Análisis breve de interruptores automáticos integrados digitales primarios y secundarios montados en postes y sus aplicaciones de ingeniería
Con el continuo desarrollo y la mejora de la tecnología de interruptores de distribución integrados primarios y secundarios, los interruptores automáticos de baja tensión (BT) montados en poste (primarios y secundarios) domésticos han dado lugar a una amplia gama de aplicaciones de ingeniería. Este documento analiza las soluciones técnicas de los interruptores automáticos digitales montados en poste típicos, incluyendo las rutas técnicas específicas de los equipos, la composición estructural, los requisitos técnicos de los módulos digitales, etc., realiza análisis de la fiabilidad de los equipos y de las aplicaciones de ingeniería, y destaca las ventajas de los interruptores automáticos digitales montados en poste en comparación con los interruptores automáticos electromagnéticos o electrónicos tradicionales. Este documento guía la aplicación de ingeniería de los interruptores automáticos digitales montados en poste.
Introducción
En el contexto de la promoción nacional del pico de carbono y la neutralidad de carbono, la construcción de un nuevo sistema eléctrico con nuevas energías como eje central se ha convertido en una importante tendencia de desarrollo, y la red eléctrica digital se convertirá en una nueva forma de transportar nuevos sistemas eléctricos. Actualmente, la construcción de redes eléctricas digitales ha entrado en un período de rápido desarrollo, y la construcción de redes de distribución digitales también se ha convertido en una parte importante de este. Como aparamenta importante para líneas aéreas de redes de distribución domésticas, los interruptores de polo son equipos para la automatización de la distribución de líneas aéreas, y los interruptores de polo digitales también se han convertido en el equipo central de las redes de distribución digitales. Este artículo presenta la solución técnica de los interruptores digitales montados en poste, analiza su ruta técnica, composición estructural y requisitos técnicos de ADMU, realiza análisis de confiabilidad de equipos y análisis de aplicaciones de ingeniería, y resume las características de aplicación de ingeniería de los interruptores digitales montados en poste.
1 Solución técnica de interruptores digitales montados en poste
1.1 Ruta técnica
En comparación con los interruptores electromagnéticos o electrónicos tradicionales, los interruptores digitales se encargan principalmente de la digitalización local de las magnitudes analógicas del interruptor y luego las transmiten a la unidad terminal en forma de magnitudes digitales para completar el procesamiento de la señal. Actualmente, existen dos rutas técnicas principales para completar la digitalización local de magnitudes analógicas. La primera es que el sensor de corriente utiliza una bobina de Rogowski para convertir la corriente primaria en una pequeña señal secundaria y luego convertirla en una magnitud digital a través de un integrador, mientras que el sensor de tensión convierte la pequeña señal de tensión secundaria en una magnitud digital a través de un convertidor analógico-digital (AD); la segunda es introducir la pequeña señal analógica secundaria del sensor electrónico tradicional de tensión y corriente en el cuerpo del interruptor en el módulo ADMU cercano, completar la conversión analógico-digital de la señal a través del ADMU y luego transmitir la señal digital a la unidad terminal a través de los cables de conexión primario y secundario, y la unidad terminal realiza la alimentación del ADMU a través de los cables de conexión primario y secundario. Actualmente, debido a que la tecnología de bobina de Rogowski de la primera solución no está lo suficientemente desarrollada para su aplicación en interruptores de redes de distribución, el tamaño del equipo y la precisión de detección relativamente baja, no es posible implementarla en interruptores automáticos montados en postes. Por lo tanto, el interruptor digital montado en postes adopta principalmente la segunda opción técnica.
