低壓開關柜柜體結構以及工藝結構特點分析

崔贏

摘 要：近些年，伴隨著我國用電量的不斷攀升，在電力輸送以及電能轉換的過程中，低壓開關柜得到了非常廣泛的運用。本文對低壓開關柜柜體結構以及其工藝特點進行了分析，然后探討了柜體結構對電氣性能的影響及其發(fā)展趨勢，僅供參考。

關鍵詞：低壓開關柜;結構分析;工藝特點

1低壓開關柜的結構特點

1.1結構形式分類

從低壓開關柜的整體制作與使用情況分析，可以根據其結構形式分為兩類。第一類為固定式，即設備在既定位置固定，可以滿足各種電氣元器件的功能需要。柜體內部結構件能夠有效固定電氣元器件，完成低壓開關柜的安裝生產;同時方便柜體與連接器件的拆裝，滿足柜內電氣元器件的維護方便。根據不同的外形，固定式低壓開關柜又可以分為臺式、箱式和立體式等類型。第二類為抽出式，即開關柜內的部分裝置是可移動的。抽出式低壓開關柜中的可移動裝置使其電氣元器件的更換更方便。但是在柜體結構設計時應當充分考慮可移動裝置的可靠性和輕便性。

1.2柜體框架形式分類

低壓開關柜的柜體框架從制作工藝角度可以分為三類。首先是焊接式框架，即相連的各個框架零件通過焊接固定。焊接式框架較為牢固，且生產過程簡便，但是精準度卻相對較差;在焊接過程中，零件受熱后極有可能出現焊接變形、虛焊等不良問題，因而采用焊接式框架式框架必須保證操作人員具有良好的焊接技能。此外，焊接式框架尺寸較大時，需考慮柜體框架整體表面處理的可行性。其次是緊固件拼接式框架，采用拼接式框架有較多優(yōu)點，如零部件的設計與制作較為標準，調整方便、誤差小、能夠進行柜體框架的生產備料，但是其牢固性相對較差，對零件也提出了較高的精度要求，生產成本相對較高。最后是焊接與緊固件拼接相結合的形式，它兼具二者的優(yōu)勢，在結構設計時可以根據功能需要對低壓開關柜的柜體框架形式進行選擇。

2 低壓柜柜體結構的設計分析

2.1 監(jiān)控模塊設計

作為電力系統(tǒng)管理的控制器，低壓開關柜必然長期處于工作狀態(tài)，造成老化和容易遭受損壞，進而引發(fā)故障，繼而影響電力系統(tǒng)的正常運行。一般而言，當設備或環(huán)境到達一定溫度時易引發(fā)絕緣事故，因此為保證整個電力系統(tǒng)的安全運行，提高用電質量，減少失誤發(fā)生，須對運行設備及柜內溫度進行嚴密監(jiān)控。

本設計的新型溫控系統(tǒng)，以實現柜內部溫度監(jiān)控的實時性。該系統(tǒng)可隨時對柜內溫度進行檢測與判斷，當溫度超過閾值是可發(fā)出警報，極端情況下課自行斷開控制開關，降低火災風險，提高低壓柜的安全性。溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括柜內通信接口、電源、溫度采集、繼電器輸出等模塊的設計，合理采用新材料和新技術，改善低溫柜運行質量。

而設備運行監(jiān)控需要在低壓柜柜體設計時就充分考慮柜內的電路設計——電壓/ 電流采集電路及開關柜采集電路。對電壓采集線路而言，要將220v 電壓通過串聯大電阻轉為低電壓，保證電壓互感器輸入為低電流，提高監(jiān)測精度。而電流采集線路一般為交流電，使用無磁飽和的分流器保障電流采集器安全高效工作。除此，還要對柜內的斷路器、接觸器等的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。

2.2 低壓柜母排設計

只要低壓柜中有電壓和電流，無論其是正常工作還是短路，都會力的作用和熱效應。電流越大，力和熱效應就越明顯。因此，低壓柜必須保障能夠抵御這些沖擊，這在低壓柜的設計生產時必須考慮。這其中主要是低壓柜中電動力、熱力等母排的穩(wěn)定性。其中，電動力指電流流經電器元件時產生磁場，載流導體在其中受到的力;而母排的受力則有所不同，若為直流電，則是一個相對恒定的常數，而為交流電時，則隨之變化。對熱穩(wěn)定性來說，熱量傳遞可分為穩(wěn)定傳熱、瞬間傳熱兩種，均受所處工作環(huán)境影響，對低壓柜來說，就要包括柜體外殼溫度、內部元件所受外界文圖及熱流密度。

