開關柜機械設計基礎

開關柜機械設計基礎

產品部結構室

2012.04

●基本概念

○定義

○分類○標準○設計準則開關柜機械設計●主要組成部分

○柜體

○功能單元

○母排●常見低壓開關柜

○高端

○中低端開關柜定義：

制造廠根據電氣主接線的要求，將一次設備和二次設備按照一定的順序安裝在開啟式或封閉式的金屬殼體內，作接受和分配電能之用的裝置，稱為金屬開關裝置，簡稱開關柜。低壓成套開關設備和控制設備的定義：

一個或多個低壓開關設備和與之相關的控制、測量、信號、保護、調節(jié)等設備，由制造廠家負責完成所有內部的電氣和機械連接，用結構部件完整地組裝在一起的一種組合體。定義開關柜范圍：通常將40.5kV及以下的電壓等級的電氣設備設計生產成箱、柜、屏、臺等形式，統(tǒng)稱為開關柜。定義按功能分：分類電能分配轉換馬達控制無功補償固定柜固定分隔柜抽屜柜按結構分：GB7251.1-2005《低壓成套開關設備和控制設備》第一部分：型式試驗和部分型式試驗成套設備標準IEC60439-1-2004《Low-voltageswitchgearandcontrolgearassemblies》

Part1：Type-testedandpartiallytype-testedassemblies公司現有CCC認證及型式試驗產品清單序號產品名稱產品規(guī)格型號證書狀態(tài)1低壓成套開關設備MNS主母線：In=5000A～2500A，Icw=80kA;配電母線：In=1250A,Icw=65kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效2低壓成套開關設備GGD主母線：In=3150A～1000A，Icw=50kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP30有效3低壓成套開關設備GCK主母線：In=4000A～1000A，Icw=50kA;配電母線：In=1000A,Icw=30kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效4低壓成套開關設備XL-21主母線：In=630A～100A，Icw=10kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz;IP30有效5配電箱（配電板）PZIn=250A～10A，Icw=6kA;Ue=380V/220V,Ui=500V;50Hz;IP30有效6低壓成套開關設備BLOKSET主母線：In=3200A～2500A，Icw=65kA;配電母線：In=1000A,Icw=65kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效7低壓成套開關設備GCS主母線：In=2500A～1000A，Icw=50kA;配電母線：In=1000A～400A,Icw=30kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz;IP30有效8低壓成套開關設備GGD主母線：In=1600A～630A，Icw=30kA；Ue=400V，Ui=690V；50Hz，IP30完成型式試驗9低壓成套無功功率補償裝置GGJIn=620A～87A，Icw=15kA；Ue=400V，Ui=690V；420kvar～60kvar，單相、三相結合補償；50Hz；IP30；戶內型；控制投切電容器的元件類型：機電開關完成型式試驗10高壓成套開關設備KYN28-12/1250-31.5型取得型式試驗報告11高壓成套開關設備KYN61-40.5/1250-31.5型取得型式試驗報告12高壓成套開關設備MVex-12(Z)/T1250-31.5取得型式試驗報告設計準則開關柜機械結構設計總則：開關柜應由能夠承受一定的機械應力、電氣應力及熱應力的材料構成，同時電氣元件和電路的布置應便于操作和維修，要保證必要的安全等級。開關柜柜體及非標準零件的設計準則

選擇或設計柜體，滿足環(huán)境要求、防護要求、承重要求、電氣安全及電磁兼容要求、運輸使用要求和整齊美觀要求。設計確定尺寸和結構形式，設計柜內安裝支架、柜門、柜頂、柜底及接地，設計通風散熱及電磁兼容措施，設計銘牌標識，完成各種非標準零件的設計，為加工、裝配、實驗提供依據。主要組成部分柜體功能單元母排主要組成○骨架○安裝支撐件○外殼基本要素○外形尺寸○并柜方式○進出線方式○分隔型式○安裝固定方式○防護等級○柜體顏色柜體而開關柜的技術參數還包括：○額定電流○額定電壓○額定短時耐受電流Icw○接地系統(tǒng)柜體連接形式○焊接式：RITTALTS/PS○緊固件連接式：KB/8PT/FA28(38)○混合連接式：GGD/Blokset骨架