1.2 Composición estructural
Actualmente, el interruptor digital de poste más común en China es un disyuntor digital de resorte. Este interruptor adopta un mecanismo de operación de resorte, una estructura de polo discreta trifásica con sellado sólido y un sensor externo de voltaje y corriente o un polo con sellado sólido de fusión profunda para completar la detección de pequeñas señales analógicas de voltaje y corriente. El módulo digital (ADMU) se integra en la caja del interruptor mediante un método interno o externo para completar la digitalización local de las pequeñas señales analógicas de voltaje y corriente. Posteriormente, la transmisión de señales entre los dispositivos primario y secundario se completa mediante un cable blindado de par trenzado mediante el método de comunicación 485. Por lo tanto, el interruptor digital de poste se compone principalmente de un cuerpo del interruptor con un módulo digital (ADMU) integrado, una unidad terminal digital y un cable de conexión primario y secundario.
1.3 Requisitos técnicos clave para la digitalización
El interruptor montado en poste realiza la digitalización in situ de la cantidad analógica mediante la integración de ADMU. Sin embargo, el ADMU es un dispositivo electrónico activo, y su vida útil es difícil de igualar a la del cuerpo del interruptor. Por lo tanto, la placa base del módulo ADMU debe ser intercambiable en caliente y reemplazable en línea. Por lo tanto, el diseño estructural intercambiable en caliente, el diseño de protección de la interfaz de entrada y salida, y el diseño antiinterferencias de la transmisión de señales digitales del módulo ADMU se han convertido en requisitos técnicos clave para su aplicación fiable.
(1) Diseño estructural intercambiable en caliente: El módulo ADMU debe incluir una carcasa y una placa base. La carcasa se conecta a la caja de interruptores para completar la conversión de la señal analógica del sensor interno del interruptor y la placa base externa. Ambas placas base y la carcasa cuentan con una función de conexión y desconexión en línea. La placa se bloquea automáticamente tras insertarse en la carcasa y se puede desenganchar y extraer con la perilla de la herramienta, lo que permite la conexión en línea y la sustitución de la placa del módulo en caso de fallo.
(2) Diseño de protección de la interfaz: El módulo ADMU cuenta con dos interfaces: la interfaz de conexión entre la carcasa y la caja, que debe cumplir con los requisitos de protección IP65 para evitar la entrada de vapor de agua en la caja de interruptores, lo que podría causar oxidación en el mecanismo interno y cortocircuitos en la interfaz; y la interfaz eléctrica entre la carcasa y la placa base, que debe cumplir al menos con los requisitos de protección IP55. Al utilizarlo en exteriores, debe asegurarse que el vapor de agua no entre en la interfaz para evitar la oxidación o cortocircuitos en los pines.
(3) Diseño antiinterferente para la transmisión de señales digitales: Una vez que el módulo ADMU completa la digitalización local de la magnitud analógica, la transmite al terminal mediante una señal digital 485. La transmisión de señales digitales se ve fácilmente afectada por el entorno electromagnético. Por lo tanto, se requiere un cable de par trenzado apantallado para la transmisión de señales digitales desde la placa base hasta la unidad terminal. La capa de apantallamiento del cable cuenta con una conexión a tierra de un solo punto para proteger de forma fiable contra interferencias electromagnéticas externas. Asimismo, es necesario seleccionar adecuadamente el chip de comunicación 485 para garantizar la estabilidad de la transmisión y recepción de señales.
2 Análisis de confiabilidad de interruptores de polos digitales
En comparación con los interruptores de polo electromagnéticos o electrónicos tradicionales, la principal diferencia de los interruptores de polo digitales reside en que incorporan un módulo ADMU externo, y los dispositivos primario y secundario transmiten señales de teleseñalización y telemetría mediante señales digitales. Los interruptores de polo electromagnéticos o electrónicos tradicionales son dispositivos pasivos y se han utilizado ampliamente en el mercado con una alta fiabilidad. La incorporación de módulos ADMU activos en los interruptores de polo digitales, conlleva riesgos para la fiabilidad de sus aplicaciones. Los principales factores que influyen son:
(1) La caja de interruptores agrega orificios de instalación del módulo ADMU y aumenta la estructura de sellado de la caja;
(2) El circuito secundario del sensor agrega interfaces de conexión, lo que aumenta el riesgo de errores de cableado secundario;
(3) El módulo ADMU requiere un diseño intercambiable en caliente en línea, lo que aumenta los requisitos de protección de la interfaz externa y confiabilidad de la conexión;
(4) El módulo ADMU es un dispositivo activo, y su vida útil no es comparable a la de los interruptores pasivos tradicionales montados en postes. Es necesario mejorar la fiabilidad de los componentes del módulo y combinar la sustitución en línea de módulos para prolongar la vida útil del interruptor.
