抽屉式低压开关柜的设计与研究

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来源：《硅谷》2009年第23期

        [摘要]首先分析我国电力开关柜的基本行情,随后,结合实践项目,介绍抽屉式低压开关柜的设计与研究,主要包括开关柜的方案设计、主要技术指标和主要功能等,仅供相关技术人员参考。

        [关键词]开关柜设计智能断路器额定电压

        中图分类号:TN7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210024-01

        一、前言

        随着电力电子技术和微电子技术的发展与应用,国外各大公司在低压供电系统集中监控的基础上,开展智能化的低压成套开关设备的研究,并在20世纪90年代后期智能断路器、智能型开关柜及其它智能元器件已经形成商品化进入市场,并逐渐推广应用,而我国虽已完全掌握了微处理器电控产品上的应用技术也已有一些带接口全数字产品问世,但反映国际水平的智能型低压配电装置和智能控制器还处于空白。本文简要地介绍该开关柜的设计方案、主要技术指标和功能等。

        二、开关柜的设计方案

        课题组根据掌握的资料,对比分析了国外已有的智能化低压开关柜的优缺点,本着实用的原则,决定采用:主开关选择国内知名企业——常熟开关厂的CW1型抽屉式智能型万能式断路器,并采用相应的智能控制器ST48-H型智能控制器。

        CW1系列智能型万能式断路器用于控制和保护低压配电网络。目前市场上主要有CW1-2000、CW1-3200、CW1-4000、CW1-5000几种。

        一般安装在低压配电柜中做主开关起总保护作用。交流额定电流630A～5000A,短路分段能力80KA～20KA,额定工作电压AC690V及以下,具有3级和4级,抽屉式和固定式,可倒进线安装,多种智能控制器,提供不同功能,具有隔离功能等等。

        (一)整机原理方案。本设计采用采用抽屉式结构、智能化元件的方案。主开机采用CW1-5000型断路器的额定电流为4000A～5000A,极数为3级,使用类别为B类,最大闭合时间为70MS。所用ST48H型智能控制器除具有热记忆、短延时、负载监控保护、MCR接通分断和模拟脱扣保护、单相接地保护、漏电保护、断路器触头磨损定量测量等保护功能外,还具有电流表、电压表、功率表、功率因数表、故障检查、自诊断等多种辅助功能,同时具有通讯接口,可实现远距离的“四遥”功能。

        图1整机原理方案

        (二)环境温湿度监控方案。各类标准中规定低压电器产品都有一定的运行环境。如污染等级、海拔高度、周围空气温度和湿度等。污染等级可通过柜体来保证,而海拔高度不超过2000m都应正常运行。周围空气温度一般要求-5℃(有的-10℃)～35℃(有的60℃),空气湿度一般要求不大于95%RH。为保证温度和湿度要求,在开关柜上配备了自行研制的HTC-1型温湿度控制器,可在设备需要的温湿度范围内任意设定温湿度值,并具有温湿度等参数的数码显示、远距离通讯以及负载回路故障在线监测报警等多种功能。

        (三)柜体结构设计方案。开关柜由母线室、功能单元室、电缆室和底座四部分组成。柜体由模数化尺寸的型材用角部件连接而成,可在长、宽、高三维方向均以相同模数任意扩展。并且结构件上按基本模数的倍率布设丝孔,实现结构件之间和柜体之间的无螺母连接,母线连接采用无孔压接方式。另外,当任何一个抽屉单元被抽出时,其它抽屉单元及总线通信系统将不受干扰地继续工作,避免不必要的停机。

        三、主要技术指标和主要功能

        (一)主要技术指标。1.额定电压:AC380V 50Hz。2.额定绝缘电压:1000V。3.额定工作电流:4000-5000A。4.母线短时耐受电流1s:AC400V时为 80kA;AC600V时为 65kA。

        (二)主要功能。1.具有多种智能保护功能:长延时、短延时、瞬时过流保护,单相接地保护、负载监控保护、MCR接通分断和模拟脱扣保护、漏电保护等。2.测量显示功能:可对相电流、相电压、线电压、频率、功率、功率因数、环境温度、湿度参数等进行测量并在本开关柜上显示,也可通过标准的RS485接口将数据传输到控制室显示。3.自我监控功能:对设备及操作的运行监视,对环境温度、湿度的自我监控,对触头磨损的指示,对保护装置的自检等功能,保证了供电的可靠性。4.通信功能:通过标准的RS485接口与控制室的计算机连接,可在控制室对开关柜进行遥控(如合闸、分闸等)、遥调(如调整有关保护参数)、遥测和遥信。

        四、试制情况及结果

        该产品经检测,各项技术性能指标均满足设计和工艺要求,样机经国家电控配电设备质量监督检验中心进行型式试验,试验项目(含温升试验、介电强度试验、保护电路连续性试验、功能单元互换性试验、功能单元机械操作试验、防护等级试验、短路耐受强度试验等12项)均符合有关要求,试验结果合格;而其7项短路强度试验经广州市电器研究所检验也符合有关标准要求,试验合格。一年多的现场运行情况表明:该开关柜功能完善,性能稳定可靠,安装灵活,维护方便。该产品已通过广东省科学技术厅的鉴定。

        五、结束语

        综上所述,该产品柜体结构件全部实行模数化尺寸的型材,并且在结构件上按基本模数的倍率布设丝扎,实现了结构件之间和柜体之间的无螺母连接,使柜体组装灵活方便。母线排使用非标尺寸(也执行本柜体的模数尺寸),并采用无孔压接方式,既连接灵活,又搭接可靠。同规格的抽屉单元之间互换性强。主开关采用CW1型抽屉式智能型万能式断路器,并配用自己研制的HTC-1型温湿度控制器,使设备除具有过载、欠压、短路、漏电、防误等多功能保护特性外,还具有电流表、电压表、功率表、功率因数表、环境温湿度监控、故障检查、自诊断等多种功能,同时可通过标准的RS485接口实现数据传送和监控管理系统的“四遥”功能,便于控制室的计算机进行集中监控,从而避免不必要的停电及其它事故的发生,提高了供电的可靠性和安全性。

        参考文献:

        [1]项雅丽,低压成套开关设备的现状及发展趋势,第十一届高低压电器及其成套设备制造业、新工艺设备技术交流交易会会议资料之一,2001.05.

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        [3]刘国林,低压智能型开关柜国内外状况[J].江苏电器,2006.01.

        [4]周丰群、何超、张义民,微电脑数显温湿度控制器的研制[J].吉林师范大学学报,2006.02.