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1、开关柜机械设计基础 产品部结构室 2012.04,基本概念 定义 分类 标准 设计准则,开关柜机械设计,主要组成部分 柜体 功能单元 母排,常见低压开关柜 高端 中低端,开关柜定义： 制造厂根据电气主接线的要求，将一次设备和二次设备按照一定的顺序安装在开启式或封闭式的金属壳体内，作接受和分配电能之用的装置，称为金属开关装置，简称开关柜。,低压成套开关设备和控制设备的定义： 一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，由制造厂家负责完成所有内部的电气和机械连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。,定义,开关柜范围： 通常将40.5kV及以下的电压等级的电气设备设计
2、生产成箱、柜、屏、台等形式，统称为开关柜。,定义,按功能分：,分类,电能分配转换 马达控制 无功补偿,固定柜 固定分隔柜 抽屉柜,按结构分：,GB7251.1-2005 低压成套开关设备和控制设备 第一部分：型式试验和部分型式试验成套设备,标准,IEC60439-1-2004 Low-voltage switchgear and controlgear assemblies Part 1：Type-tested and partially type-tested assemblies,公司现有CCC认证及型式试验产品清单,设计准则,开关柜机械结构设计总则： 开关柜应由能够承受一定的机械应力、电
3、气应力及热应力的材料构成，同时电气元件和电路的布置应便于操作和维修，要保证必要的安全等级。 开关柜柜体及非标准零件的设计准则 选择或设计柜体，满足环境要求、防护要求、承重要求、电气安全及电磁兼容要求、运输使用要求和整齐美观要求。设计确定尺寸和结构形式，设计柜内安装支架、柜门、柜顶、柜底及接地，设计通风散热及电磁兼容措施，设计铭牌标识，完成各种非标准零件的设计，为加工、装配、实验提供依据。,主要组成部分,柜体 功能单元 母排,主要组成 骨架 安装支撑件 外壳 基本要素 外形尺寸 并柜方式 进出线方式 分隔型式 安装固定方式 防护等级 柜体颜色,柜体,而开关柜的技术参数还包括： 额定电流 额定电压
4、 额定短时耐受电流Icw 接地系统,柜体,连接形式 焊接式：RITTAL TS/PS 紧固件连接式：KB/8PT/ FA28(38) 混合连接式：GGD/Blokset,骨架,PS：80022001000(WHD),骨架,插入螺母(弹簧式),嵌入式螺母,插入螺母(爪式),M5自攻螺钉,TS ：80022001000(WHD),骨架,插入螺母(弹簧式),嵌入式螺母,插入螺母(爪式),M5自攻螺钉,KB ：80022001000(WHD),骨架,G型材 M6自攻螺钉 M8螺栓联接,C型材 M6自攻螺钉,C型材 M6自攻螺钉 M8螺栓联接,KB柜三种母排方案,骨架,骨架, FA28(38), 8PT
5、,GGD ：80022001000(WHD),骨架,G型材,KS(8MF)型材,M8滚花螺丝,骨架,Blokset,接地系统,TN-C-S,TN-C,TN-S,IT,TT,母排 功能单元 外接端子,分隔型式,参考标准：外壳防护等级 GB4208-2008/ IEC60529:2001,防护等级,参考标准：外壳防护等级 GB4208-2008/ IEC60529:2001,防护等级,第一位特征数字,参考标准：外壳防护等级 GB4208-2008/ IEC60529:2001,防护等级,第二位特征数字,防护等级 参考标准：外壳防护等级 GB4208-2008/ IEC60529:2001,主要组成
