淺談低壓配電柜的設(shè)計(jì)與選型

徐向華

上海寶臨電氣集團(tuán)有限公司

0 前言

低壓配電裝置是額定頻率交流50 Hz，額定電壓380 V的配電系統(tǒng)，主要作用是進(jìn)行電力分配，負(fù)責(zé)電能的保護(hù)、測(cè)量等，也是供電系統(tǒng)中的重要用電設(shè)備。低壓配電裝置可將經(jīng)過變壓器的電壓分配到各個(gè)用電單元,用于低壓配電系統(tǒng)中動(dòng)力、照明配電之用。

該類產(chǎn)品具有分?jǐn)嗄芰?qiáng)，動(dòng)熱穩(wěn)定性好，電氣方案靈活，組合方便，系列性、實(shí)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)新穎等特點(diǎn)。

根據(jù)輸配電原則，輸配電的概念包括三個(gè)方面，即輸電、變電、配電。其中輸電是指電能的傳輸，通過輸電，把相距甚遠(yuǎn)的發(fā)電廠和負(fù)荷中心聯(lián)系起來，使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制；變電是指利用一定的設(shè)備將電壓由低等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩燃?jí)（升壓）或由高等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈偷燃?jí)（降壓）的過程；配電則是消費(fèi)電能地區(qū)內(nèi)將電力分配至用戶的分配手段，直接為用戶服務(wù)。

由此可見，低壓配電柜主要承載了為用戶直接服務(wù)的功能，在輸配電系統(tǒng)中是極為重要的環(huán)節(jié)，是直接牽涉到最終用戶用電設(shè)備供電、用電安全的最后一道關(guān)卡。

1 低壓配電柜應(yīng)用范圍

適用于建筑行業(yè)、各種工礦企業(yè)及變電所、三相交流380V/50Hz及以下電力系統(tǒng)動(dòng)力、廠區(qū)照明配電等，用途廣泛，與人民生活息息相關(guān)，因此正確選擇低壓電器制作至關(guān)重要。

配電柜的作用：能起到配置電源的作用，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，有利于控制故障范圍，方便找出故障點(diǎn)及時(shí)加以排除，無須大面積停電。另外，配電柜內(nèi)方便放置各種保護(hù)設(shè)備，如：防止短路的熔斷器，防止過載的斷路器等，可以對(duì)線路和用電設(shè)備起到保護(hù)作用。即：將電氣元器件集中起來，方便使用、檢查及維護(hù)。

2 低壓電器選擇

低壓電器大體分為兩種[2]，一種是接通和斷開線路，例如斷路器和刀開關(guān)及隔離開關(guān)等；一種是保護(hù)電器，例如馬達(dá)保護(hù)器、火災(zāi)保護(hù)器、熔斷器、熱繼電器、低壓斷路器的熱脫扣器等各類保護(hù)器件。

2.1 主要電器元器件的選型

2.1.1 配電用斷路器的選型

1）長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定為導(dǎo)線允許載流量的0.8～1倍。

2）3倍長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定值的可返回時(shí)間不小于線路中最大啟動(dòng)電流的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。

3）可按照負(fù)載容量表進(jìn)行選擇。

4）短延時(shí)動(dòng)作電流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 kIedm）。

Ijx——線路計(jì)算負(fù)荷電流；

k——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)；

Iedm——最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流。

5）短延時(shí)時(shí)間按被保護(hù)對(duì)象的熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

6）無短延時(shí)時(shí)，瞬時(shí)電流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 k1kIedm）。k1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊系數(shù)，取1.7～2。

7）各斷路器生產(chǎn)廠型號(hào)標(biāo)識(shí)略有不同，圖1為斷路器型號(hào)標(biāo)識(shí)示例（以施耐德公司框架斷路器選型為例）。

圖1

8）配電斷路器一般分為框架斷路器及塑殼斷路器，分別適用于大電流及小電流的應(yīng)用場(chǎng)景。框架斷路器及塑殼斷路器的外形示意圖見圖2。

圖2 框架斷路器及塑殼斷路器的外形示意圖

2.1.2 刀開關(guān)及隔離開關(guān)的選型

1）按額定電壓選：刀開關(guān)額定電壓≥刀開關(guān)工作電壓。

2）按額定電流選：刀開關(guān)額定電流≥刀開關(guān)工作電流。如電路中有電動(dòng)機(jī)，工作電流應(yīng)按電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流計(jì)算。

圖3為隔離開關(guān)圖例（以施耐德公司產(chǎn)品為例）。

圖3 隔離開關(guān)

