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智能化低压开关柜的整体结构优化方案

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:低压开关柜的柜体结构分为固定式和抽屉式,固定式和抽屉式还可以混合构成混装式。抽屉式低压开关柜能够方便地更换有故障的设备。以下对智能化低压开关柜的整体结构进行描述。常见的低压开关柜总体尺寸系列与此表基本吻合。由于低压开关柜的出线电缆室位于开关柜的后方,所以这种空间布局形式又被称为水平母线顶置的后出线低压开关柜。

智能化低压开关柜的整体结构优化方案

低压开关柜的柜体结构分为固定式和抽屉式,固定式和抽屉式还可以混合构成混装式。

固定式低压开关柜的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,元件安装也方便。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地解决不停电检修问题,缺点是价格比较高,结构也相对复杂。

抽屉式安装形式能够实现在带电状况下将可移出式部件和抽出式部件安全地从主电路上移出或插入,还可实现可移动式部件在位置间转移,这时最小的电气间隙和爬电距离应当符合标准要求。抽屉式安装形式下的可移动式部件具有连接位置和移出位置标识,而抽出式部件也有工作位置、分离位置和试验位置标识。移动式部件设置了连锁机构,它保证只有在主电路已被切断后其电器才能抽出和插入。为了防止误操作,利用锁扣机构将抽出式部件固定在规定位置上。

抽屉式低压开关柜能够方便地更换有故障的设备。

以下对智能化低压开关柜的整体结构进行描述。

1.低压开关柜的总体尺寸

图2-1所示为低压开关柜的总体尺寸。

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图2-1 低压开关柜的总体尺寸

在国家标准GB/T 3047.1—1995《高度进制为20mm的面板、架和柜的基本尺寸系列》的表6、表7和表8中对低压开关柜的总体尺寸系列给出了定义,见表2-1。

常见的低压开关柜总体尺寸系列与此表基本吻合。例如ABB公司的MNS3.0低压开关柜,它柜体高度是2200mm,柜体宽度是400mm、600mm、800mm、1000mm和1200mm,柜体深度是600mm、800mm、1000mm、1200mm。

表2-1 低压开关柜总体尺寸系列

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低压开关柜的前后安装有柜门。柜门一般用钢板制成,门板上往往还安装了各种仪器仪表。为了便于操作,国家标准GB 50054—2011《低压配电设计规范》中的表4.2.5中有相关规定。

978-7-111-57345-6-Chapter02-3.jpg标准摘录:GB 50054—2011《低压配电设计规范》表4.2.5

表4.2.5 成排布置的配电屏通道最小宽度(单位:m)

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注:1.受限制时是指受到建筑平面的限制、通道内有柱等局部突出物的限制;

2.屏后操作通道是指需在屏后操作运行中的开关设备通道;

3.背靠背布置时屏前通道宽度可按本表中双排背对背布置的屏前尺寸确定;

4.控制屏、控制柜、落地式动力配电箱前后的通道最小宽度可按本表确定;

5.挂墙式配电箱的箱前操作通道宽度不宜小于1m。

由于低压开关柜的前门上往往安装了各种电力仪表和其他元器件。为了操作和读表方便,低压开关柜的前门最好为一扇。从GB 50054—2011的表4.2.5中看出,低压开关柜的柜后维修通道的最小宽度为800mm,所以低压开关柜后门的最大宽度不得超过800mm。

2.低压开关柜的空间布局形式

低压开关柜由三个区域构成:第一是设备区,由放置主回路和辅助回路元器件的抽屉构成,或者由断路器构成;第二是电缆室,用于电缆出线;第三是母线室,用于放置低压开关柜内的主母线,如图2-2所示。

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图2-2 低压开关柜空间分配型式

图2-2的左图是低压开关柜主母线顶置的空间布局。在顶置母线室的前下方是设备区,而后下方则是电缆室。由于低压开关柜的出线电缆室位于开关柜的后方,所以这种空间布局形式又被称为水平母线顶置的后出线低压开关柜。

图2-2的右图是主母线后置的空间布局。在低压开关柜的左前方是设备区,右前方是电缆室。由于低压开关柜的出线电缆室位于开关柜的右前方,所以这种空间布局型式又被称为水平母线后置的侧出线低压开关柜。

图2-2的中图是双面操作开关柜。我们看到这种柜型属于侧出线柜型,但不同的是,水平母线位于开关柜的中间,也因此使得主母线的散热能力变差。所以,水平母线中置的双面操作低压开关柜主母线必须要降容使用。

