浅谈低压智能化开关柜的设计

浅谈低压智能化开关柜的设计

方民兴

浙江宏顺电力建设有限公司 浙江 杭州 311300

摘要：进入新时代以来，在我国高速发展下，我国的经济水平不断提升，目前，电力行业也取得了较大的发展。在输配电系统中，低压开关柜被广泛应用。不论是低压开关柜的外形还是性能，都在很大程度上得到了改善和提升。但是，在实际应用中，低压开关柜短路等故障依然存在，给社会生产和人们的生活带来了极大的安全隐患。因此，简要分析了我国低压开关柜的发展趋势，并提出了相应的改进思路，以期为日后的工作提供参考。

关键词：低压智能开关柜；功能优势；创新设计

引言

MNSDigital低压智能开关柜由位于中国厦门的ABBMNS生产基地研发并制造。该低压智能开关柜传承MNS系统一贯领先的质量标准和制作工艺，并在此基础上，引入了先进的互联网技术，同时还进行了智能传感器的安装配置，使得开关柜功能也更加趋于智能化。比如可以进行远程监测，还能够实现开关柜功能的自动化控制，不仅如此，在大数据技术的支持下，还能够实现用户数据分析，提供更加安全的用电决策，全面保证用户用电安全可靠需求。因此有必要对该低压智能开关柜设计进行详细的介绍分析，这对于推动该开关柜广泛应用推广有着重要的现实意义。

1低压开关柜概述

低压开关柜是一种在柜式封装空间内集成电力电子元器件的复合式设备，它主要工作于配电系统中，可以完成数据的采集、传输和控制等功能，是电力配电的重要环节。在物联网技术日益发达的今天，智能型开关柜正在逐步取代传统的非智能开关柜。智能化的开关柜充分利用了现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的优势，集遥测、遥调、遥控、遥信等功能于一身，只需在上位机进行简单操作即可掌握远程开关柜设备的实时工作状态。一旦智能开关柜中有设备出现故障，控制器会快速控制断路器将故障源断开，同时将故障详细信息发送到远程监控中心，以便快速安排技术人员前往现场维修，不仅提高了维护效率，也降低了电力系统的安全风险。

2低压智能开关柜设计分析

2.1母线系统设计

在实际进行MNSDigital低压智能开关柜主母线系统设计时，采用了安全分隔设计理念，通过将系统与设备小室、电缆小室等进行相互独立分离，能够保证系统运行的安全性。在主母线设计方面。侧出线开关柜主母线布置在开关柜的背部，后出线开关柜主母线安装在柜体顶部。针对双层主母线系统设计，均进行了上、下两层分隔设计，在两层主母线之间，可以设计不同的截面，使得母线系统实际布置更加灵活。在不同主母线之间，能够单独存在，也可以相互串联、并联。母线数量可结合实际电流大小实际配置，一般情况下，每相由2根或4根主母线组成。在双面操作柜体设计中，采用了共同母线设计方式，并根据其运输单元进行了分隔。母线采用了铜质材料，共有三种规格，分别是30mm×10mm、40mm×10mm、60mm×10mm，即使母线规格不同，彼此也能相互相接。在进行接地保护排与中性线设计时，二者可以直接安装在开关柜下方，PE排则固定在框架上，从而能够有效确保电气运行的连续性。受相不平衡或谐波影响，当中性线需要50％或100％尺寸时或进线为4级开关时，中性线可以被放在母线小室和主母排平行。

2.2使用MNS混装柜提升紧凑度

低压开关柜的断路器安装方式可分为固定分隔式和抽屉式2种。其中，固定分隔式的断路器主要用于配电回路中，只需要使用少量的一次元器件和二次元器件。这种方式的缺点是功能比较少，出现的多为断路器故障。当发生故障时，可采取直接将断路器本体拔出的方式检修。抽屉式的断路器主要用于电动机回路中。与固定分隔式的断路器相比，这种结构可容纳更多的一次元器件和二次元器件，比如接触器、互感器等，以进一步提高柜内空间的利用率。另外，抽屉的数量可以根据需要装的元器件的外形、回路的额定电流来决定。如果出现回路故障，需要同时考虑断路器故障以及内部的一次元器件故障和二次元器件故障。由此可知，故障的检测和处理较为麻烦。组合式结构是一种比较新的安装方式，它结构紧凑、容易排除故障，符合低压开关柜的发展要求。例如MNS混装柜，它有多种柜型，包括框架断路器加固定分隔断路器、框架断路器加抽屉式断路器等。

2.3温度监控模块设计

温度监控模块主要由通信接口、电源模块、信号采集单元以及开关量输出等部分组成。智能开关柜直接由主母线引出220V交流电源线，首先由变压器对高压信号进行降压，再采用LM3173芯片对输出电压进行稳压调节，最后为单片机提供最佳的工作电压和电流。这种设计无需引入外部电源，避免了重复更换和维护蓄电池的麻烦。

温度采集单元采用了MF521033950型热敏电阻，该器件在常温下的电阻值约为10k，或以满足-20-120℃的快速温度响应，测量精度也比较高，同时具有非常紧凑的结构设计，不占用过多空间。热敏电阻将温度变化转化为阻值的变化，最后通过电流变换到电压信号，再由高精度A/D转换器进行数字化，完成温度的采集。单片机与传感器之间采用RS232串行通讯，单片机根据传感器地址来识别传感器，并对温度信号进行实时处理，当温度超过阈值时，启动风扇进行散热；当温度低于阈值时，启动加热器进行升温，使低压开关柜始终工作在最佳条件下。在发生故障或定期停电维修期间，需要对远程开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。本系统采用TLP521型继电器，该器件是一种光电耦合器，具有光电隔离的好处。将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制。

2.4通信设计

在工业网络主干网间的高速通信以及数据收集和长期的预防性维护过程中，EtherNet/IP和PROFINET已经得到了广泛的应用。因此在MNSDigital低压智能开关柜通信设计方面，以太网也同样逐步用于设备层，这就意味着以太网为工厂各控制层间的互操作性提供了理想的环境。作为工厂的统一的通信环境，操作更透明也就更可靠，成本效率更高；同时也降低人力成本。不仅如此，在MNSDigital低压智能开关柜，以太网通信连接与开关柜的一体化设计能够满足以太网高速通信对接插件、布线的苛刻要求。尤其是对抽出式抽屉而言，不仅要求以太网接插系统满足高速率通信要求，还必须考虑机械冲击对通信连接可靠性的要求，而以太网接口由两部分组成，插头和插座。对于8E/2抽屉，以太网插头是内嵌于抽屉后板，以太网插座则集成于转接件。对于4-24E抽屉，以太网插头是安装在抽屉的右侧板，而以太网插座则安装在电缆室，实际应用更加方便。

结语

随着现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的快速发展，许多电力设备制造企业开始投入大量的资金对新型智能开关柜进行研发，不断采用新技术新工艺，低压开关柜变得越来越智能化，为智能电网和其它电气系统的建设注入了新的活力。在工业化和城市化不断深化的未来，电力系统的规模将更加巨大，这为智能化低压开关柜的发展提供了广阔的市场空间。

参考文献

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