抽屜式低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)與研究

王士國(guó)

[摘要]首先分析我國(guó)電力開關(guān)柜的基本行情,隨后,結(jié)合實(shí)踐項(xiàng)目,介紹抽屜式低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)與研究,主要包括開關(guān)柜的方案設(shè)計(jì)、主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能等,僅供相關(guān)技術(shù)人員參考。

[關(guān)鍵詞]開關(guān)柜設(shè)計(jì)智能斷路器額定電壓

中圖分類號(hào):TN7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210024-01

一、前言

隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,國(guó)外各大公司在低壓供電系統(tǒng)集中監(jiān)控的基礎(chǔ)上,開展智能化的低壓成套開關(guān)設(shè)備的研究,并在20世紀(jì)90年代后期智能斷路器、智能型開關(guān)柜及其它智能元器件已經(jīng)形成商品化進(jìn)入市場(chǎng),并逐漸推廣應(yīng)用,而我國(guó)雖已完全掌握了微處理器電控產(chǎn)品上的應(yīng)用技術(shù)也已有一些帶接口全數(shù)字產(chǎn)品問(wèn)世,但反映國(guó)際水平的智能型低壓配電裝置和智能控制器還處于空白。本文簡(jiǎn)要地介紹該開關(guān)柜的設(shè)計(jì)方案、主要技術(shù)指標(biāo)和功能等。

二、開關(guān)柜的設(shè)計(jì)方案

課題組根據(jù)掌握的資料,對(duì)比分析了國(guó)外已有的智能化低壓開關(guān)柜的優(yōu)缺點(diǎn),本著實(shí)用的原則,決定采用:主開關(guān)選擇國(guó)內(nèi)知名企業(yè)——常熟開關(guān)廠的CW1型抽屜式智能型萬(wàn)能式斷路器,并采用相應(yīng)的智能控制器ST48-H型智能控制器。

CW1系列智能型萬(wàn)能式斷路器用于控制和保護(hù)低壓配電網(wǎng)絡(luò)。目前市場(chǎng)上主要有CW1-2000、CW1-3200、CW1-4000、CW1-5000幾種。

一般安裝在低壓配電柜中做主開關(guān)起總保護(hù)作用。交流額定電流630A～5000A,短路分段能力80KA～20KA,額定工作電壓AC690V及以下,具有3級(jí)和4級(jí),抽屜式和固定式,可倒進(jìn)線安裝,多種智能控制器,提供不同功能,具有隔離功能等等。

(一)整機(jī)原理方案。本設(shè)計(jì)采用采用抽屜式結(jié)構(gòu)、智能化元件的方案。主開機(jī)采用CW1-5000型斷路器的額定電流為4000A～5000A,極數(shù)為3級(jí),使用類別為B類,最大閉合時(shí)間為70MS。所用ST48H型智能控制器除具有熱記憶、短延時(shí)、負(fù)載監(jiān)控保護(hù)、MCR接通分?jǐn)嗪湍M脫扣保護(hù)、單相接地保護(hù)、漏電保護(hù)、斷路器觸頭磨損定量測(cè)量等保護(hù)功能外,還具有電流表、電壓表、功率表、功率因數(shù)表、故障檢查、自診斷等多種輔助功能,同時(shí)具有通訊接口,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的“四遙”功能。

圖1整機(jī)原理方案

(二)環(huán)境溫濕度監(jiān)控方案。各類標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定低壓電器產(chǎn)品都有一定的運(yùn)行環(huán)境。如污染等級(jí)、海拔高度、周圍空氣溫度和濕度等。污染等級(jí)可通過(guò)柜體來(lái)保證,而海拔高度不超過(guò)2000m都應(yīng)正常運(yùn)行。周圍空氣溫度一般要求-5℃(有的-10℃)～35℃(有的60℃),空氣濕度一般要求不大于95%RH。為保證溫度和濕度要求,在開關(guān)柜上配備了自行研制的HTC-1型溫濕度控制器,可在設(shè)備需要的溫濕度范圍內(nèi)任意設(shè)定溫濕度值,并具有溫濕度等參數(shù)的數(shù)碼顯示、遠(yuǎn)距離通訊以及負(fù)載回路故障在線監(jiān)測(cè)報(bào)警等多種功能。

