探究低压开关柜结构的合理化设计

探究低压开关柜结构的合理化设计

翁明海

宁波天安智能电网科技股份有限公司 浙江 宁波 315700

摘要：在配电系统中，低压开关柜主要由各种低压电器构成，而低压开关柜柜体结构是低压电器元件的重要载体，因此低压开关柜柜体结构的合理、科学设计对低压开关柜安全、可靠运行起到至关重要的作用。基于此，本文针对低压开关柜结构的合理化设计进行深入探析。

关键词：低压开关柜；结构设计；合理化

随着经济水平的不断增长，社会生产力发展的加快，用户对供电的安全性和可靠性要求也越来越高；显然，对于提升处在电网末端的低压开关柜结构性能显得尤为重要。正因如此，如何进行低压开关柜柜体结构的合理化设计值得业内相关工作者探究。

1. 低压开关柜整体结构的优化

（一）低压开关柜的柜体结构分为固定式和抽屉式，固定式低压开关柜各个馈出单元是固定安装的，不能随意抽出。它的特点是经济实用，能充分利用柜内安装空间，方便电器元件的安装固定，缺点是检修时必须全套开关柜都停电。抽屉式低压开关柜的各个馈出单元和电动机控制单元都安装在抽屉中，抽屉可按需求推入和抽出，抽屉之间还具有互换性。抽屉式低压开关柜能很好的解决不停电检修问题，能方便地更换有故障的设备，提升日后电器元件维护工作的便利性，缺点是价格比较高，结构也相对复杂。

（二）低压开关柜结构和尺寸的模数化。在低压开关柜中有许多尺寸关系，例如结构件的尺寸、安装孔的孔间距、各种部件的大小规格和安装位置关系等。在低压开关柜的机械结构设计中，如果这些尺寸关系和形位关系存在一个被称为模数的基本尺寸，其他各种尺寸关系只是这个基本模数的倍数关系，则对于低压开关柜的结构设计和安装维护来说，将会提供极大的便利。柜体结构标准化和部件化能大幅度地提高低压开关柜的装配速度和效率。低压开关柜相当于安装低压开关电器的容器，我们当然希望能在这个容器里安装尽量多的元器件，这样可以提高空间利用率，降低成本。

（三）低压开关柜的型材选择、内部隔离和外壳设计，考虑低压开关柜柜后维修通道。低压开关柜柜体结构型材广泛采用覆铝锌钢板制作，所有低压开关柜内的柜体连接均采用自攻螺钉拼接，方便开关柜柜体装配；与焊接框架结构比较，具备尺寸误差小，安装调整便捷。当低压开关柜电流达到一定强度后还采用不锈钢材料制作骨架，提高低压开关柜的动热稳定性的同时，还具有良好的耐酸碱特性和耐温特性。为方便现场并柜柜顶水平母线安装拼接，柜顶的侧横梁采用可拆卸结构。做好母线室、功能单元区、电缆室之间的隔离，避免产生电弧，对带电导体进行有效隔离；一般采用分隔型式类型3的隔离方法，用隔板将所有功能单元与母线系统隔离，功能单元之间也隔离，但电缆接点与母线系统之间未隔离，若某功能单元出现故障电弧和金属蒸汽，它不会波及临近的其他功能单元，也不会影响到主母线和配电母线系统。低压开关柜的前门为了电力仪表安装方便，前门最好为一扇；低压开关柜中观看的指示仪表，其安装高度应不高于低压开关柜基础面2m处；操作器件安装高度（中心线）应不高于低压开关柜基础面2m处。底板采用铝板开隔磁槽。低压开关柜的维修通道一般不会太宽裕，800mm及以上后门采用对开门，方便维护安装。

（四）合理的抽屉结构，抽屉是抽屉式开关柜的主要部件，其结构包括：抽屉侧板、抽屉门板及附件、抽屉底板、抽屉背板及接插件母线接触夹、抽屉隔板、二次接插件、抽屉闭锁装置、断路器操作机构等。抽屉底板上应冲制合理的安装孔和散热孔，便于安装各类电器元件；抽屉侧板上应安装闭锁装置，闭锁装置用于抽屉的抽出缓冲，避免抽屉在抽出后发生直接坠落事故；抽屉左右侧板或底板上应有导入导出滑轨，使抽屉一、二次接插件能很好的对接，防止触头撞坏。抽屉内有明显的一次元器件安装区域和二次元器件安装区域，一次元器件安装区域主要安装断路器、接触器及其附件，而二次元器件安装区域主要安装电流互感器和中间继电器等元件，将一次系统和二次系统元器件分开安装相互隔离后能够使得安装更清晰且减少故障电弧对一次、二次元器件的影响，使得系统运行更稳定。抽屉应具备工作位、试验位、抽出位且有机械锁定功能，只允许操作变位，不允许自行变位；抽屉门板上配备闭锁装置，当抽屉处于工作位置时门板被闭锁。

二、低压开关柜防护等级的选择与温升

（一）低压开关柜必须提供足够的防护等级，防止操作者触及带电部件，还要防止外来物侵入和液体溅入。根据低压开关柜应用环境不同，一般高层建筑小区等采用IP3X；在煤热发电厂、化工等有粉尘环境场所采用IP54，其实现措施为在顶封板、门板、侧封板与结构间加装防水型密封条，顶板装配螺钉加塑料垫圈，拼柜处加装防水型封条，安装于柜表面的元器件应具备相应的防护等级。

（二）温升是低压开关柜运行时的重要技术参数，对确保低压开关柜的稳定运行至关重要。低压开关柜的温升与很多因素有关，例如低压开关柜主母线的运行电流，开关柜内元器件的种类、安装密度、低压开关柜的IP防护等级和散热能力、海拔高度等等。当低压开关柜安装处海拔低于2000m时，温升就主要由运行电流大小、防护等级和环境温度等参数决定了。在满足低压柜防护等级的前提下，确保母线规格满足温升要求，在柜子底部和顶部开散热孔，通过合理设计促使柜内空间呈现出循环流动的状态，加散热风机等等措施来提高散热效果，发挥出低压电器元件的最大电气性能。

三、低压开关柜结构的动、热稳定性

当低压开关柜内部的母线系统或者载流导体流过短路电流时，短路电流会对低压开关柜母线系统和载流导体产生巨大的电动力冲击作用，低压开关柜的结构件也将承受瞬间巨大的破坏作用；而低压开关柜的热稳定性主要就是主母线的热稳定性；因此固定母线所用的母线夹的材质及支撑也要予以关注，水平母线和垂直母线在一定的间距方向上需要安装足够数量的母线夹；除了要确保母线夹的绝缘性能外，更重要的是务必确保能够承受最大短路电动力的冲击，当短路电动力的冲击时，低压开关柜的外形未发生明显变化，柜内导电体仍然满足电气间隙和爬电距离的要求，各个绝缘件特别是母线夹未出现裂纹，柜内主元件未损坏。

结束语：

总而言之，低压开关柜结构设计的合理性、有效性，直接影响到低压开关柜整体运行的安全性与可靠性，关乎到整个电力系统的稳定性。鉴于此，低压开关柜柜体结构的合理化设计值得我们相关领域从业者不断探索思考，持续提高低压开关柜的结构设计水平与制造工艺。

参考文献：

[1]GB7251.1-2013低压成套开关设备和控制设备.

[2]黄邵平, 金国彬，李玲. 成套开关设备实用技术. 北京：机械工业出版社, 2008.

[3]张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术.北京：机械工业出版社, 2017.

[4]刘介才. 工厂供用电实用手册.北京：中国电力出版社，2001.