开关柜机械设计基础

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-voltageswitchgearandcontrolgearassemblies》Part1：Type-testedandpartiallytype-testedassemblies公司现有CCC认证及型式试验产品清单序号产品名称产品规格型号证书状态1低压成套开关设备MNS主母线：In=5000A～2500A，Icw=80kA;配电母线：In=1250A,Icw=65kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效2低压成套开关设备GGD主母线：In=3150A～1000A，Icw=50kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP30有效3低压成套开关设备GCK主母线：In=4000A～1000A，Icw=50kA;配电母线：In=1000A,Icw=30kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效4低压成套开关设备XL-21主母线：In=630A～100A，Icw=10kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz;IP30有效5配电箱（配电板）PZIn=250A～10A，Icw=6kA;Ue=380V/220V,Ui=500V;50Hz;IP30有效6低压成套开关设备BLOKSET主母线：In=3200A～2500A，Icw=65kA;配电母线：In=1000A,Icw=65kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP40有效7低压成套开关设备GCS主母线：In=2500A～1000A，Icw=50kA;配电母线：In=1000A～400A,Icw=30kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz;IP30有效8低压成套开关设备GGD主母线：In=1600A～630A，Icw=30kA；Ue=400V，Ui=690V；50Hz，IP30完成型式试验9低压成套无功功率补偿装置GGJIn=620A～87A，Icw=15kA；Ue=400V，Ui=690V；420kvar～60kvar，单相、三相结合补偿；50Hz；IP30；户内型；控制投切电容器的元件类型：机电开关完成型式试验10高压成套开关设备KYN28-12/1250-31.5型取得型式试验报告11高压成套开关设备KYN61-40.5/1250-31.5型取得型式试验报告12高压成套开关设备MVex-12(Z)/T1250-31.5取得型式试验报告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○额定短时耐受电流Icw○接地系统柜体连接形式○焊接式：RITTALTS/PS○紧固件连接式：KB/8PT/FA28(38)○混合连接式：GGD/Blokset骨架PS：800×2200×1000(W×H×D)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：800×2200×1000(W×H×D)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：800×2200×1000(W×H×D)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)●8PTGGD：800×2200×1000(W×H×D)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形式1形式3b形式2b形式4b形式4a形式2a形式3a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TtaISCWmin22min2aStITCWKsKKTstaAImmSCW21541805.8132min持续时间取，对于，对于裸导体一般取温升，额定短路持续时间，，铝材质系数，铜额定短时耐受电流，母线最小截面，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2231.7610chLiydW231.7610chdWyLi223700chyLdWikA母排允许最大应力,铜母排为1400kg/cm,铝母排为kg/cm；母排支撑距离,cm；相间距,cm；截面系数,cm；额定峰值耐受电流，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污染等级槽宽X10.252131.542.5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=2.5b~5b立弯设计推荐折弯半径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：◎C≥5d◎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，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BloksetSIVCON8PTMNS2.0中端开关柜中低端开关柜PGLGGDGCKGCSMNSGGDGGD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50Hz，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，IP40GGD主要结构特点：8MF型材，模数孔为20mm，Φ9.2mm，混合连接式结构柜顶放置水平母排柜体前下方、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：2200W：600/800/1000/1200D：600/800ZMJ母排框PMJ母排框DM母排框GGDGGDGGDGCKGCK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、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：2200W：600/800/1000D：800/1000GCKGCSGCS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(H