关于对低压配电柜的研究

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  1 交流接触器的发展   1.1 大容量   近年来,我国相继出现了一批大型现代化企业,这些企业的特点是引进国外先进设备多,自动化水平较高,大多数实施连续性生产,对供电质量要求较高。与此同时,在城市规模宏大的低压配电柜楼宇中,消防系统高层建筑容量也在不断增加,变压器单机容量达到2000KVA甚至更大,这就要求低压配电柜的容量向大型化方向发展。   1.2 高分断   低压配电柜的分断能力是以主母线的分断能力作为衡盘装置的分断水平。近年来,随着变压器单机容量的不断增大,装置的分断水平将达到IOOKA甚至更大。

  1 交流接触器的发展
  1.1 大容量
  近年来,我国相继出现了一批大型现代化企业,这些企业的特点是引进国外先进设备多,自动化水平较高,大多数实施连续性生产,对供电质量要求较高。与此同时,在城市规模宏大的低压配电柜楼宇中,消防系统高层建筑容量也在不断增加,变压器单机容量达到2000KVA甚至更大,这就要求低压配电柜的容量向大型化方向发展。
  1.2 高分断
  低压配电柜的分断能力是以主母线的分断能力作为衡盘装置的分断水平。近年来,随着变压器单机容量的不断增大,装置的分断水平将达到IOOKA甚至更大。
  1.3 低压配电
  为更合理的利用与节约电能,减少人工检测的误差,低压配电柜正逐步采用电源管理系统软件,由监控器或计算机对其实行集中监控,采集数据(电流、电压、功率因数等)、波型分析、通讯对话,保证系统始终处于最佳运行状态。
  1.4 小型化
  由于变压器中公用面积极其有限,这就要求抽屉柜面积减少到最小,而供电容量却很大。为此,现代低压配电柜均采用绝缘母线和塑料夹紧件,以减少绝缘距离,有利于其外型尺寸的减小。
  1.5 防护等级的提高
  低压配电柜的应用范围在不断扩大,防护等级也越来越高,例如防尘、防潮、防腐等。因此,要求装置的防护等级不断完善,所以变电所、密封柜日趋增多。为了利用固定柜和抽屉柜的突出优点,井防止装置内元件等故障的蔓延乃至殃及其它元件的正常工作,组合分隔单元柜得到很大的发展。防护等级将达到IP54或更高。
  1.6 耐热性
  在特殊情况下,要求在于250℃的环境温度条件下,低压配电柜仍能坚持供电2一40min.例如高层建筑的智能化,在火灾情倪下就要求具有这种耐热特点。
  1.7 安全性
  为了维护人身与设备的安全,现代低压配电柜要求:接线采用隐蔽式接线方式.柜内开关与柜门之间设置接触器联锁。
  1.8 可靠性
  为了保证供电的连续性,企业特别是高层建筑,一般都设置市电与自备电,这就要求进
  线柜的开关必须有机械联锁。
  2 对低压电器主要元件的要求
  上述现代低压配电柜的发展,必然对低压电器主要元件提出新的要求。
  2.1 基本要求
  2.1.1 使用的环境温度上限提供。
  2.1.2 外型尺寸小型化。
  2.1.3 安装尺寸模数化,安装方式多元化。
  2.1.4 功能模块化,组装积木化,以利于功能增减和缩短维修时间。
  2.2 对断路器的要求
  2.2.1 高分断能力,分断能力达到60一IOOKA。
  2.2.2 能左右90o安装,进出线方向互换。
  2.2.3 具有三段保护和接地保护,不平衡负载显示。
  2.2.4 事故的分辨率细,要求有预等、报警功能。
  2.2.5 要求有记忆功能,能自动记录操作
  2.3 对高层的要求
  2.3.1 提高耐高温的能力,在+55℃一+600℃的环境温度下,电气应有可靠的动作特性。
  2.3.2 研制接口接触器,满足带微机的低压配电柜的需要。
  2.3.3 具有多种功能模块:附加辅助触头模块、延时模块、机械联锁模块、线圈抑制过电压模块、线圈交直流两用模块,带电体的外露部分有绝缘护套。模块能适应各种电流规格的需要,能采用积木式安装,又不改变接触器本体的机械与安装尺寸。
  2.3.4耐受过载电流的能力和分断能力要提高,例如井下、炼钢与轧钢等作业,因为熔断器或断路器的分断总有一个过程,比如0.15,在此时间内不仅要求接触器有足够的动热稳定性,而且还要求接触器能分断一定倍数的故障电流,例如达到30倍左右。
