开关柜机械设计基础课件

1、 开关柜机械设计基础产品部结构室 2012.04 开关柜机械设计基础产品部结构室 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 中低端基本概念开关柜机械设计主要组成部分常见低压开关柜开关柜定义： 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。

2、 定义开关柜定义：低压成套开关设备和控制设备的定义： 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。 定义开关柜范围： 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：按功能分：分类按结构分：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-voltage switchgear and controlgear assemblies Part 1：Type-tested and partially type-test

3、ed assembliesGB7251.1-2005标准IEC60439-1-2004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=5000A2500A，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=3150A1000A，Icw=50kA;Ue=400V,Ui=690V;50Hz;IP30有效3低压成套开关设备GCK主母线：In=4000A1000A，Icw=50kA;配电母线：In=1000A,Icw=30kA;Ue=

4、400V,Ui=690V; 50Hz;IP40有效4低压成套开关设备XL-21 主母线：In=630A100A，Icw=10kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz;IP30有效5配电箱（配电板）PZ In=250A10A，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=3200A2500A，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=2500A1000A，Icw=50kA;配电母线：In=10

5、00A400A,Icw=30kA;Ue=380V,Ui=660V;50Hz; IP30有效8低压成套开关设备GGD 主母线：In=1600A630A，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GGJ In=620A87A，Icw=15kA；Ue=400V，Ui=690V；420kvar60kvar，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

6、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

7、依据。设计准则开关柜机械结构设计总则：主要组成部分柜体功能单元母排主要组成部分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接地系统柜体柜体连接形式焊接式：RITTAL TS/PS紧固件连接式：KB/8PT/ FA28(38)混合连接式：GGD/Blokset骨架连接形式骨架 PS：80022001000(WHD)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 ：80022001000(WHD)

8、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 ：80022001000(WHD)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螺栓联接骨架G型材C型材C型材KB柜三种母排方案骨架骨架骨架 FA28(38) 8PT骨架 FA28(38) 8PT GGD ：80022001000(WHD)骨架G型材KS(8MF)型材M8滚花螺丝骨架G型材KS(8MF)型材M8滚花螺丝骨架Blokset骨架Blokset接地系统TN-C-STN-CTN-SITTT接地系统TN-C-STN-CTN-SITTT

9、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分隔型式形式 1形式 3b形式 2b形式 4b形式 4a形式参考标准：外壳防护等级GB4208-2008/IEC60529:2001防护等级防护等级参考标准：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防护等级

10、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防护等级对于户内使用的成套设备，一般没有防水要求柜体颜色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 四个位置功能单元定义：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母排动稳定-支撑间距热稳定-截面选择绝缘-电气间隙模型设计定定义

11、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；定义与分类热稳定-截面选择热稳定热稳定-截面选择热稳定-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

12、系数 热稳定-截面选择动稳定-支撑间距动稳定动稳定-支撑间距动稳定-支撑间距母排截面系数动稳定-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空气中最小电气间隙绝缘-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绝缘-电气间隙与爬电距离污染等级说明： 绝缘-电气间隙与爬电距离爬电距离 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-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

13、爬电距离绝缘-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)绝缘-电气间隙与爬电距离污染等级槽宽X10.252131.5三种母排设计方案 方案A方案B方案C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= 2.5b5b立弯设计推荐折弯半径 R = 1.5a最小折弯半径 R = a模型设计平弯设计推荐折弯半径 r = 1.5b扭弯设计L= 模型设计搭接设计-传统 母排搭接要求表模型设计母排搭接要求表模型设计

14、搭接设计-传统 模型设计模型设计搭接设计-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： C5d适配相应螺栓及数量模型设计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：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

15、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。补充说明与案例补充说明与案例铜铝复合排 补充说明与案例补充说明与案例软连接 补充说明与案例补充说明与案例水冷母排设计 补充说明与案例高端开关柜高端开关柜高端开关柜BloksetSIVCON 8PTMNS2.0中端开关柜高端开关柜BloksetSIVCON 8PTMNS2.0中端中低端开关柜PGLGGDGCKGCSMNS中低端开关柜PGLGGD GGD型交流低压配电柜是根据能源部，广大

16、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。GGD GGD型交流低压配电柜是根据能源部，广大电力主要技术参数：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) ， 6