6、部分,附加字母说明,补充字母说明,参考标准：外壳防护等级 GB4208-2008/ IEC60529:2001,防护等级,对于户内使用的成套设备，一般没有防水要求 封闭式成套设备，防护等级至少为IP2X 对于无附加防护设施的户外成套设备，第二位特征数字至少为3,柜体颜色,功能单元,定义： 由完成同一功能的所有电气设备和机械部件组成，分为三种类型： 固定式 移出式 抽出式： 三个状态 四个位置,母排,动稳定-支撑间距,热稳定-截面选择,绝缘-电气间隙 与爬电距离,模型设计,定义与分类,补充说明与案例,定义与分类,定义：一种可与几条电路分别连接的低阻抗导体 分类 按材质可分为铜排、铝排、铁排以及铜
7、铝复合排等； 按截面有矩形、圆角型以及异型如L型、槽型；,热稳定-截面选择,热稳定,热稳定-截面选择,母排竖直安装载流量表1,热稳定-截面选择,母排竖直安装载流量表2,热稳定-截面选择,注意事项,主母排按照主进线断路器的额定电流选择，并进行校核； 分支母排按照所有一次设备中额定电流最小者选择； 同等截面时，宽而薄的母排载流量比窄而厚要高； 位置校正系数 母排平放且宽度60mm时，其载流量为立放时的0.95倍； 母排平放且宽度60mm时，其载流量为立放时的0.92倍； 环境温度校正系数,动稳定-支撑间距,动稳定,动稳定-支撑间距,母排截面系数,绝缘-电气间隙与爬电距离,空气中最小电气间隙,电气间
8、隙： 不同电位的两导电部件的空间直线距离,绝缘-电气间隙与爬电距离,海拔修正系数,绝缘-电气间隙与爬电距离,绝缘-电气间隙与爬电距离,污染等级说明：,爬电距离 不同电位的两个导电部件之间沿绝缘材料表面的最短距离,绝缘-电气间隙与爬电距离,绝缘材料组别 按照CTI值对绝缘材料进行分类,绝缘-电气间隙与爬电距离,注意事项,绝缘-电气间隙与爬电距离,不同污染等级的最小槽宽值(mm),三种母排设计方案,方案A,方案B,方案C,模型设计,折弯设计 搭接设计,模型设计,折弯设计(铜排),平弯设计,推荐折弯半径 r = 1.5b 最小折弯半径 r = b,扭弯设计,L= 2.5b5b,立弯设计,推荐折弯半径
9、 R = 1.5a 最小折弯半径 R = a,模型设计,搭接设计-传统,母排搭接要求表,模型设计,搭接设计-传统,模型设计,搭接设计-反思,电缆与母排的连接,母排与母排的连接,母排搭接设计可采用： C5d 适配相应螺栓及数量,模型设计,母排连接螺栓压力测试,08年CSN传动柜母排搭接设计,模型设计,水平母排改进,补充说明与案例,补充说明,母排加工需要去毛刺，尤其是层叠母排，高压母排还需去尖角； 后处理方式主要有钝化、镀锡、镀镍、镀银、环氧树脂(绝缘)； 在一些特殊场合，如电容器接线端子，可以采用软连接； 应避免两根母排之间没有空气间隙，且间隙最好为母排的壁厚； 当主母排载流量大于5000A时，
10、应考虑采用异型母排，增加截面系数，降低动应力； 母排通过金属隔板时，一般在隔板上设计联通槽口以切断磁路防止涡流；当载流量大于1500A时，应考虑采用非磁材料，如无磁不锈钢1Cr18Ti9Ni、铝板。,补充说明与案例,铜铝复合排,补充说明与案例,软连接,补充说明与案例,水冷母排设计,高端开关柜,高端开关柜,Blokset,SIVCON 8PT,MNS2.0,中端开关柜,中低端开关柜,PGL GGD GCK GCS MNS,GGD,GGD型交流低压配电柜是根据能源部，广大电力用户及设计部门的要求，按照安全、经济、合理、可靠的原则设计的新型低压配电柜。适用于变电站、发电厂、厂矿企业等电力用户的交流5
11、0Hz，额定工作电压380V，额定工作电流1000-3150A的配电系统，作为动力、照明及发配电设备的电能转换、分配与控制之用。,主要技术参数： 主电路额定电压(V) ：交流380 额定电流 (A) ： 1000(GGD1)、1500(GGD2)、3150(GGD3) 母排额定短时耐受电流(kA/1s) ： 15(GGD1) ， 30(GGD2) ，50(GGD3) 母排额定峰值耐受电流(kA) ： 30(GGD1) ， 63(GGD2) ，105(GGD3) 防护等级 ：IP30，IP40,GGD,主要结构特点： 8MF型材，模数孔为20mm，9.2mm，混合连接式结构 柜顶放置水平母排 柜
