成套电器技术第2版 黄绍平第二章 低压成套开关设备

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1、1,第二章 低压成套开关设备 本章内容 第一节 低压成套开关设备的类型 第二节 低压成套开关设备的结构 第三节 模数、尺寸与空间 第四节 低压成套开关设备的技术要求 第五节 低压抽出式开关柜结构设计 第六节 低压成套开关设备的电击防护设计 第七节 低压开关柜的主回路 第八节 低压一次电器元件的选择 第九节 低压开关柜的辅助电路 第十节 低压成套开关设备的试验 第十一节 几种低压开关柜的技术特点,2,第一节 低压成套开关设备的类型,一、低压成套开关设备的分类 低压成套开关设备是一种量大面广的成套电器产品，广泛用于发电厂、变电站、工矿企业以及各类电力用户的低压配电系统中，作为动力、照明、配电和电动

2、机控制中心、无功补偿等的电能转换、分配、控制、保护和监测之用。,低压配电屏 低压开关柜 配电箱,3,1.按GB 7251低压成套开关设备和控制设备分类 （1）按结构分为：屏、柜、箱。 配电屏：开启式、固定面板式。 开关柜：固定安装式、抽出式、箱组式。 配电箱：动力箱、照明箱、补偿箱。 （2）按功能分：配电、电动机控制、无功补偿、照明、计量 （3）按GB7251.1要求生产的各种直流开关柜。 （4）按GB7251.2要求生产的各种母线槽、照明箱、插座箱。 （5）按GB7251.3要求生产的各种计量箱、照明箱、插座箱。 （6）按GB7251.4要求生产的建筑工地用成套设备（ACS）。,补偿箱,4,

3、2按供电系统的要求和使用的场所分类 （1）一级配电设备。称为动力配电中心（PC）或低压开关柜。它们集中安装在变电所，这一级设备紧靠降压变压器，故电气参数要求较高，输出电路容量也较大。 （2）二级配电设备。动力配电柜和电动机控制中心（MCC）的统称，安装在用电比较集中、负荷比较大的场所，如生产车间、建筑物等场所。 （3）末级配电设备。照明配电箱和动力配电箱的统称，是分散的小容量配电设备，对小容量用电设备进行控制、保护和监测。,5,3按结构特征和用途分类 （1）固定面板式开关柜。防护等级低，只能用于对供电连续和可靠性要求较低的工矿企业变电所。 （2）封闭式开关柜。电气元件均安装在封闭外壳内，柜内每

4、个回路之间可以不加隔离措施，也可以采用接地的金属板或绝缘板进行隔离。,（3）抽出式开关柜。主要电器元件安装在可抽出的抽屉中，构成一个功能单元。整个柜子划分为母线、功能单元和电缆三个区域。可靠性、安全性和互换性较高。 （4）动力、照明配电控制箱。,6,二、低压开关柜的型号 （1）抽出式：GCK、GCS、MNS （2）固定面板式：PGL、GGD。 （3）混合安装式（抽出式单元和固定分隔式单元混合组装）：GHL、GHK、GCK、GCD、GCL。 三、低压开关柜的主要技术参数 （1）额定电压：包括主电路和辅助电路的额定电压。 （2）额定频率 （3）额定电流：分为水平母线（受电母线）和垂直母线（分支母线

5、，即馈电母线）的额定电流。 （4）额定短路开断电流：开关电器的分断短路电流的能力 （5）母线额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流 （6）防护等级：一般应达到IP30，要求高有IP43、IP54等。,7,第二节 低压成套开关设备的结构,以GCK1型低压抽出式开关柜为例，整体分为3个大区： 母线区：水平母线、垂直母线 功能单元区：抽屉单元 电缆区 ：电缆出线,8,主回路：传送电能的所有导电回路。 辅助回路：控制、测量、信号和调节回路。 水平母线：水平安置的主母线，用于受电和给垂直母线配电。 垂直母线：垂直安置于一个柜体中，将水平母线的电能分配给各功能单元的导体。 分支线：将功能单元分别接于水平母线或

