GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜的發(fā)展趨勢(shì)與改進(jìn)設(shè)計(jì)

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電力負(fù)荷要求也隨之迅猛增長(zhǎng)，為改善電力終端的電能使用靈活性以及可靠性，開發(fā)應(yīng)用低壓配電柜有重要意義。文章對(duì)GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜的發(fā)展趨勢(shì)與改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：低壓開關(guān)柜；配電設(shè)備；電力負(fù)荷；電力終端；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM591 文章編號(hào)：1009-2374（2016）02-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.017

GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜的柜體結(jié)構(gòu)為組合裝配式，以2200mm高出線柜為例，其垂直主母線能夠達(dá)到3200A以上，同時(shí)單出線母線已達(dá)到800A以上，以前一臺(tái)柜最多只能夠安置9個(gè)抽屜。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，根據(jù)出線斷路器不同電流值選擇，現(xiàn)大部分廠家均可做到1/2、1/4抽屜了，甚至于個(gè)別廠家做到了1/8抽屜。換句話說，一臺(tái)柜可以裝更多抽屜，能夠容納更多主電路，因而使用更加靈活方便，適用范圍更加廣泛。不過目前GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜仍然存在一些設(shè)計(jì)問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展。

1 GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜的問題

1.1 主電路觸頭接觸不良問題

因?yàn)镚CK型開關(guān)柜的開關(guān)通過后底板連接是使用插頭插座的形式，所以接觸電阻要比面板形連接顯著加大。同時(shí)這一功能單元往往需要經(jīng)常性的插拔，因而容易出現(xiàn)松動(dòng)導(dǎo)致觸頭間的緊固力不夠，導(dǎo)電性能下降或者觸頭積累塵埃，并且由于裸露在空氣中而出現(xiàn)金屬氧化物，最終導(dǎo)致觸頭間接觸電阻增加而發(fā)熱加大。

1.2 功能元器件設(shè)計(jì)存在問題

國(guó)內(nèi)部分廠商生產(chǎn)的GCK型開關(guān)柜，抽屜中的空氣斷路器橫向安裝，違背低壓配電規(guī)范以及安裝要求，這是因?yàn)闄M向安裝斷路器，斷路器中的空氣凝露，觸頭發(fā)熱而掉落碎件容易引發(fā)斷路器出現(xiàn)三相短路問題，并且動(dòng)、靜觸頭動(dòng)作中因?yàn)閲Ш喜坏轿灰踩菀壮霈F(xiàn)接觸不良問題，從而削弱過流能力并在嚴(yán)重情況下發(fā)熱燒毀。此外，二次保護(hù)脫扣也容易受自重和機(jī)械摩擦力的影響出現(xiàn)吸合力矩的不夠而發(fā)卡，同時(shí)空開斷路器的橫向安裝違背滅弧機(jī)理容易出現(xiàn)弧光斷路，不利于保障設(shè)備與人身的安全。

1.3 抽屜柜受令操作開關(guān)容易卡掣

GCK型開關(guān)柜的裝置結(jié)構(gòu)常見的有兩種：一種是使用弧制鋼板舌片同鎖錠鋼條連桿固定開關(guān)柜的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)抽屜單元柜的鎖錠。這一工藝的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且維護(hù)較為方便，發(fā)生卡阻問題的概率不大；另一種是使用聯(lián)鎖以及斷路器組成獨(dú)立結(jié)構(gòu)，鎖錠點(diǎn)在抽屜的底部導(dǎo)向件。這一結(jié)構(gòu)的零部件比較多，同時(shí)功能裝置也比較復(fù)雜，精度要求高，容易出現(xiàn)操作開關(guān)的受阻問題。

1.4 斷路器保護(hù)有待改進(jìn)

GCK型開關(guān)柜中的斷路器主要功能是出現(xiàn)線路過流短路問題時(shí)，可以自動(dòng)控制分合閘。操作功能能夠選擇手動(dòng)或者是自動(dòng)的方式。GCK型開關(guān)柜的斷路器必須有失壓速斷、過流保護(hù)的作用，并且可以隨意設(shè)定參數(shù)，從而滿足斷路器的過載長(zhǎng)延時(shí)以及短路短延時(shí)特性。過去大部分GCK型開關(guān)柜的斷路器卻難以實(shí)現(xiàn)這些功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在基本上所有國(guó)內(nèi)外斷路器生產(chǎn)廠家均能配套此部分功能，可以由用戶根據(jù)實(shí)際需求自行選配。

