低压柜结构设计研究

低压柜结构设计研究

陈永火

东莞市广安电器安装工程有限公司

摘要：随着国民经济的发展，电气化水平逐渐提高，配电系统在人们生活和工业生产中的作用日渐凸显，其稳定性、可靠性关乎生产生活的安全与效率，显得尤为重要。而低压开关柜的设计是配电系统的重要控制中心，因此需充分了解其柜体结构，对柜体进行模块化设计，在提高经济效益的同时，更好服务社会和企业发展。本文正是在这样的背景下，梳理现有低压柜的应用情况发现存在的问题，并探讨低压柜的结构设计，为低压柜的设计、发展提供参考。

关键词：低压柜体；柜体结构；模块化

一、各种低压开关柜结构与柜型的比较

1低压固定式开关柜与配电屏

配电屏又称为敞开式开关柜，具有代表性的一些型号有GGDGCK、MNSGCS等。现今，常用的型号是GGD，此种柜型的骨架多采用8MF型材，目前其型材还会采用"C"型材。GGD-低压固定式开关柜具有组装设备所具有的优点，然而在螺栓的选择上一-定要注意，选择高强度的8.8级螺栓，最好减少对强度较低、价廉的4.8级螺栓的使用，虽然不会对外观结构造成太大的影响，但是随着使用时间的延长，结构会发生渐变。因此，要注意逐步提高产品的性能并进行改进，且在安装的过程中进行试验，不能进行随意的改动。

2GGL型新型低压固定式开关柜的研发

当今，固定式的开关柜的型号主要是上述的GGD型，然而，这种型号的开关柜变通性能较小，所用的材料和工艺已经满足不了社会发展听需。因此，一种新兴的低压固定式开关柜正在研发中，这种型号的开关柜的特点是：（1）额定电流可达到6300A，母线可以采用U型异形材.不许螺栓对垂直支排进行连接。（2）采用组装式TL型材，材质为敷铝锌板，无焊接点，用白攻螺钉进行连接，开关柜的结构强度大，组装方便，通用性强，节省空间，降低成本，有助于生产效率的提高。（3）柜门可选择安装玻璃门，美观性有所增强。（4）回路额定工作电压可达690V，额定绝缘电压达660（690）V，额定冲击耐压8000V，安装了智能监控系统。

3低压开关柜结构及柜型的正确选择

采用固定式开关柜，是由于其结构简单、可靠安全.价格低廉，实际应用中发现，选用抽出式开关柜的壳体的成本，大约是固定式开关柜的2~3倍”。抽出式开关柜虽然维修方便，但是其本身容易造成开关柜故障。而且，抽出式开关柜的散热系统较差，导致柜内温度偏高，这也会导致内部元件发生故障。再者，水平主母线垂直母线直接相连，一旦开关电源侧发生故障，都会引起整个开关柜的瘫痪，而固定性GGD型开关柜，每台柜有自已的总隔离开关，在对内元件维修的过程中，只需将隔离开关断开即可，不会对其他.开关柜产生影响，尤其不会影响其它开关柜的正常工作。

二、我国低压柜柜体现状

1低压开关柜柜体结构

低压开关柜包含一个或多个低压开关设备及与之想配套的采集、控制、调节、保护等设备，是按照一定规则连接生产单位的机械部件和电气元件，并使用结构部件进行组合，进而实现某种特定功能的组合体。

2低压开关柜结构及应用

目前我国低压成套开关设备生产厂家已达到1000多家，生产品种也有数十种，其产品技术性能参数、加工工艺都有了明显的提高。很多生产厂引进了国外先进的数控饭金加工设备，有些工厂还具备了柔性加工线，其钣金加工工艺已达到国际水平。但是，技术含量高的产品的开发还远远跟不上经济发展的需要，绝大多数生产厂都不具备产品的独立开发能力。产品的品种及性能方面也不能满足市场的要求。市场中技术要求比较高的场合已被越来越多的进口产品或合资企业的产品所占领。

三、低压柜柜体结构的设计分析

1低压柜柜体生产组装方式的改进

我国企业借鉴国外先进生产理念和先进技术以增强自身的竞争力，提高产品质量。低压开关柜生产企业在柜体生产中，将传统的单一焊接模式改为抽出式/固定式结构，可提高低压柜的有效利用空间，提高产品质量，降低维护、维修的使用成本。

2低压柜体安装维护的改善

在订单式生产情况下，生产企业会在客户指定型号的低压柜预留安装孔，这样会降低产品设计与生产效率。为提高经济型，降低低压柜体安装、维护成本，低压柜柜体的设计应尽可能模块化，合理布局预留线孔、安装孔和元件位置。低压柜柜体外观设计要突出其功能性，更要考虑安装的方便性与散热。