PS：800×2200×1000(W×H×D)骨架插入螺母(彈簧式)嵌入式螺母插入螺母(爪式)M5自攻螺釘

TS：800×2200×1000(W×H×D)骨架插入螺母(彈簧式)嵌入式螺母插入螺母(爪式)M5自攻螺釘

KB：800×2200×1000(W×H×D)骨架G型材M6自攻螺釘M8螺栓聯(lián)接C型材M6自攻螺釘C型材M6自攻螺釘M8螺栓聯(lián)接KB柜三種母排方案骨架骨架●FA28(38)●8PT

GGD：800×2200×1000(W×H×D)骨架G型材KS(8MF)型材M8滾花螺絲骨架●Blokset接地系統(tǒng)●TN-C-S●TN-C●TN-S●IT●TT母排功能單元外接端子分隔型式形式1形式3b形式2b形式4b形式4a形式2a形式3a參考標準：外殼防護等級GB4208-2008/IEC60529:2001防護等級參考標準：外殼防護等級GB4208-2008/IEC60529:2001防護等級第一位特征數字參考標準：外殼防護等級GB4208-2008/IEC60529:2001防護等級第二位特征數字○防護等級參考標準：外殼防護等級GB4208-2008/IEC60529:2001主要組成部分附加字母說明補充字母說明參考標準：外殼防護等級GB4208-2008/IEC60529:2001防護等級●對于戶內使用的成套設備，一般沒有防水要求●封閉式成套設備，防護等級至少為IP2X●對于無附加防護設施的戶外成套設備，第二位特征數字至少為3柜體顏色功能單元定義：

由完成同一功能的所有電氣設備和機械部件組成，分為三種類型：○固定式○移出式○抽出式：三個狀態(tài)四個位置母排動穩(wěn)定-支撐間距熱穩(wěn)定-截面選擇絕緣-電氣間隙

與爬電距離模型設計定義與分類補充說明與案例定義與分類○定義：一種可與幾條電路分別連接的低阻抗導體○分類按材質可分為銅排、鋁排、鐵排以及銅鋁復合排等；按截面有矩形、圓角型以及異型如L型、槽型；熱穩(wěn)定-截面選擇○熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定-截面選擇母排豎直安裝載流量表1熱穩(wěn)定-截面選擇母排豎直安裝載流量表2熱穩(wěn)定-截面選擇○注意事項主母排按照主進線斷路器的額定電流選擇，并進行校核；分支母排按照所有一次設備中額定電流最小者選擇；同等截面時，寬而薄的母排載流量比窄而厚要高；位置校正系數母排平放且寬度≤60mm時，其載流量為立放時的0.95倍；母排平放且寬度>60mm時，其載流量為立放時的0.92倍；環(huán)境溫度校正系數

動穩(wěn)定-支撐間距○動穩(wěn)定動穩(wěn)定-支撐間距母排截面系數絕緣-電氣間隙與爬電距離空氣中最小電氣間隙○電氣間隙：不同電位的兩導電部件的空間直線距離絕緣-電氣間隙與爬電距離海拔修正系數絕緣-電氣間隙與爬電距離絕緣-電氣間隙與爬電距離○污染等級說明：

○爬電距離不同電位的兩個導電部件之間沿絕緣材料表面的最短距離絕緣-電氣間隙與爬電距離○絕緣材料組別

按照CTI值對絕緣材料進行分類

絕緣-電氣間隙與爬電距離○注意事項

絕緣-電氣間隙與爬電距離污染等級槽寬X10.252131.542.5不同污染等級的最小槽寬值(mm)○三種母排設計方案

方案A方案B方案C模型設計○折彎設計○搭接設計模型設計○折彎設計(銅排)

平彎設計推薦折彎半徑r=1.5b最小折彎半徑r=b扭彎設計L=2.5b~5b立彎設計推薦折彎半徑R=1.5a最小折彎半徑R=a模型設計○搭接設計-傳統(tǒng)

