1、h ttp: /www. jzdq. net. cn Design and Application of Low 鄄 voltage Standard Distribution Panel SUN Wenhua （ China Automotive Industry Engineering Corporation ， Tianjin 300113 ， China ） 孙文华 （中国汽车工业工程有限公司 ， 天津市 300113 ） 低压标准配电柜设计及应用 Abstract ： This paper introduces the design concept of low 鄄 voltage
2、standard distribution panel for medium and large projects ， suggests that the panel can not only achieve simple design and easy maintenance ， but also speed up purchase and engineering implementation ， and lists the actual design cases of the panel. Key words ： low 鄄 voltage standard distribution pa
3、nel ； low 鄄 voltage main distribution panel ； low 鄄 voltage sub distribution panel ； rated diversity factor ； peak withstand current ； short 鄄 time withstand current ； fuse 鄄 combination unit ； coordination of over 鄄 current protective devices 摘 要 ： 针对中大型项目 ， 提出低压标准配电 柜的设计理念 ； 指出低压标准配电柜不仅可简化设 计 、 方便
4、维护 ， 还能加快采购及工程实施进度 ； 介 绍低压标准配电柜实际设计案例 。 关键词 ： 低压标准配电柜 ； 低压标准主配电柜 ； 低压标准分配电柜 ； 额定分散系数 ； 峰值耐受电流 ； 短时耐受电流 ； 熔断器组合电器 ;过电流保护电器的 配合 中图分类号 ： TU852 文献标识码 ： A doi ： 10. 3969 / j. issn. 1003 - 8493. 2016. 04. 005 低压成套开关设备和控制设备是由一个或多个 低压开关器件和与之相关的控制 、 测量 、 信号 、 保 护 、 调节等设备 ， 以及所有内部的电气及机械的连 接及结构部件构成的组合体 1 ， 人们根
5、据其外形 、 结 构的不同 ， 常称为低压配电柜 /盘 /屏 /箱等 ， 其内 部所有的电气和机械的连接由制造商负责完成 。 低压 配电柜是低压配电系统实现配电功能的主要电气设 备 ， 广泛应用于发电厂 、 变电站 、 工矿企业及各类电 力用户的低压配电系统中 ， 用作电能的分配 、 控制 、 保护和监测 。 本文所说的低压配电柜 ， 也包括配电 板 。 配电板是一种带有开关或保护器件 （ 例如熔断器 或小型断路器 ）， 并带有一条或多条进出线电路 ， 以 及用来连接中性导体和保护电路导体端子的成套设 备 。 它可以带有信号和其他控制器件 2 ， 配电板常称 配电箱 。 由于使用场所和业主要求
6、的千差万别 ， 使得低压 配电柜的设计较为复杂 ， 不仅难以具有通用性 ， 而且 需要较长的设计周期 。 在传统的低压配电设计过程 中 ， 只有所有外部供电资料 、 负荷资料 、 配电方案 、 业主要求等确定后 ， 才可能完成低压配电柜的设计 ， 而且随着设计的深入 ， 业主 、 工艺及其他相关专业会 不断地修改对电气专业的设计输入资料 ， 这也使得低 压配电柜的接线图在设计完成前很难确定 ， 上述情况 对工程建设的进度控制带来重大挑战 ， 特别是中大型 工程 。 事实上即使设计完成了 ， 在实施和运行过程中 电气专业的设计输入仍然会不停变化 ， 因此设计低压 配电柜是业主 、 设计 、 施工