17、3(GGD2) ，105(GGD3) 防护等级 ：IP30，IP40GGD主要技术参数：GGD主要结构特点：8MF型材，模数孔为20mm，9.2mm，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GGD主要结构特点：ZMJ母排框PMJ母排框DM母排框GGDGGDGGDGGDGGDGCK GCK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

18、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 GCK低压抽出式开关柜是90年代由天津电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，IP40GCK主要技术参数：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

19、，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： 800/1000GCK主要结构特点：GCKGCS GCS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。GCS GCS型低压抽出式开关柜是电力工业部、机主要技术参数：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1

20、10、220额定频率(Hz)： 50(60) 额定电流 (A) ：水平母排 4000，垂直母排（MCC） 1000母排额定短时耐受电流(kA/1s) ：50，80母排额定峰值耐受电流(kA/1s) ：105，176母排 ：三相四线制 A.B.C.PEN，三相五线制 A.B.C.PE.N防护等级 ：IP30，IP40GCS主要技术参数：GCSGCS主要结构特点：框架采用8MF型材，安装模数为20mm的9.2mm的安装孔柜体高度2200mm，宽度400mm/600mm/800mm/1000mm，深度600mm/800mm/1000mm开关柜的各功能室相互隔离GCS系列柜为不靠墙安装，正面操作，双面

21、维修的低压配电柜水平母排采用柜后平置式排列方式（规格见表1），垂直母排为50305L型母排，PEN或PE+N均为405；单元抽屉分为1/2单元、1单元、1 1/2单元、2单元、 2 1/2单元、 3单元六种规格，单元回路额定电流最大400A， 1/2单元最大额定电流63A， 1单元、1 1/2单元最大额定电流225A每个抽屉柜最多可以安装22个1/2单元抽屉回路，抽屉面板有合、断、试验、抽出等位置的明显标志，抽屉设有机械联锁装置，可以混装抽屉的二次线采用专用的接插件连接，辅助接点对数一单元及以上的为32对，1/2单元的为20对电缆隔室有240mm和440mm两种规格600宽的抽屉柜的柜深必须为

22、1000，且水平母排额定电流最大3150A，标准的抽屉柜柜宽是800mm/1000mm；表1GCS主要结构特点：表1GCSGCSMNSMNS M标准模件式 N低压 S开关配电设备 MNS型低压抽出式成套开关设备，参考国外MNS系列低压开关柜设计并加以改进开发的高级型低压开关柜，适应各种供电、配电的需要，能广泛用于发电厂、变电站、工矿企业、大楼宾馆、市政建设等各种低压配电系统。MNSMNS主要技术参数：主电路额定电压(V) ：交流660辅助电路额定电压(V) ：AC220/380，DC220额定频率(Hz)： 50(60) 额定电流 (A) ：水平母排 4000，垂直母排(MCC) 1000母排

23、额定短时耐受电流(kA/1s) ：50，80母排额定峰值耐受电流(kA/1s) ：105，176母排 ：三相四线制 A.B.C.PEN，三相五线制 A.B.C.PE.N防护等级 ：IP30，IP40，IP54MNS主要技术参数：MNS主要结构特点：骨架由C型材组装而成，模数25mm，主要通过自攻锁紧螺钉或8.8级六角螺栓坚固连接成基本柜架抽屉柜分隔为三个室，即母排室（在柜后部），抽屉小室（在柜前部），电缆室（在柜下部或柜前右边），室与室之间相互隔开抽屉有连接、试验、分离三个明显的位置，安全可靠通用化、标准化程度高，装配方便设备保护连续性和可靠性好抽屉单元有8E/4、 8E/2、 8E、 16E

24、、 24E五种规格馈电回路：额定电流在32A及可以选择8E/4抽屉，63A及以下可以选择8E/2抽屉，250A以下可以选择8E抽屉，400A以下可以选择16E抽屉，630A以下可以选择24E抽屉直接启动：11KW及以下可以选用8E/4抽屉，22KW及以下可以选用8E/2抽屉, 75KW及以下可以选用8E抽屉, 132KW及以下可以选用16E抽屉, 200KW及以下可以选用24E抽屉星-三角启动回路: 55KW及以下可以选用8E抽屉, 90KW及以下可以选用16E抽屉, 110KW及以下可以选用24E抽屉柜体尺寸(mm)： 高度：2200； 宽度：600、800、900、1000、1200； 深