母排搭接要求表模型設計○搭接設計-傳統(tǒng)

模型設計○搭接設計-反思

電纜與母排的連接母排與母排的連接母排搭接設計可采用：◎C≥5d◎適配相應螺栓及數量模型設計母排連接螺栓壓力測試08年CSN傳動柜母排搭接設計模型設計水平母排改進補充說明與案例○補充說明

母排加工需要去毛刺，尤其是層疊母排，高壓母排還需去尖角；后處理方式主要有鈍化、鍍錫、鍍鎳、鍍銀、環(huán)氧樹脂(絕緣)；在一些特殊場合，如電容器接線端子，可以采用軟連接；應避免兩根母排之間沒有空氣間隙，且間隙最好為母排的壁厚；當主母排載流量大于5000A時，應考慮采用異型母排，增加截面系數，降低動應力；母排通過金屬隔板時，一般在隔板上設計聯(lián)通槽口以切斷磁路防止渦流；當載流量大于1500A時，應考慮采用非磁材料，如無磁不銹鋼1Cr18Ti9Ni、鋁板。補充說明與案例○銅鋁復合排

補充說明與案例○軟連接

補充說明與案例○水冷母排設計

高端開關柜高端開關柜BloksetSIVCON8PTMNS2.0中端開關柜中低端開關柜PGLGGDGCKGCSMNSGGDGGD型交流低壓配電柜是根據能源部，廣大電力用戶及設計部門的要求，按照安全、經濟、合理、可靠的原則設計的新型低壓配電柜。適用于變電站、發(fā)電廠、廠礦企業(yè)等電力用戶的交流50Hz，額定工作電壓380V，額定工作電流1000-3150A的配電系統(tǒng)，作為動力、照明及發(fā)配電設備的電能轉換、分配與控制之用。主要技術參數：主電路額定電壓(V)：交流380額定電流

(A)：1000(GGD1)、1500(GGD2)、3150(GGD3)母排額定短時耐受電流(kA/1s)：15(GGD1)，30(GGD2)，50(GGD3)母排額定峰值耐受電流(kA)：30(GGD1)，63(GGD2)，105(GGD3)防護等級

：IP30，IP40

GGD主要結構特點：8MF型材，模數孔為20mm，Φ9.2mm，混合連接式結構柜頂放置水平母排柜體前下方、后下方及后上方分別設有通風孔采用PPO材質專用母排框：ZMJ柜體尺寸(mm)：H：2200W：600/800/1000/1200D：600/800

ZMJ母排框PMJ母排框DM母排框GGDGGDGGDGCK

GCK低壓抽出式開關柜是90年代由天津電氣傳動研究所開發(fā)的，由動力配電中心(PC)

柜和電動機控制中心(MCC)兩部分組成。

該裝置適用于交流50HZ、額定工作電壓380V、額定電流4000A及以下的控配電系統(tǒng)，作為動力配電、電動機控制及照明等配電設備。GCK主要技術參數：主電路額定電壓(V)：交流380水平母排額定電流

(A)：4000、3200、1600垂直母排額定電流(A)：1000母排額定短時耐受電流(kA/1s)：80母排額定峰值耐受電流(kA)：176防護等級

：IP30，IP40

主要結構特點：結構形式比較混亂，骨架主要有FA、KS、C型材3種形式柜頂放置水平母排抽屜的推進方式有單拔插式、雙拔插式、搖進式，大多數沒有試驗位置，只能實現基本連鎖，價格較便宜單臺抽屜柜最多安裝9個基本單元，或者最多安裝18個1/2基本單元柜體尺寸(mm)：H：2200W：600/800/1000D：800/1000

GCKGCS

GCS型低壓抽出式開關柜是電力工業(yè)部、機械工業(yè)部委托森源電氣有限公司完成設計和研制，適用于發(fā)電廠、石油、化工、冶金、紡織、高層建筑等行業(yè)的配電系統(tǒng)，在大型發(fā)電廠、石化系統(tǒng)等自動化程度高，要求與計算機接口的場所。