2 抽屜式低壓開關(guān)柜的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 外形緊湊化

隨著我國(guó)城市化以及工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，土地資源日益緊缺，因此各個(gè)企業(yè)都出于經(jīng)濟(jì)實(shí)用目的的考慮，追求合理利用已有的土地資源，從而最大限度降低成本。這也就要求GCK型開關(guān)柜在設(shè)計(jì)過程中選出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。低壓開關(guān)柜根據(jù)安裝斷路器方式的不同能夠分成固定分隔式以及抽屜式，其中抽屜式抵押開關(guān)柜主要在電動(dòng)機(jī)的回路中，抽屜中除了能夠裝接觸器、斷路器、馬達(dá)保護(hù)器、互感器等元器件之外，還可以容納比較多的二次元器件。除此之外，每種不同點(diǎn)抽屜都有不同種類的模數(shù)規(guī)格，能夠根據(jù)回路額定電流的不同以及所裝元器件外形方面的不同來進(jìn)一步?jīng)Q定抽屜數(shù)量，這樣一來就能夠顯著改善低壓柜柜內(nèi)的空間利用效率。

2.2 結(jié)構(gòu)模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)化

目前各個(gè)開關(guān)柜企業(yè)為改善自身在行業(yè)中的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，持續(xù)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備以及柔性加工線，從而不斷提高加工工藝水平，GCK型開關(guān)柜的各個(gè)骨架部件向著標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化的方向發(fā)展，同時(shí)各個(gè)部件均設(shè)置模數(shù)化的安裝孔，有利于組裝以及拆卸，并且提前做好部件的庫存準(zhǔn)備，進(jìn)一步降低單體項(xiàng)目生產(chǎn)的周期。

2.3 提高可靠性

由于我國(guó)的幅員非常遼闊，各地的氣候以及環(huán)境條件有很大區(qū)別，特別是那些高海拔地區(qū)環(huán)境較為惡劣。GCK型開關(guān)柜要想在高海拔以及惡劣環(huán)境中運(yùn)行，必須提高其可靠性。

2.4 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)

微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到低壓的成套開關(guān)設(shè)備以及控制設(shè)備的設(shè)計(jì)制造過程中。這些智能控制技術(shù)主要是由智能控制器、智能監(jiān)控器以及信息采集系統(tǒng)等部分聯(lián)合組成，形成了本機(jī)、上位機(jī)以及環(huán)境負(fù)載信息之間的交換，并且借助于通信來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)觀測(cè)，例如開關(guān)狀態(tài)、電流狀態(tài)、功率狀態(tài)、峰值電流、操作次數(shù)、接地故障、電網(wǎng)狀態(tài)等，并且能夠發(fā)出回饋的信息，經(jīng)過綜合判斷信息，通過不同的輸出口發(fā)出相應(yīng)的指令，從而完成針對(duì)性的操作。采用智能型的開關(guān)裝置，能夠在一定程度上預(yù)期診斷潛在的事故，從而顯著降低事故的發(fā)生幾率。

3 GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 外形緊湊化設(shè)計(jì)

低壓開關(guān)柜從安裝斷路器方式上能夠分成固定分隔式以及抽屜式。GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于廠房、房地產(chǎn)等配電房，除作進(jìn)出線電源使用，還可用在電動(dòng)機(jī)的回路中，作控制電源使用。抽屜內(nèi)部除能夠安裝接觸器、斷路器、馬達(dá)保護(hù)器以及互感器等元器件之外，還可以容納各種二次元器件。不同的抽屜有著不同的模數(shù)規(guī)格，能夠根據(jù)回路額定電流的高低以及安裝元器件相關(guān)的大小進(jìn)一步?jīng)Q定抽屜數(shù)量，確保GCK型開關(guān)柜的柜內(nèi)空間能夠得到高效利用。電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)回路故障，不能僅僅考慮斷路器，還需要考慮抽屜中內(nèi)其元器件潛在的故障問題。GCK型開關(guān)柜可以在抽屜式的基礎(chǔ)上，逐漸過渡到組合式結(jié)構(gòu)，這也是抽屜式開關(guān)柜一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。采用組合式的結(jié)構(gòu)，抽屜除了可以搭配固定分隔柜，還可以搭配變頻器或者是框架斷路器等，從而實(shí)現(xiàn)降低柜子數(shù)量的效果。最初的GCK型開關(guān)柜標(biāo)準(zhǔn)柜型，其主母線設(shè)置在柜后，出線則在柜側(cè)，柜寬通?！?000mm。通過設(shè)計(jì)成為后出線，主母線設(shè)置在柜頂，而出線則放置在柜后，柜寬能夠控制在600mm，并且小電流斷路器的最小柜寬能夠<400mm，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)GCK型開關(guān)柜的緊湊化。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化設(shè)計(jì)