6、垂直母线的导体 固定式部件：固定安装的部件 可移开部件：能够完全移出或替换的部件，即抽屉单元。 可抽出部件：一种可移动的部件，可以移动到使分离的触头之间构成一隔离断口或分隔，但与外壳仍保持机械联系。,9,断开位置：又叫分离位置，主回路形成隔离断口或分隔，脱离电的联系，但与外壳保持机械联系，用于抽屉单元及其所控制的线路或设备的安全检修。 抽出位置：可移开部件与低压成套开关设备的外壳脱离机械联系和电气联系。,连接位置：工作位置或接通位置 试验位置：抽屉里的各种元件及线路等检修完毕后，需要进行通电试验，以观察动作的可靠性，确保投入运行的安全。故抽屉应具有试验位置这一功能。在这一位置，主回路形成隔离断

7、口或分隔，而辅助电路是接通的。,10,隔室：除因实现电气连接、控制、通风或必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态或互相隔开。包括：电缆隔室、母线隔室、功能单元隔室、出线端子隔室等。 骨架：用干支撑成套开关设备中的各种元件及外壳的一种结构部件。 覆板：外壳上的一种部件。 可拆式覆板：用来遮盖外壳上的开口的一种覆板，当进行某些操作或维修时可将其移开。,11,挡板：用以对来自入口处的各个方向的直该接触和来自开关设备的电弧进行局部防护的一种部件。 屏障：用以防止无意识的直接接触的一种部件。 活动挡板：一种能够移动的部件。它在下述两种位置之间移动：一种位置是允许可移开部件上的触头同静触头连接；另一种位置

8、是当移开部件移出时，作为一个覆部件（或隔板）将静触头遮蔽起来。 隔板：用于将一个隔室与另一个隔室隔开的部件。 电缆引入部件：一种带有开口的部件，用以将电缆引至成套开关设备上，可同时兼作电缆封装接头。,12,第三节 模数、尺寸与空间,一、低压开关柜的主要尺寸 1外形尺寸 根据GB3047.l面板、架和柜的基本尺寸系列确定，为了满足实际需要，柜的外形尺寸也可选用补充数据。 2柜体尺寸 骨架型式：组装式（用螺钉联结）立式骨架 骨架宽度：一般比柜宽小100mm。必要时，也可以等于柜的宽度（覆板沉入安装）。 骨架上安装元件有效宽度一般应比骨架的宽度小100mm，因为两边要安装走线槽。,GCK柜外形,13

9、,按照GB 7251低压成套开关设备和控制设备的规定，柜内元器件接线座的安装位置应至少离地面200mm。另外，考虑到电器元件喷弧、散热和维修，电器元件离柜顶高度一般不得小于100mm。因此，可认为骨架安装元件的有效高度应比柜的高度小300mm以上。 3柜门尺寸 柜门通常采用钢板弯制的门。为了在柜门上集中安装元件的方便，前门最好是一扇。门的手柄应位于柜的右边，以便在门打开后，门后的元件不妨碍右手维修柜内元件。 根据国标低压配电装置及线路设计规范（GBJ 54）规定：柜后通道最小可达1m ，有困难时还可减小到0.8m。,14,二、低压开关柜的空间分配 抽出式低压开关柜柜内空间可根据需要划分为几个相

10、互隔离的区域（隔室）： 水平母线区：安装受电主母线，连接电源进线和垂直母线 垂直母线区：垂直母线是分支母线，用于对功能单元（抽屉）配电。,功能单元区：电器区，它分隔为若干个相互隔离的小区，用于安装抽屉单元。 电缆区：用于电缆出线布线。 PEN（保护中性线）母线区 控制线路区,左边是双面操作柜，右边是单面操作柜,15,三、低压开关柜结构的模数化 （一）模数化的基本概念 模数（modul）：在电工、电子设备机械结构设计中，用来确定尺寸增减变化关系的基本尺寸。 模数尺寸（modular dimension）：模数乘以一个乘数（整数）所得到的尺寸 在结构设计上，应尽可能地增大功能单元区的空间，并最有效

11、地利用这个空间，以便得到最多的单元组合，即得到最多的电气回路。因此，采用模数化设计。 低压开关柜的模数化设计就是确定一个基本模数，柜体骨架及其安装孔尺寸、功能单元区空间和功能单元的外形尺寸均以基本模数的整数倍按需要进行增减变化。 抽出式低压开关柜从高度方向上采用模数尺寸。,16,（二）举例一 基本模数为E=25mm 外形尺寸：22001000600（单面柜）或2 2001 0001000(双面柜)。 功能单元区的总高度：72E=1800mm。 抽屉标准尺寸：以8E（200mm）高度为基准，抽屉外形尺寸改变仅在高度尺寸上变化，其宽度、深度尺寸不变。 1）8E4 在8E高度的空间内组装4个抽屉单元