  2.4 对热继电器的要求
  2.4.1 具有三相平衡,不平衡过载及不断相保护功能。
  2.4.2 有手动、自动复位功能和脱扣显示功能。
  2.4.3 限制自身热耗,以利降低低压配电柜的温升;
  2.4.4 扩大温度补偿范围。温度补偿范围至少要达到一20℃一+550℃,最好为+600℃;
  2.4.5控制触头应为结构上可分开的一常开一常闭。
  2.5 对小型断路器要求
  2.5.1 额定电流达到IOOA,单极分断能力达到10KA(有效值),以适应用户用电量增加的需要。
  2.5.2 具有多种功能模块。如漏电模块、分励模块、报警模块、辅助开关模块和欠压模块。系列化和通用化要强,能采取积木式方法安装。
  3 对策
  随着改革开放的深入,一批具有当代世界领先水平的电器元件已在中国销售和制造。它们都是低压配电柜中的抽屉柜与组合分隔单元柜理想的元件。但从多数产品来说,仍需相应措施才能满足低压配电柜发展的要求,以下讨论的正是针对现有产品的改进和新产品开发提出的,以适应成套促元件、元件保成套,低压配电柜发展的要求。
  3.1 尺寸小型化
  在保证安全可靠的前提下,尺寸小型化从以下两方面去考虑:
  3.1.1 元件尺寸本身的小型化除了考虑材料的介电性能外,要考虑电压参数的问题:
  3.1.1.1 额定工作电压
  按IEC947一1“低压可关设备及控制设备第一部分总则”的规定,元件的额定工作电压要满足要求,否则就限制了元件的使用范围。
  3.1.1.2 额定绝缘电压
  低压配电柜系统的绝缘水平由系统的瞬时过电压决定。瞬时过电压是频谱丰富的非正弦波,有基波分量及高次谐波分量,因此相应有表征这两种分量的绝缘电压:工频耐压及额定冲击耐压。低压配电柜的绝缘配合是建立在瞬时过电压被限制在规定的冲击耐受电压优先系数的基础上的,因此,元件用干低压配电柜系统的条件为:a.电器的额定绝缘电压应高干或等于电源系统的额定电压;b.电器的额定冲击耐受电压应等于或高于电源系统的额定冲击耐受电压.c.电器产生的瞬时过电压应低于或等于电源系统的额定冲击耐受电压。根据以上所述来确定电器的电气间隙和配电距离,并留有适当的安全性,例如限流式电器,其限流系数越高,瞬时过电压水平也越高。
  3.1.1.3 安全距离
  电器在分断时的飞弧距离越小越有利于尺寸的小型化。框架断路器不但外型尺寸小,而且飞弧距离越小。大型断路器还要在对地的金属件上设置绝缘障(安全板),减少宏观尺寸。
  对于交流接触器理论和实践都证明,栅片灭弧比纵缝灭弧小,因为在电弧回路中串入了栅片电阻,起到了限流作用,同时栅片磁场对外逸电弧有约束作用,减小了飞弧距离。
  3.2降低电器元件的热耗
  按IEC439的规定,低压配电柜要进行发热计算,因此要求电器零件提供自身热耗的数据。对框架断路器、塑壳断路器和交流接触器要限制自身热耗,必须控制每极回路的电阻值,并且要作为一个指标来考核。对交流接触器尤其是大容量交流接触器最好采用直流控制,以减少铁耗,降低热耗。
  3.3 选用系数
  电器元件要根据环境温度、负载级别、工作制等使用条件,提出相应的选用系数。
  3.4 功能棋块与安装的设计
  低压电器功能的扩展主要在于功能模块化,即设计各种功能模块,模块通用性强,并且采用积木式安装到本体上去,尽量不用或少用紧固件,主张采用机械接口、装拆方便,又不改变本体的安装尺寸。安装尺寸要模数化、标淮化、多样化。
  4 结束语
  随着经济的发展,技术的进步,安全可靠的需要,作为分配与控制电能使用的低压配电柜,无论从功能到结构上都在不断发展。结构上,由于以往的条架式、面板式不能限制故障的蔓延,越来越不适应安全供电的需要,所以正被抽屉柜、密封柜和组合分隔单元柜取代。由于柜体结构的变化,柜内温度的增高,柜内母线走向的要求等,都对组装在柜内的低压电器主要元件,例如断路器、交流接触器、热继电器都提出了若干新的要求。
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