7、 、 运行 、 维护各方都非常 关注的一个重点 。 笔者在 2010 年的设计实践中 ， 首次看到德国在 设计低压配电柜时 ， 根据工程配电系统形式 、 负荷容 量及分 布 特点 ， 对配电柜 规格 进行了 标准 化 ， 不仅大 大 提 前了 采购招标流 程 ， 加快 了工程实施进度 ， 还简 化了设计 ， 方 便 了维护 ， 且备 品 备件 简单 。 为 便 于 描 作者信息 孙 文 华 ， 男 ， 中国 汽车 工业工程有 限公司 ， 教授级高级 工程 师 ， 技术 部 副 部长 。 低压标准配电柜设计及应用 （ 孙文华 ） 229 25A pr. 2016 Vol. 35 No. 4 ht
8、tp: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY 2 01 6 年第 期4 述 ， 笔者把上述根据项目特点标准化了的低压配电柜 称为 “低压标准配电柜 ”。 由于低压标准配电柜具有上述优势 ， 目前我公司 也在其他设计项目进行推广采用 。 下面笔者把自身所 理解的低压标准配电柜设计理念 、 案例作一些介绍 ， 供大家借鉴和参考 。 1 低压标准配电柜的设计理念 设计低压开关柜时 ， 必须依据使用的环境条件 、 开关设备的工作任务及系统可靠性和可用性等方面的 要求进行 。 根据使用的场所及要求的不同 ， 笔者把低 压配电柜分为以下两种 ： 低压主配电
9、柜 （ Low 鄄 voltage Main Distribution Panel ） 和低压分配电柜 （ Low 鄄 voltage Sub Distribution Panel ）。 对于变电所或动力中心 ， 由于要求较高供电可靠 性 、 电器元件能快速更换 、 尽可能减少停电时间等原 因 ， 开关柜大多采用可移式部件 ， 常设置母线室 、 元 件室 、 出线电缆室 、 辅件室等不同功能的隔室 ， 以提 高供电的可靠性和灵活性 。 采用可移式部件的柜体一 般可自由安装不同型式的功能部件 ， 如插入式部件和 抽出式部件 ， 此类结构的优点是一个出线回路发生故 障后 ， 能限制配电柜中内燃弧引
10、起的不良影响 ， 不影 响相邻的功能单元 ， 保证供电的可靠性和连续性 。 为 便于称呼 ， 本文把变电所或动力中心等重要场所的配 电柜称为低压主配电柜 。 配电柜中的可移式部件不仅 适用于断路器保护系统 ， 也适用于熔断器保护系统 。 由于熔断器保护系统具有高分断能力 、 优异的选择 性 、 廉价 、 高限流特性等一些优点 ， 在欧洲低压配电 系统中得到了广泛应用 ， 而国内由于忽视低压配电系 统的选择性 、 可靠性 ， 并在熔断器认识上存在着较大 偏差 ， 使得国内低压配电系统多使用断路器保护系 统 。 另外 ， 低压主配电柜根据所接负荷的不同 ， 常分 为 PCC （ Power Con
11、trol Center ） 柜和 MCC （ Motor Control Center ） 柜 。 对于一般场所 ， 开关柜常选用固定式部件的安装 柜型 ， 可提高元器件的安装密度 。 保护元件国外常选 用性价比优异 、 安装密度高的条式熔断器等熔断器 组 合 电器 ， 国内一般使用断路器 。 为便于称呼 ， 本文把 一般场所的配电柜称为低压分配电柜 。 设计选用低压开关柜时考 虑 的主要 技术 因 素包 括 ： 开关柜 防 护等 级 、 温升 、 功 耗 和 通风散热 等 要求 ； 母线 额 定电流及 短 路 耐受 能力 ； 确 保 人 身安 全 （ 通过 燃弧 试验 和型式 试验 )； 按
12、需 求采用 固定式 、 插入式 、 抽出式等结构 ， 满足 系统灵活性和 可靠性的要求 ； 标准化 模块 化设计 ， 确 保可 扩展 性 ； 模块 化标准化的电器元件 ， 减少备件 ， 快速 更换 ； 合 理设置计 量 、 通信 及 智 能 控 制等功能 ， 为 智 能配电及电能 管 理提供 技术支撑 等 。 对于 按施 工 图 设计标准 完成 的低压配电柜 ， 其系 统 图 不仅有配电柜的 规格 型 号 、 柜内 各 元器件型 号 、 规格 、 整 定 值 等参 数 ， 还明确 了配出回路 编号 、 进出 线 规格 、 编号 、 负荷 名 称等 数 据 ， 制 造厂 根据 图纸 要 求 即