12、； 2）8E2 在8E高度的空间内组装2个抽屉单元； 3）8E 在8E高度的空间内组装1个抽屉单元； 4）16E 在16E（400mm）高度的空间内组装1个抽屉单元； 5）24E 在24E（600mm）高度的空间内组装1个抽屉单元。 5种抽屉单元可在一个柜体中作单一组装，也可以混合组装。,17,（三）举例二 某型低压开关柜功能单元区的总高度为1760mm，抽屉层高模数E=160mm，抽屉单元规格： 1）12单元：高80mm 2）1单元：高160mm 3）1.5单元：高240mm 4）2单元：高360mm 5）3单元：高480mm。 在1760mm高度空间内可以安装22个12抽屉单元，或安装11

13、个1单元。也可各种单元混合安装，例如在1760mm高度空间内可安装6个1.5单元和4个12抽屉单元。 除12单元宽度为280mm外，其它均为560mm。深度均为410mm。,18,四、两种低压开关柜的抽屉单元配置方案,MNS柜 GCS柜,19,第四节 低压成套开关设备的技术要求,根据技术标准,对低压成套开关设备提出以下技术要求: 一、正常使用条件 （1）周围空气温度：-540，昼夜平均温度35。 （2）大气条件：空气清洁，污染等级为3；在最高温度为+40时，相对湿度50；在较低温度时，允许有较大的相对湿度（如+20时允许为90），但要考虑到温度变化可能产生的凝露。在这种情况下，一般应采取措施（

14、如柜内装设防凝露装置）。 （3）海拔高度：不高于2000m。当使用地点海拔超过 2000m时，要经过特殊设计，例如加强绝缘，主要电气元件要降容使用等。,20,二、电气参数 1额定工作电压 1）主电路：220，380，660 V。 2）辅助电路 2额定电流 1）水平母线：630，800，1000，1250，1600，2000，2500，3150，4000，5000 A。 2）垂直母线：400，630，800，1000，1600，2000 A。 3）母线额定短时耐受电流（1s）：15，30，50，80，100 kA。 4）母线额定峰值耐受电流：30，63，105，176，220kA。 3额定分散系

15、数 低压成套设备所有主电路通过的电流最大值的总和与该成套设备所有主电路额定电流总和的比值。,21,三、柜架结构 设备的柜架可采用焊接或由螺钉组装连接而成。 柜架和外壳应有足够机械强度和刚度，应能承受所安装元件及短路时所产生的机械应力和热应力，并应考虑防止构成足以引起较大涡流损耗的磁性通路。 应采用防腐蚀材料或在裸露的表面涂上防腐蚀层。 四、隔离和通风 可利用隔板将设备分成若干个隔室。 隔室应能防止触及相邻功能单元的带电部件，能限制事故电弧的扩大，能防止固体外来物从一个单元进入相邻的单元。,22,隔板可以是镀锌金属隔板或绝缘隔板，金属隔板应与保护导体相连接。 功能单元隔室中的隔板不应因短路分断时

16、所产生的电弧或游离气体所产生的压力而造成永久变形。 隔室之间的开孔应确保熔断器、断路器在短路分断时产生的气体不影响相邻隔室的功能单元的正常工作。 设备采用通风孔散热时，通风孔的设计和安装应使得当熔断器、断路器在正常工作或短路情况没有电弧或可熔金属喷出。如果喷弧源距通风孔较近，允许在二者之间加装隔弧板，隔弧板应为接地的金属板或耐弧的绝缘板，其尺寸每边大于通风孔外形 10 mm。但通风孔的设置不应降低设备的外壳防护等级。,23,五、铰链 六、功能单元 功能单元应设计成即使主电路带电（但功能单元的主开关处于分断位置）也能用手直接或借助工具安全地将功能单元插入或抽出柜体。 功能单元应有三个明显的位置：连接位置、试验位置、分离位置。