12、体前下方、后下方及后上方分别设有通风孔 采用PPO材质专用母排框：ZMJ 柜体尺寸(mm)： H： 2200 W：600/800/1000/1200 D： 600/800,ZMJ母排框,PMJ母排框,DM母排框,GGD,GGD,GGD,GCK,GCK低压抽出式开关柜是90年代由天津电气传动研究所开发的，由动力配电中心(PC) 柜和电动机控制中心(MCC)两部分组成。 该装置适用于交流50HZ、额定工作电压380V、额定电流4000A及以下的控配电系统，作为动力配电、电动机控制及照明等配电设备。,GCK,主要技术参数： 主电路额定电压(V) ：交流380 水平母排额定电流 (A) ： 4000、
13、3200、1600 垂直母排额定电流(A) ： 1000 母排额定短时耐受电流(kA/1s) ： 80 母排额定峰值耐受电流(kA) ： 176 防护等级 ：IP30，IP40,主要结构特点： 结构形式比较混乱，骨架主要有FA、KS、C型材3种形式 柜顶放置水平母排 抽屉的推进方式有单拔插式、双拔插式、摇进式，大多数没有试验位置，只能实现基本连锁，价格较便宜 单台抽屉柜最多安装9个基本单元，或者最多安装18个1/2基本单元 柜体尺寸(mm)： H： 2200 W：600/800/1000 D： 800/1000,GCK,GCS,GCS型低压抽出式开关柜是电力工业部、机械工业部委托森源电气有限公
14、司完成设计和研制，适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业的配电系统，在大型发电厂、石化系统等自动化程度高，要求与计算机接口的场所。,主要技术参数： 主电路额定电压(V) ：交流380(400)、(660) 辅助电路额定电压(V) ：交流220、380(400)直流110、220 额定频率(Hz)： 50(60) 额定电流 (A) ：水平母排 4000，垂直母排（MCC） 1000 母排额定短时耐受电流(kA/1s) ：50，80 母排额定峰值耐受电流(kA/1s) ：105，176 母排 ：三相四线制 A.B.C.PEN，三相五线制 A.B.C.PE.N 防护等级 ：IP30，I
15、P40,GCS,GCS,主要结构特点： 框架采用8MF型材，安装模数为20mm的9.2mm的安装孔 柜体高度2200mm，宽度400mm/600mm/800mm/1000mm，深度600mm/800mm/1000mm 开关柜的各功能室相互隔离 GCS系列柜为不靠墙安装，正面操作，双面维修的低压配电柜 水平母排采用柜后平置式排列方式（规格见表1），垂直母排为50305L型母排，PEN或PE+N均为405； 单元抽屉分为1/2单元、1单元、1 1/2单元、2单元、 2 1/2单元、 3单元六种规格，单元回路额定电流最大400A， 1/2单元最大额定电流63A， 1单元、1 1/2单元最大额定电流2
16、25A 每个抽屉柜最多可以安装22个1/2单元抽屉回路，抽屉面板有合、断、试验、抽出等位置的明显标志，抽屉设有机械联锁装置，可以混装 抽屉的二次线采用专用的接插件连接，辅助接点对数一单元及以上的为32对，1/2单元的为20对 电缆隔室有240mm和440mm两种规格 600宽的抽屉柜的柜深必须为1000，且水平母排额定电流最大3150A，标准的抽屉柜柜宽是800mm/1000mm；,表1,GCS,MNS,MNS M标准模件式 N低压 S开关配电设备 MNS型低压抽出式成套开关设备，参考国外MNS系列低压开关柜设计并加以改进开发的高级型低压开关柜，适应各种供电、配电的需要，能广泛用于发电厂、变电站、工矿企业、大楼宾馆、市政建设等各种低压配电系统。,主要技术参数：