2.3 低壓柜柜體結構標準化設計

一般而言，常用的低壓柜都使用采用模塊化的插拔組件，使用相同殼架等級、尺寸的部件。對于同一個產品制造商來說，其尺寸外形尺寸可以是模塊化的，便于組建的維護與更換。

標準化的設計雖然在工程施工中可節(jié)省投資，但設計與制造周期一般都較長，要求設計人員熟悉所有不同的配電柜、備品等，設計較為負載，在設計沒有完成之前廠家無法制造。目前階段，時間意味著成本也意味著效益，因此中小工程的柜體結構標準化設計意義不大，但對于中大型的建筑工程而言，低壓標準配電柜設計意味著成本的降低。

對于標準配電柜而言，其外形尺寸及外部結構都應是相同的，以保證互換性，這是標準電柜的最基本原則。

2.4 提高低壓柜的結構強度

低壓柜的結構強度是保證內部元件安全與用電安全的重要保證，也是低壓柜設計使用的初衷。要求低壓柜在安裝與運行過程中保持柜體結構狀態(tài)，并能防止一般性沖撞。另一方面，低壓柜要能夠承受較大的電流沖擊，因而其柜體及內部元件應用足夠的絕緣強度。

3 柜體結構設計對電氣性能的影響

3.1電氣設備的穩(wěn)定性

低壓開關柜工作時，技術人員可以通過觸動開關對閉合電路進行調控。電氣配網運行階段，因開關柜的部分故障常常會導致電路短路，開關處的溫度也會逐漸升高，造成電阻阻值變化，相應地對電氣設備的使用性能造成影響。傳統(tǒng)的低壓開關柜運行時常常出現該現象。通過加強低壓開關柜部分的結構設計，在母線的排布形式上采取防干擾技術，降低短路問題發(fā)生的幾率。操作開關時，如果預留空間較小，開關動觸頭分斷時因電氣間隙或者接觸問題也很容易導致電路短路，結構設計時采用轉角技術，這樣無論是開關的分斷還是導通都不會影響到電氣設備的電氣性能及安全性。

3.2絕緣及抗過電壓

絕緣與抗過電壓均要求低壓開關柜必須提升開關柜本體的絕緣性能。通常當系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，只要保證絕緣件質量，就可以滿足電氣絕緣要求。通常選擇聚碳酸酯調配原材制備絕緣件，提升柜體整體的絕緣性能，避免引發(fā)故障。

3.3柜體的溫升特性

結構設計對散熱影響比較明顯。如果結構設計不合理，低壓開關柜運行時產生的熱量不能及時散發(fā)，聚集在開關柜內部，隨著運行時間增長，對電氣線路及元器件的壽命和安全性產生影響。溫度影響電阻阻值，阻值損耗后線路中流經的電流便會增大;適當增大功率能夠提升電氣設備運行效率，但如果超出了額定的荷載參數，便可能引發(fā)電氣故障。結構設計時要保障通風口所在位置不影響散熱性能，能夠將低壓開關柜內運行時產生的熱量及時散發(fā)出去。性能試驗時通過測驗溫升，獲取可查驗的溫升數據;條件允許時，可根據溫升數據修正初始的開關柜框架及柜內電氣元器件布局。

3.4電弧故障保護能力

電弧是高溫、高導電率的游離氣體，電流通過氣體介質所產生的瞬間火花。通常在柜體結構內部應用絕緣隔離防范措施提高設備電弧故障保護水平，并隔離帶電導體，防止柜體框架帶電。由于低壓開關柜內空間有限，電弧產生瞬間，柜內存在高溫高壓的游離氣體，柜體需設置泄壓通道保證電氣設備和操作人員的安全。

4 結束語

綜上所述，低壓開關柜結構設計所體現的相關性能，與電氣性能密切相關。優(yōu)良的柜體結構能夠充分展現低壓開關柜的電氣性能，使其在配電系統(tǒng)中發(fā)揮調節(jié)、運輸和轉換等重要作用，進而提升整個電力系統(tǒng)的電氣性能。

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