崔贏

摘 要：近些年，伴隨著我國(guó)用電量的不斷攀升，在電力輸送以及電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，低壓開(kāi)關(guān)柜得到了非常廣泛的運(yùn)用。本文對(duì)低壓開(kāi)關(guān)柜柜體結(jié)構(gòu)以及其工藝特點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后探討了柜體結(jié)構(gòu)對(duì)電氣性能的影響及其發(fā)展趨勢(shì)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：低壓開(kāi)關(guān)柜;結(jié)構(gòu)分析;工藝特點(diǎn)

1低壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

從低壓開(kāi)關(guān)柜的整體制作與使用情況分析，可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分為兩類(lèi)。第一類(lèi)為固定式，即設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)件能夠有效固定電氣元器件，完成低壓開(kāi)關(guān)柜的安裝生產(chǎn);同時(shí)方便柜體與連接器件的拆裝，滿足柜內(nèi)電氣元器件的維護(hù)方便。根據(jù)不同的外形，固定式低壓開(kāi)關(guān)柜又可以分為臺(tái)式、箱式和立體式等類(lèi)型。第二類(lèi)為抽出式，即開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的部分裝置是可移動(dòng)的。抽出式低壓開(kāi)關(guān)柜中的可移動(dòng)裝置使其電氣元器件的更換更方便。但是在柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮可移動(dòng)裝置的可靠性和輕便性。

1.2柜體框架形式分類(lèi)

低壓開(kāi)關(guān)柜的柜體框架從制作工藝角度可以分為三類(lèi)。首先是焊接式框架，即相連的各個(gè)框架零件通過(guò)焊接固定。焊接式框架較為牢固，且生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)便，但是精準(zhǔn)度卻相對(duì)較差;在焊接過(guò)程中，零件受熱后極有可能出現(xiàn)焊接變形、虛焊等不良問(wèn)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(shí)，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(diǎn)，如零部件的設(shè)計(jì)與制作較為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整方便、誤差小、能夠進(jìn)行柜體框架的生產(chǎn)備料，但是其牢固性相對(duì)較差，對(duì)零件也提出了較高的精度要求，生產(chǎn)成本相對(duì)較高。最后是焊接與緊固件拼接相結(jié)合的形式，它兼具二者的優(yōu)勢(shì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)功能需要對(duì)低壓開(kāi)關(guān)柜的柜體框架形式進(jìn)行選擇。

2 低壓柜柜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

2.1 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

作為電力系統(tǒng)管理的控制器，低壓開(kāi)關(guān)柜必然長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，造成老化和容易遭受損壞，進(jìn)而引發(fā)故障，繼而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般而言，當(dāng)設(shè)備或環(huán)境到達(dá)一定溫度時(shí)易引發(fā)絕緣事故，因此為保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高用電質(zhì)量，減少失誤發(fā)生，須對(duì)運(yùn)行設(shè)備及柜內(nèi)溫度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。

本設(shè)計(jì)的新型溫控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)部溫度監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。該系統(tǒng)可隨時(shí)對(duì)柜內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)與判斷，當(dāng)溫度超過(guò)閾值是可發(fā)出警報(bào)，極端情況下課自行斷開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提高低壓柜的安全性。溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括柜內(nèi)通信接口、電源、溫度采集、繼電器輸出等模塊的設(shè)計(jì)，合理采用新材料和新技術(shù)，改善低溫柜運(yùn)行質(zhì)量。

而設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控需要在低壓柜柜體設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮柜內(nèi)的電路設(shè)計(jì)——電壓/ 電流采集電路及開(kāi)關(guān)柜采集電路。對(duì)電壓采集線路而言，要將220v 電壓通過(guò)串聯(lián)大電阻轉(zhuǎn)為低電壓，保證電壓互感器輸入為低電流，提高監(jiān)測(cè)精度。而電流采集線路一般為交流電，使用無(wú)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(duì)柜內(nèi)的斷路器、接觸器等的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

2.2 低壓柜母排設(shè)計(jì)

只要低壓柜中有電壓和電流，無(wú)論其是正常工作還是短路，都會(huì)力的作用和熱效應(yīng)。電流越大，力和熱效應(yīng)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(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)必須考慮。這其中主要是低壓柜中電動(dòng)力、熱力等母排的穩(wěn)定性。其中，電動(dòng)力指電流流經(jīng)電器元件時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，載流導(dǎo)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(gè)相對(duì)恒定的常數(shù)，而為交流電時(shí)，則隨之變化。對(duì)熱穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，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(duì)低壓柜來(lái)說(shuō)，就要包括柜體外殼溫度、內(nèi)部元件所受外界文圖及熱流密度。