主要技術參數：主電路額定電壓(V)：交流380(400)、(660)輔助電路額定電壓(V)：交流220、380(400)直流110、220額定頻率(Hz)：

50(60)額定電流

(A)：水平母排≤4000，垂直母排（MCC）≤1000母排額定短時耐受電流(kA/1s)：50，80母排額定峰值耐受電流(kA/1s)：105，176母排：三相四線制

A.B.C.PEN，三相五線制

A.B.C.PE.N防護等級

：IP30，IP40

GCSGCS主要結構特點：

框架采用8MF型材，安裝模數為20mm的Φ9.2mm的安裝孔柜體高度2200mm，寬度400mm/600mm/800mm/1000mm，深度600mm/800mm/1000mm開關柜的各功能室相互隔離GCS系列柜為不靠墻安裝，正面操作，雙面維修的低壓配電柜水平母排采用柜后平置式排列方式（規(guī)格見表1），垂直母排為50×30×5L型母排，PEN或PE+N均為40×5；單元抽屜分為1/2單元、1單元、11/2單元、2單元、21/2單元、3單元六種規(guī)格，單元回路額定電流最大400A，1/2單元最大額定電流63A，1單元、11/2單元最大額定電流225A每個抽屜柜最多可以安裝22個1/2單元抽屜回路，抽屜面板有合、斷、試驗、抽出等位置的明顯標志，抽屜設有機械聯(lián)鎖裝置，可以混裝抽屜的二次線采用專用的接插件連接，輔助接點對數一單元及以上的為32對，1/2單元的為20對電纜隔室有240mm和440mm兩種規(guī)格600寬的抽屜柜的柜深必須為1000，且水平母排額定電流最大3150A，標準的抽屜柜柜寬是800mm/1000mm；表1GCSMNSMNSM標準模件式

N低壓

S開關配電設備MNS型低壓抽出式成套開關設備，參考國外MNS系列低壓開關柜設計并加以改進開發(fā)的高級型低壓開關柜，適應各種供電、配電的需要，能廣泛用于發(fā)電廠、變電站、工礦企業(yè)、大樓賓館、市政建設等各種低壓配電系統(tǒng)。主要技術參數：主電路額定電壓(V)：交流660輔助電路額定電壓(V)：AC220/380，DC220額定頻率(Hz)：

50(60)額定電流

(A)：水平母排≤4000，垂直母排(MCC)≤1000母排額定短時耐受電流(kA/1s)：50，80母排額定峰值耐受電流(kA/1s)：105，176母排：三相四線制

A.B.C.PEN，三相五線制

A.B.C.PE.N防護等級

：IP30，IP40，IP54

MNS主要結構特點：

骨架由C型材組裝而成，模數25mm，主要通過自攻鎖緊螺釘或8.8級六角螺栓堅固連接成基本柜架抽屜柜分隔為三個室，即母排室（在柜后部），抽屜小室（在柜前部），電纜室（在柜下部或柜前右邊），室與室之間相互隔開抽屜有連接、試驗、分離三個明顯的位置，安全可靠通用化、標準化程度高，裝配方便設備保護連續(xù)性和可靠性好抽屜單元有8E/4、8E/2、8E、16E、24E五種規(guī)格饋電回路：額定電流在32A及可以選擇8E/4抽屜，63A及以下可以選擇8E/2抽屜，250A以下可以選擇8E抽屜，400A以下可以選擇16E抽屜，630A以下可以選擇24E抽屜直接啟動：11KW及以下可以選用8E/4抽屜，22KW及以下可以選用8E/2抽屜,75KW及以下可以選用8E抽屜,132KW及以下可以選用16E抽屜,200KW及以下可以選用24E抽屜星-三角啟動回路:55KW及以下可以選用8E抽屜,90KW及以下可以選用16E抽屜,110KW及以下可以選用24E抽屜柜體尺寸(mm)：●

高度：2200；●

寬度：600、800、900、10