych i danych testowych.
Z perspektywy rynku globalnego branża rozdzielnic wysokiego i niskiego napięcia znajduje się na ścieżce stałego wzrostu. Oczekuje się, że światowy rynek rozdzielnic-niskiego napięcia osiągnie wartość około 36,3 miliarda juanów do 2024 r., a do 2031 r. osiągnie wartość 56,46 miliarda juanów, przy łącznej rocznej stopie wzrostu wynoszącej około 6,6%. Poprawia się także sytuacja eksportowa chińskiej rozdzielnicy-wysokiego napięcia. W latach 2019–2025 wartość eksportu rozdzielnic-wysokiego napięcia wzrosła z 7,979 miliardów juanów do 24,977 miliardów juanów, przy średniej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 20,9%. Produkty zostały wyeksportowane do 196 krajów i regionów na całym świecie, przy czym Arabia Saudyjska, Indonezja, Malezja, Australia i Filipiny zajmują czołowe miejsca pod względem wartości eksportu. Jednocześnie przyspiesza kierunek technologiczny rozdzielnic w kierunku inteligencji, miniaturyzacji i zielonej ochrony środowiska. Zastosowanie technologii cyfrowych bliźniaków polega na modernizacji trybu obsługi i konserwacji z tradycyjnej regularnej konserwacji do zarządzania predykcyjnego.
Gdy klienci pytają, jak ważne są elementy znajdujące się wewnątrz rozdzielnicy, można zastosować odpowiednią analogię:-transformator o wysokiej wydajności jest jak silny koń, a dobrze-zaprojektowana i dobrze-wyposażona rozdzielnica wysokiego i niskiego napięcia to wodze i siodło potrzebne do kontrolowania tego konia. Bez ochrony i kontroli rozdzielnicy nawet najlepszy transformator nie będzie w stanie bezpiecznie wykorzystać swojej pełnej mocy. Od gromadzenia energii elektrycznej z głównej szyny zbiorczej, przez usuwanie usterek wyłączników automatycznych, od pozyskiwania sygnału z transformatorów, po kompleksową ocenę urządzeń zabezpieczających mikrokomputery, każdy element wykonuje precyzyjne i krytyczne zadania na swoim własnym stanowisku. Pod pozornie zwyczajną powłoką rozdzielnic wysokiego i niskiego napięcia kryje się rozległy i precyzyjny świat elektryczny - ten świat jest ważnym kamieniem węgielnym bezpiecznej, niezawodnej i wydajnej pracy nowoczesnych systemów elektroenergetycznych.