2.3 低壓柜柜體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

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(jí)、尺寸的部件。對(duì)于同一個(gè)產(chǎn)品制造商來(lái)說(shuō)，其尺寸外形尺寸可以是模塊化的，便于組建的維護(hù)與更換。

標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)雖然在工程施工中可節(jié)省投資，但設(shè)計(jì)與制造周期一般都較長(zhǎng)，要求設(shè)計(jì)人員熟悉所有不同的配電柜、備品等，設(shè)計(jì)較為負(fù)載，在設(shè)計(jì)沒(méi)有完成之前廠家無(wú)法制造。目前階段，時(shí)間意味著成本也意味著效益，因此中小工程的柜體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)意義不大，但對(duì)于中大型的建筑工程而言，低壓標(biāo)準(zhǔn)配電柜設(shè)計(jì)意味著成本的降低。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)配電柜而言，其外形尺寸及外部結(jié)構(gòu)都應(yīng)是相同的，以保證互換性，這是標(biāo)準(zhǔn)電柜的最基本原則。

2.4 提高低壓柜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

低壓柜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是保證內(nèi)部元件安全與用電安全的重要保證，也是低壓柜設(shè)計(jì)使用的初衷。要求低壓柜在安裝與運(yùn)行過(guò)程中保持柜體結(jié)構(gòu)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(nèi)部元件應(yīng)用足夠的絕緣強(qiáng)度。

3 柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電氣性能的影響

3.1電氣設(shè)備的穩(wěn)定性

低壓開(kāi)關(guān)柜工作時(shí)，技術(shù)人員可以通過(guò)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)對(duì)閉合電路進(jìn)行調(diào)控。電氣配網(wǎng)運(yùn)行階段，因開(kāi)關(guān)柜的部分故障常常會(huì)導(dǎo)致電路短路，開(kāi)關(guān)處的溫度也會(huì)逐漸升高，造成電阻阻值變化，相應(yīng)地對(duì)電氣設(shè)備的使用性能造成影響。傳統(tǒng)的低壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行時(shí)常常出現(xiàn)該現(xiàn)象。通過(guò)加強(qiáng)低壓開(kāi)關(guān)柜部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在母線的排布形式上采取防干擾技術(shù)，降低短路問(wèn)題發(fā)生的幾率。操作開(kāi)關(guān)時(shí)，如果預(yù)留空間較小，開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭分?jǐn)鄷r(shí)因電氣間隙或者接觸問(wèn)題也很容易導(dǎo)致電路短路，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用轉(zhuǎn)角技術(shù)，這樣無(wú)論是開(kāi)關(guān)的分?jǐn)噙€是導(dǎo)通都不會(huì)影響到電氣設(shè)備的電氣性能及安全性。

3.2絕緣及抗過(guò)電壓

絕緣與抗過(guò)電壓均要求低壓開(kāi)關(guān)柜必須提升開(kāi)關(guān)柜本體的絕緣性能。通常當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，只要保證絕緣件質(zhì)量，就可以滿足電氣絕緣要求。通常選擇聚碳酸酯調(diào)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)散熱影響比較明顯。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，低壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)，聚集在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部，隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，對(duì)電氣線路及元器件的壽命和安全性產(chǎn)生影響。溫度影響電阻阻值，阻值損耗后線路中流經(jīng)的電流便會(huì)增大;適當(dāng)增大功率能夠提升電氣設(shè)備運(yùn)行效率，但如果超出了額定的荷載參數(shù)，便可能引發(fā)電氣故障。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要保障通風(fēng)口所在位置不影響散熱性能，能夠?qū)⒌蛪洪_(kāi)關(guān)柜內(nèi)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去。性能試驗(yàn)時(shí)通過(guò)測(cè)驗(yàn)溫升，獲取可查驗(yàn)的溫升數(shù)據(jù);條件允許時(shí)，可根據(jù)溫升數(shù)據(jù)修正初始的開(kāi)關(guān)柜框架及柜內(nèi)電氣元器件布局。

3.4電弧故障保護(hù)能力

電弧是高溫、高導(dǎo)電率的游離氣體，電流通過(guò)氣體介質(zhì)所產(chǎn)生的瞬間火花。通常在柜體結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)用絕緣隔離防范措施提高設(shè)備電弧故障保護(hù)水平，并隔離帶電導(dǎo)體，防止柜體框架帶電。由于低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空間有限，電弧產(chǎn)生瞬間，柜內(nèi)存在高溫高壓的游離氣體，柜體需設(shè)置泄壓通道保證電氣設(shè)備和操作人員的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，低壓開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所體現(xiàn)的相關(guān)性能，與電氣性能密切相關(guān)。優(yōu)良的柜體結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)低壓開(kāi)關(guān)柜的電氣性能，使其在配電系統(tǒng)中發(fā)揮調(diào)節(jié)、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)換等重要作用，進(jìn)而提升整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣性能。

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