(5) El módulo ADMU transmite señales digitales a través de señales 485, lo que aumenta el diseño antiinterferencias de la transmisión de señales digitales.
En resumen, para mejorar la confiabilidad de la aplicación de los interruptores digitales montados en postes, es necesario enfocarse en asegurar la selección óptima de los componentes del módulo ADMU, mejorar la estabilidad de la aplicación y la vida útil del módulo y, en segundo lugar, asegurar la confiabilidad del sellado y la conexión de cada interfaz del módulo a través del diseño de optimización estructural.
3 Análisis de aplicaciones de ingeniería basadas en interruptores digitales montados en postes
La aplicación de ingeniería de interruptores digitales montados en postes trae algunas ventajas de aplicación, tales como:
(1) La precisión de detección de telemetría de voltaje y corriente es mayor, lo que generalmente puede cumplir con la precisión de detección de equipo completo de nivel 0,5, que es mejor que la precisión de 1 nivel de los interruptores tradicionales montados en postes;
(2) Basándose en la detección de telemetría de alta precisión, se puede lograr una identificación y un aislamiento de fallas de línea más precisos y se puede mejorar la estabilidad del suministro de energía de línea;
(3) Se reducen los cables de telemetría entre el equipo primario y el secundario, y solo se conserva un cable de control remoto de 10 núcleos para cumplir con la transmisión de señal remota de tres del equipo completo;
(4) Sin aumentar el número de conectores de interruptor, se puede ampliar la telemetría y la teleseñalización de los interruptores, y se pueden recopilar en tiempo real la tensión trifásica, la tensión homopolar, la corriente de protección y medición trifásica, así como la corriente de protección y medición homopolar en el lado de la fuente de alimentación y el lado de la carga. Esto permite la recopilación de señales de señalización remota de posición abierta, posición cerrada, posición de energía no almacenada, baja presión, etc., e incluso en el futuro, se podrá ampliar la transmisión de señales de señalización remota, como la monitorización de la temperatura de los interruptores y la monitorización de descargas parciales. Ofrece una aplicación flexible y se adapta a más modos de protección.
(5) En el proceso de transmisión de señales pequeñas, la transmisión analógica se ve fácilmente interferida por factores ambientales del circuito de transmisión, mientras que la transmisión digital evita en gran medida la interferencia de factores ambientales y no se ve afectada por la carga del circuito de transmisión, lo que tiene ventajas obvias de transmisión de señal sin pérdidas.
Los interruptores de polo digitales son productos innovadores que han evolucionado de interruptores de polo primario y secundario a interruptores digitales en los últimos dos años. Gracias a su aplicación en ingeniería a gran escala, se puede lograr una monitorización más precisa de la energía en las líneas de distribución eléctrica, la identificación y el aislamiento de fallas en la línea, y la monitorización del estado de los equipos de conmutación de forma más completa.
4 Conclusión
Este artículo analiza brevemente las soluciones técnicas actuales para interruptores de polo digitales, centrándose en el análisis de los requisitos técnicos digitales clave, y analiza los factores que afectan la fiabilidad de su aplicación. Asimismo, analiza las ventajas de la ingeniería de interruptores digitales, que desempeña un papel fundamental en el diseño de productos y la aplicación de ingeniería de interruptores de polo digitales.