(三)柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。開關(guān)柜由母線室、功能單元室、電纜室和底座四部分組成。柜體由模數(shù)化尺寸的型材用角部件連接而成,可在長(zhǎng)、寬、高三維方向均以相同模數(shù)任意擴(kuò)展。并且結(jié)構(gòu)件上按基本模數(shù)的倍率布設(shè)絲孔,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件之間和柜體之間的無(wú)螺母連接,母線連接采用無(wú)孔壓接方式。另外,當(dāng)任何一個(gè)抽屜單元被抽出時(shí),其它抽屜單元及總線通信系統(tǒng)將不受干擾地繼續(xù)工作,避免不必要的停機(jī)。

三、主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能

(一)主要技術(shù)指標(biāo)。1.額定電壓:AC380V 50Hz。2.額定絕緣電壓:1000V。3.額定工作電流:4000-5000A。4.母線短時(shí)耐受電流1s:AC400V時(shí)為 80kA;AC600V時(shí)為 65kA。

(二)主要功能。1.具有多種智能保護(hù)功能:長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)流保護(hù),單相接地保護(hù)、負(fù)載監(jiān)控保護(hù)、MCR接通分?jǐn)嗪湍M脫扣保護(hù)、漏電保護(hù)等。2.測(cè)量顯示功能:可對(duì)相電流、相電壓、線電壓、頻率、功率、功率因數(shù)、環(huán)境溫度、濕度參數(shù)等進(jìn)行測(cè)量并在本開關(guān)柜上顯示,也可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂剖绎@示。3.自我監(jiān)控功能:對(duì)設(shè)備及操作的運(yùn)行監(jiān)視,對(duì)環(huán)境溫度、濕度的自我監(jiān)控,對(duì)觸頭磨損的指示,對(duì)保護(hù)裝置的自檢等功能,保證了供電的可靠性。4.通信功能:通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口與中央控制室的計(jì)算機(jī)連接,可在中央控制室對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行遙控(如合閘、分閘等)、遙調(diào)(如調(diào)整有關(guān)保護(hù)參數(shù))、遙測(cè)和遙信。

四、試制情況及結(jié)果

該產(chǎn)品經(jīng)檢測(cè),各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和工藝要求,樣機(jī)經(jīng)國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行型式試驗(yàn),試驗(yàn)項(xiàng)目(含溫升試驗(yàn)、介電強(qiáng)度試驗(yàn)、保護(hù)電路連續(xù)性試驗(yàn)、功能單元互換性試驗(yàn)、功能單元機(jī)械操作試驗(yàn)、防護(hù)等級(jí)試驗(yàn)、短路耐受強(qiáng)度試驗(yàn)等12項(xiàng))均符合有關(guān)要求,試驗(yàn)結(jié)果合格;而其7項(xiàng)短路強(qiáng)度試驗(yàn)經(jīng)廣州市電器研究所檢驗(yàn)也符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗(yàn)合格。一年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明:該開關(guān)柜功能完善,性能穩(wěn)定可靠,安裝靈活,維護(hù)方便。該產(chǎn)品已通過(guò)廣東省科學(xué)技術(shù)廳的鑒定。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,該產(chǎn)品柜體結(jié)構(gòu)件全部實(shí)行模數(shù)化尺寸的型材,并且在結(jié)構(gòu)件上按基本模數(shù)的倍率布設(shè)絲扎,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件之間和柜體之間的無(wú)螺母連接,使柜體組裝靈活方便。母線排使用非標(biāo)尺寸(也執(zhí)行本柜體的模數(shù)尺寸),并采用無(wú)孔壓接方式,既連接靈活,又搭接可靠。同規(guī)格的抽屜單元之間互換性強(qiáng)。主開關(guān)采用CW1型抽屜式智能型萬(wàn)能式斷路器,并配用自己研制的HTC-1型溫濕度控制器,使設(shè)備除具有過(guò)載、欠壓、短路、漏電、防誤等多功能保護(hù)特性外,還具有電流表、電壓表、功率表、功率因數(shù)表、環(huán)境溫濕度監(jiān)控、故障檢查、自診斷等多種功能,同時(shí)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控管理系統(tǒng)的“四遙”功能,便于中央控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控,從而避免不必要的停電及其它事故的發(fā)生,提高了供電的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn):

[1]項(xiàng)雅麗,低壓成套開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),第十一屆高低壓電器及其成套設(shè)備制造業(yè)、新工藝設(shè)備技術(shù)交流交易會(huì)會(huì)議資料之一,2001.05.

[2]曹金根、金佩琪,低壓電器和低壓開關(guān)柜[M].北京:人民郵電出版社,2005.

[3]劉國(guó)林,低壓智能型開關(guān)柜國(guó)內(nèi)外狀況[J].江蘇電器,2006.01.

[4]周豐群、何超、張義民,微電腦數(shù)顯溫濕度控制器的研制[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào),2006.02.