目前產(chǎn)能較高的GCK型開關(guān)柜企業(yè)之所以可以高效生產(chǎn)大量訂單，主要是因?yàn)槠涔耋w結(jié)構(gòu)的模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)化水平比較高。標(biāo)準(zhǔn)模塊的種類比較少，能夠?qū)崿F(xiàn)流水線作業(yè)，并且每個(gè)模塊由專門的工作人員負(fù)責(zé)組裝，能夠保證安裝精度以及熟練度，大大減少裝配的時(shí)間。目前GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜普遍存在著柜體結(jié)構(gòu)制造精度比較低、無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問題，只能在同一廠家產(chǎn)品內(nèi)實(shí)現(xiàn)同一模數(shù)抽屜之間的互換，暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)同模數(shù)抽屜間的互換，嚴(yán)重影響到相應(yīng)回路維護(hù)檢修的更換效率與難度。國(guó)家或者行業(yè)內(nèi)應(yīng)盡快出臺(tái)一套完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件，以規(guī)范這一工藝缺陷。另外，大電流的抽屜則存在著缺乏可靠推進(jìn)機(jī)構(gòu)的現(xiàn)象，長(zhǎng)期存在于抽屜推進(jìn)推出過程中的主電路接受力太大，柜體以及抽屜容易出現(xiàn)變形，使得一、二次接插件的接觸不夠可靠。GCK型開關(guān)柜應(yīng)當(dāng)針對(duì)這一缺陷，在大電流抽屜的設(shè)計(jì)方面，在原有推進(jìn)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上做出相應(yīng)改進(jìn)措施，使推進(jìn)結(jié)構(gòu)可以更加省力，一、二次接插件的接觸更加可靠。

3.3 智能化設(shè)計(jì)

雙向通訊可以說是第四代低壓電器最為主要的一個(gè)特征，尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展以及可通信電器出現(xiàn)，給GCK型開關(guān)柜的設(shè)計(jì)帶來了革命性進(jìn)步，有利于GCK型開關(guān)柜實(shí)現(xiàn)智能化、通訊化以及網(wǎng)絡(luò)化。GCK型開關(guān)柜中的一、二次回路，其內(nèi)部隔室需要分隔明確，目前存在的強(qiáng)弱電混合現(xiàn)象，容易出現(xiàn)干擾問題，可以在回路中添加雙二次插從而解決這一問題。GCK型開關(guān)柜設(shè)計(jì)過程中可以在二次插中加入專用通訊插頭，左邊為普通的二次插，右邊為通訊插頭，避免插頭之間的互相干擾。

3.4 可靠性設(shè)計(jì)

當(dāng)GCK型開關(guān)柜處于環(huán)境惡劣中，粉塵比較多的時(shí)候，設(shè)計(jì)的防護(hù)等級(jí)需要在IP54。應(yīng)當(dāng)使用玻璃門并且加密封條柜型，從而提高可靠性。如果電流>500A時(shí)，GCK型開關(guān)柜的柜體應(yīng)當(dāng)使用防磁骨架，從而降低渦流的出現(xiàn)。在散熱方面采用多層母排搭接，減少搭接面積，緊固螺釘使用8.8級(jí)不銹鋼螺釘，并且大電流斷路器安裝板使用疊后彎邊或者搭配加強(qiáng)筋，從而提高GCK型開關(guān)柜的柜體強(qiáng)度。

綜上所述，低壓開關(guān)柜可以說是低壓配電系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的成套設(shè)備，因此在電力系統(tǒng)中有著重要作用。GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提高通信化、自動(dòng)化以及智能化水平，更好地為企業(yè)以及工程項(xiàng)目服務(wù)，一方面改善電網(wǎng)質(zhì)量，另一方面有效控制電量，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：李志剛（1982-），男，廣東江門人，廣東省新會(huì)電器廠有限公司電氣工程師，研究方向：配電成套設(shè)備電氣設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）