2.1.3 熔斷器熔體選型

1）按正常工作電流選擇，熔體額定電流≥線路計(jì)算電流。

2）按短路電流校驗(yàn)動(dòng)作靈敏性，Idmin/Ier≥Kr。Idmin——被保護(hù)線路最小短路電流；

Kr——熔斷器動(dòng)作系數(shù)，一般為4。

3）在選擇熔斷器時(shí)還需注意它的安裝方式是否符合實(shí)際需求。

2.1.4 熱繼電器的選型

1）按電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間選擇，tf=（0.5～0.7）td。

tf——熱繼電器在6Ie下的可返回時(shí)間；

td——熱繼電器在6Ie下的動(dòng)作時(shí)間。

2）按電動(dòng)機(jī)額定電流選擇，Iz=（0.95～1.05）Ied。

Iz——熱繼電器整定電流；

Ied——電動(dòng)機(jī)額定電流。

圖4為熱繼電器圖例（以施耐德公司產(chǎn)品為例）。

圖4 熱繼電器

此類電器件一般與交流接觸器組合使用。

2.1.5 母線系統(tǒng)的選擇

1)根據(jù)圖紙及技術(shù)規(guī)范選擇；

2)根據(jù)銅母線載流量選擇。

2.2 低壓電器元件的配線選擇

常用導(dǎo)線標(biāo)稱截面（mm2）排列如下：1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240。

1）1～10 mm2的導(dǎo)線載流量都是截面數(shù)值的5倍，約5～50 A；

2）16、25 mm2的導(dǎo)線載流量都是截面數(shù)值的4倍，約64～100 A；

3）35、50 mm2的導(dǎo)線載流量都是截面數(shù)值的3倍，約108～150 A；

4）70、95 mm2的導(dǎo)線載流量都是截面數(shù)值的2.5倍，約175～238 A；

5）120 mm2以上的導(dǎo)線載流量都是截面數(shù)值的2倍，約240 A左右。

若是穿管敷設(shè)（包括槽板等敷設(shè)，即導(dǎo)線加有保護(hù)套層，不明露），計(jì)算后，再乘0.8系數(shù)；若環(huán)境溫度超過25℃，計(jì)算后再乘0.9系數(shù)，若既穿管敷設(shè)，溫度又超過25℃，則可乘于0.7的系數(shù)。

低壓電器的導(dǎo)線按絕緣材料可分為[4]：YJV(交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，聚氯乙烯護(hù)套電力電纜)、YJV22（交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，鋼帶鎧裝，聚氯乙烯護(hù)套電力電纜）、YJV32（交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，細(xì)鋼絲鎧裝，聚氯乙烯護(hù)套電力電纜）、YJV43（交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，粗鋼絲鎧裝聚乙烯護(hù)套電力電纜）、YJLW02-Z(交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，波紋鋁護(hù)套聚氯乙烯護(hù)套阻水電力電纜)、ZR-YJLW03(交聯(lián)聚乙烯絕緣，銅芯，波紋鋁護(hù)套聚乙烯護(hù)套阻燃電力電纜)、VV（聚氯乙烯絕緣銅芯聚氯乙烯護(hù)套電纜）、VLV22(聚氯乙烯鋁芯鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電纜)、VV32（聚氯乙烯絕緣銅芯細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電纜）等。

2.3 低壓配電柜柜型的選擇

低壓配電柜的定義：

一個(gè)或多個(gè)低壓開關(guān)設(shè)備和與之相關(guān)的控制、測(cè)量、信號(hào)、保護(hù)、調(diào)節(jié)、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等設(shè)備[3]，由制造廠負(fù)責(zé)完成所有內(nèi)部的電氣和機(jī)械連接，用結(jié)構(gòu)部件完整地組裝在一起的一種組合體，通常為立柜形式。

選擇依據(jù)為：

1）低壓柜型可分為固定插拔式和抽屜式；

2）按單臺(tái)出線回路的數(shù)量來確定柜型；

3）按照分隔型式的要求來選擇柜型；

4）根據(jù)IP等級(jí)要求選擇相應(yīng)的柜型。

3 低壓配電柜的制作

3.1 使用材料

絕緣導(dǎo)線：帶屏蔽層絕緣導(dǎo)線；PVC線槽；PVC套管；壓線螺釘；壓線支架；各類壓線支持件；尼龍軋帶；接線端子；各類銅線接頭；元件符號(hào)標(biāo)識(shí)；銘牌；緊固件等。

柜體板材一般選用1.5～2.5敷鋁鋅鋼板，門板材料為冷軋鋼板，厚度不低于2 mm。

3.2 設(shè)備與工具

設(shè)備：絕緣搖表；中英文打號(hào)碼管機(jī)；萬用表；調(diào)試車；兆歐表等；

工具：克絲鉗；尖嘴鉗；活動(dòng)扳手；剝皮鉗；螺絲刀；壓線鉗；卷尺；電纜壓接儀；電動(dòng)槍等。

3.3 工藝準(zhǔn)備

1）先根據(jù)柜體圖紙[1]，將各零件組裝成柜體并安裝好各類支撐件；

2）根據(jù)圖紙要求領(lǐng)取所需的各種電器元件并仔細(xì)核對(duì)型號(hào)、規(guī)格、尺寸等進(jìn)行出庫并進(jìn)行拆包，保存好各類元器件的說明書及合格證等資料；