3.低压开关柜的隔离型式

在GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分:总则》(等同于IEC61439-1:2011)中解释了隔离的用途,分别是:

①防止本功能单元的故障影响到邻近功能单元;

②限制产生故障电弧的可能性;

③防止操作者误触及功能单元的带电部件;

④防止外界的硬物体从成套开关设备的一个单元进入另一个单元。(www.xing528.com)

满足上述要求的有效解决办法就是用隔板和挡板对低压开关柜各个功能区域进行隔离。

低压开关柜的分隔型式有四种,即分隔型式类型1(form1)、分隔型式类型2(form2)、分隔型式类型3(form3)和分隔型式类型4(form4)。我们来仔细看看四种分隔型式,如图2-3~图2-6所示。图中的Incoming/Feeder是进线和馈电回路,较粗的是主母线,较细的是配电母线,带有圆圈的线是电缆连接点。

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图2-3 低压开关柜的分隔型式类型1(form1)

图2-3分隔型式类型1中的主母线系统与功能单元是混合安装的,所有的功能单元均未隔离。当某功能单元因故障出现电弧和金属蒸汽时,将波及整柜所有功能单元,包括主母线系统和配电母线系统。因此采用分隔型式类型1的配电设备可靠性最低。

图2-4中有两种分隔型式类型,即分隔型式类型2A和分隔型式类型2B。

分隔型式类型2A采取的措施是用隔板将所有功能单元与母线系统隔离,但功能单元之间不隔离,同时电缆接点与母线系统之间也未隔离。

分隔型式类型2B采取的措施是用隔板将母线系统隔离,但功能单元并未隔离。

对于分隔型式类型2A和2B,若某功能单元出现的故障电弧和金属蒸汽,将会波及到临近的其他功能单元,但不会影响到主母线和配电母线系统。

分隔型式类型2的典型代表是某些早期设计的固定式低压开关柜,例如PGL和GGD等低压成套开关设备。

分隔型式类型3A采取的措施是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。

分隔型式类型3B采取的措施是用隔板将母线系统隔离,功能单元和功能单元相互之间也都隔离。功能单元的电缆接点与母线系统之间未隔离。

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图2-4 低压开关柜的分隔型式类型2A和2B(form2A、form2B)

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图2-5 低压开关柜的分隔型式类型3A和3B(form3A、form3B)

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图2-6 低压开关柜的分隔型式类型4A和4B(form4A、form4B)

对于分隔型式类型3A和3B,若某功能单元出现故障电弧和金属蒸气,它不会波及临近的其他功能单元,也不会影响到到主母线和配电母线系统。

由于功能单元的电缆接点与母线系统并未隔离,所以功能单元电缆接点的故障电弧和金属蒸气会影响到母线系统。

绝大多数低压开关柜都采用分隔型式类型3的隔离方法。

分隔型式类型4A采取的措施是用隔板将所有功能单元与母线系统隔离,功能单元之间也相互隔离,电缆接点与母线系统之间也隔离,但电缆接点与功能单元之间不隔离。

分隔型式类型4B采取的措施是用隔板将母线系统隔离,功能单元与母线之间、功能单元相互之间也都隔离。电缆接点与母线之间、电缆接点与功能单元之间也都隔离。

对于分隔型式类型4A和4B,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,也不会影响到到主母线和配电母线系统。

分隔型式类型4A与分隔形式类型4B的区别仅在于功能单元与自身的电缆接点之间的隔离措施,前者未隔离,而后者则隔离。

采用了分隔型式类型4A和4B后,故障电弧的影响几乎被消除了,所以低压配电柜采取了分隔型式4A或者4B后可靠性极大地提高,缺点是低压配电柜的散热能力被削弱。

智能型低压开关柜普遍采用分隔型式类型3和分隔型式类型4的隔离方法。

4.低压开关柜结构和尺寸的模数

我们知道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能够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来说,将会提供极大的便利。

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中安装尽量多的元器件,这样可以提高空间利用率,降低成本。低压开关柜内安装空间的合理利用,自然成为一个重要问题。

在智能化低压开关柜的模数化设计中存在基本的长度单位E,它是各种长度关系中的最小基本单位。E对应的体积空间,则是各种功能单元和抽屉的最小空间单元。一般地,智能化低压开关柜都是从高度方向采用E值来对应安装位置、抽屉外形尺寸和容积、各种安装结构件的规格参数等。

以ABB的MNS3.0低压开关柜为例,它的基本模数E=25mm。在MNS3.0中若干结构件和部件与E值的关系如下:

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5.低压开关柜主要技术术语解释

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