3提高低压柜的结构强度

低压柜的结构强度是保证内部元件安全与用电安全的重要保证，也是低压柜设计使用的初衷。要求低压柜在安装与运行过程中保持柜体结构状态，并能防止一般性冲撞。另一方面，低压柜要能够承受较大的电流冲击，因而其柜体及内部元件应用足够的绝缘强度。

四、低压柜柜体模块化的设计

1监控模块设计

作为电力系统管理的控制器，低压开关柜必然长期处于工作状态，造成老化和容易遭受损坏，进而引发故障，继而影响电力系统的正常运行。一般而言，当设备或环境到达一定温度时易引发绝缘事故，因此为保证整个电力系统的安全运行，提高用电质量，减少失误发生，须对运行设备及柜内温度进行严密监控。

本设计的新型温控系统，以实现柜内部温度监控的实时性。该系统可随时对柜内温度进行检测与判断，当温度超过阈值是可发出警报，极端情况下课自行断开控制开关，降低火灾风险，提高低压柜的安全性。温度监控系统包括柜内通信接口、电源、温度采集、继电器输出等模块的设计，合理采用新材料和新技术，改善低温柜运行质量。而设备运行监控需要在低压柜柜体设计时就充分考虑柜内的电路设计——电压/电流采集电路及开关柜采集电路。对电压采集线路而言，要将220v电压通过串联大电阻转为低电压，保证电压互感器输入为低电流，提高监测精度。而电流采集线路一般为交流电，使用无磁饱和的分流器保障电流采集器安全高效工作。除此，还要对柜内的断路器、接触器等的工作状态进行监控。

2低压柜母排设计

只要低压柜中有电压和电流，无论其是正常工作还是短路，都会力的作用和热效应。电流越大，力和热效应就越明显。因此，低压柜必须保障能够抵御这些冲击，这在低压柜的设计生产时必须考虑。这其中主要是低压柜中电动力、热力等母排的稳定性。其中，电动力指电流流经电器元件时产生磁场，载流导体在其中受到的力；而母排的受力则有所不同，若为直流电，则是一个相对恒定的常数，而为交流电时，则随之变化。对热稳定性来说，热量传递可分为稳定传热、瞬间传热两种，均受所处工作环境影响，对低压柜来说，就要包括柜体外壳温度、内部元件所受外界文图及热流密度。

3低压柜柜体结构标准化设计

一般而言，常用的低压柜都使用采用模块化的插拔组件，使用相同壳架等级、尺寸的部件。对于同一个产品制造商来说，其尺寸外形尺寸可以是模块化的，便于组建的维护与更换。标准化的设计虽然在工程施工中可节省投资，但设计与制造周期一般都较长，要求设计人员熟悉所有不同的配电柜、备品等，设计较为负载，在设计没有完成之前厂家无法制造。目前阶段，时间意味着成本也意味着效益，因此中小工程的柜体结构标准化设计意义不大，但对于中大型的建筑工程而言，低压标准配电柜设计意味着成本的降低。对于标准配电柜而言，其外形尺寸及外部结构都应是相同的，以保证互换性，这是标准电柜的最基本原则。

4框架焊接设计

根据设备上所剩余的空间，进行主体框架的合理设计，通常主体框架通过焊接方式形成，目的是保证其具有-定的强度性能。但是还要求有.-定的美观度，因此设计成折弯型，采用强度较好的5754H22铝型材，这种材质不仅可以满足强度要求，而且尺寸容易实现，质量轻、易操作。通常焊接后会进行氧化处理，主要是放置材料表面被氧化，这样在不同的环境中都可以适应。

5零部件设计

需要根据设备的性能和空间，进行各零部件的合理设计，这些所设计的零部件都需要在设备上能够良好的安装，线路的安排也需要合理，利用好各空间。由于一个设备上通常集成有多个零部件上，因此必须合理利用设备空间，例如在设计安装支架时可以设计为可拆卸元件，这样不仅方便制造，而且后期维护方便。

6零部件组装

通常为了便于安装，以及后期的维护，有时会采用紧固件来连接各零部件。为了便于后期的维修工作，有时会将焊接改为螺栓连接，这样后期维护的时候只需要将紧固件拆除，然后进行安装板的更换工作，减少维护工作量。再者，螺栓连接通过扭力保证结构的可靠行、安全性。

结束语

低压柜作为生活、生产的基础设备，影响着生产生活的效率、安全，而低压柜的设计水平与制造工艺影响着其性能和品质，须注重柜体结构设计，改善设计理念，提高生产工艺，才能有效保证低压柜的生产、应用质量。

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