3）按圖紙、技術(shù)條件、裝配工藝要求進(jìn)行裝機(jī)，裝配完畢后，著重檢查元件規(guī)格型號(hào)，外觀及安裝位置是否完好及合理；

4）按圖紙或工藝要求備齊二次配線所需材料，并核對(duì)型號(hào)、規(guī)格及進(jìn)行外觀檢查；

5）檢測(cè)已裝配完成的產(chǎn)品是否干凈，清除浮灰，保證產(chǎn)品在整個(gè)過程中的整潔度。

3.4 工藝過程及要求

1）回路標(biāo)號(hào)（俗稱號(hào)碼管）：根據(jù)圖紙導(dǎo)線容量選用相應(yīng)規(guī)格的PVC線槽，6 mm2及其以下線徑的導(dǎo)線均在導(dǎo)線的兩端套上帶有線號(hào)的套管并且壓接適當(dāng)?shù)慕泳€端子。

2）元件符號(hào)牌：用打號(hào)碼管機(jī)在符號(hào)紙上打印元件符號(hào)，在元件的上方或左右上方的結(jié)構(gòu)件上粘貼符號(hào)牌。

3）接線端子組裝：按照?qǐng)D紙要求的接線端子規(guī)格、數(shù)量組裝，在每片端子上插上標(biāo)記號(hào)。

4）下線：根據(jù)產(chǎn)品型式及圖紙，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品走線方案先作全面的構(gòu)思，可沿產(chǎn)品的一側(cè)或兩側(cè)行線。如需兩側(cè)行線，同側(cè)產(chǎn)品兩側(cè)的導(dǎo)線數(shù)量應(yīng)做到基本保持均勻。要考慮布線的美觀性，合理及節(jié)省導(dǎo)線，然后確定走線方案。

5）扎線：一般扎成圓形，使用尼龍軋帶將線束扎緊。扎線前應(yīng)將線束整理整齊，盡量避免跳線現(xiàn)象。

6）導(dǎo)線的彎曲走向：當(dāng)導(dǎo)線需要彎曲轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)用手指或大排線鉗進(jìn)行彎曲，不能使用鉗口鋒利的尖嘴鉗或克絲鉗進(jìn)行彎曲，以免損傷到線束的絕緣層。

7）導(dǎo)線的敷設(shè)：導(dǎo)線若要穿過金屬板時(shí)套塑料管或在金屬板上安裝橡膠出線環(huán)。

8）線束固定：對(duì)全部采用線槽的產(chǎn)品，將導(dǎo)線順次放入槽內(nèi)，應(yīng)避免交合。行線完畢后，要夾緊線槽蓋。

9）剝線皮：接入元件接點(diǎn)的導(dǎo)線均稍留余量或從圓弧過渡接入接點(diǎn)，確定導(dǎo)線長(zhǎng)度后，用剝皮鉗和電工刀剝皮，剝皮時(shí)不能損傷芯線。

10）接頭：端子的每個(gè)接點(diǎn)至多接兩根導(dǎo)線。

4 驗(yàn)收規(guī)范

1）一般檢查：外觀、電氣間隙和爬電距離、母線元件等；

2）回路測(cè)試，測(cè)試一次和二次回路電壓等級(jí)是否滿足要求；

3）機(jī)械操作實(shí)驗(yàn)：操作手柄和按鈕等空載下是否操作靈活；

4）保護(hù)接地電路連續(xù)性：對(duì)被測(cè)設(shè)備接地進(jìn)行目測(cè)后，實(shí)驗(yàn)儀器的接地端導(dǎo)線接在外部保護(hù)接地端子PE上，儀器測(cè)試端導(dǎo)線連接測(cè)試部位的外殼和相應(yīng)保護(hù)接地裝置上，隨后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出示檢驗(yàn)合格證明文件。

5 結(jié)語

低壓配電柜的設(shè)計(jì)、制作方法是一個(gè)系統(tǒng)性的工程。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)各類負(fù)載類型有充分了解，并對(duì)配電系統(tǒng)的性能有充分的估算。

根據(jù)國際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的定義和要求，必須對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)接地和保護(hù)接零。低壓配電系統(tǒng)分為IT、TT、TN三種形式?；谝陨系囊?guī)定，在設(shè)計(jì)相關(guān)的低壓配電回路中應(yīng)充分考慮規(guī)范及要求的指導(dǎo)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)和制造低壓配電裝置。同時(shí)，還應(yīng)繼續(xù)完善設(shè)計(jì)方法，使低壓配電柜趨于更合理、更優(yōu)化。