13、可进行制 造 。 但 对于低压标准配电柜 ， 由于其电 流 额 定 数 据 、 额 定分 散 系 数 、 防 护等 级 、 外部接线 端 子 、 冷却 系统等 数 据是统一设计的 ， 但实际 配电系统 、 所接的负荷大 小 、 电缆 规格却 是变化的 ， 这就 使得低 压标准配电柜 还 必须得适应 各 种可能的变化 情况 。 对于常用的低压主配电柜 ， 一般采用 模块 化的插 入式和抽出式部件 。 相同 壳架 等 级 （ 断路器 ） 或 尺码 （ 熔断器 ） 的部件 ， 对于同一个供应 商 的 产品 ， 其外 形尺寸 （ 模数 ） 是相同的 ， 便于 组 件的 维 护 、 更换 。 设计 师
14、可根据 实际 负荷的大 小 、 数量 ， 把 每 一个低压 柜的进出线回路进行 组合 ， 形成 低压配电系统 图 （ 一 次 线路 图 ）。 一般场所的固定式 箱 型配电柜 ， 各 制 造商 也 给 出了一系 列 标准方案 ， 但 在 实际 设计中 ， 设计 人往 往 是根据配电柜 实际 所接负荷对制 造厂 的标准方案 进行 修正 ， 使得 实际 上大多 数 配电柜的一 次 接线大 都 不相同 。 按照 上述原 则 进行的设计 虽然节省投资 ， 但 设 计 、 制 造周期长 ， 要求 维 护 人员熟悉 所有不同的配电 柜 ， 备 品 、 备件 复杂 。 在设计 没 有 完成 前 ， 制 造厂无
15、 法 进行制 造 。 在目前的 社会 发 展阶段 ， 时间 意味 着 成 本 ， 也 意味 着 效益 和 机遇 ， 特 别 是对于中 、 大型 建 设 工 程 。 低压标准配电柜所 节省 的时间 ， 对中 、 大型 建 设工 程意义 重大 。 根据笔者的设计 实践经验 ， 在对低压配电柜进行 标准化的 过程 中 ， 除正 常设计低压配电柜 需 要考 虑 的 因 素 外 ， 低压配电柜 需 重点考 虑 以下因 素 ： a. 标准配电柜的一 致 及 互 换性 。 对于 指 定的低 230 26h ttp: /www. jzdq. net. cn 压标准配电柜 ， 其外形尺寸 、 外部接口应是相同的
16、 ， 以保证配电柜的一致及互换性 ， 这是设计低压标准配 电柜的一个基本原则 。 满足了上述原则 ， 就可以使采 购的配电柜的外形尺寸 、 外部接口与供应商无关 ， 可 以圆满地解决多家供应商供货产品不一致的问题 。 为 达到上述目的 ， 设计师在选择标准配电柜的柜体型号 时应与业主充分勾通 ， 慎重确定 。 b. 标准配电柜的电流额定数据的选择 。 变电所 等重要场所常采用低压主配电柜 ， 在标准化时柜体的 电流额定数据应尽可能统一 。 当变压器容量差别不大 时 ， 建议统一为一种规格 ， 当变压器容量差别较大 时 ， 可考虑分为二种规格 。 一般情况下 ， 当考虑采用 低压标准配电柜时 ，
17、 变压器的容量规格也宜尽量统 一 ， 避免出现过多的变压器容量规格 。 低压主配电柜内一般有两类母线 ： 水平母线 （ 主 母线 ） 和垂直母线 （ 配电母线 ）。 制造商提供的与母 线相关的 3个重要电流额定数据是 ： 额定电流 （ I n ）、 额定峰值耐受电流 （ I pk ）、 额定短时耐受电流 （ I cw ）。 对于主母线 ， 国产品牌产品的额定电流常见规格为 1 600 A、 2 000 A、 2 500 A、 3 200 A、 4 000 A， 合资 或进口品牌低压柜主母线的额定电流可达 7 000 A， 一般情况下选择主母线时考虑的主要因素是变压器容 量 ， 对于配电母线 ，
18、 国产品牌低压柜的额定电流常见 规格为 1 000 1 600 A， 合资或进口品牌低压柜的额 定电流可达 4 000 A， 一般情况下选择配电母线时考 虑的主要因素是出线回路负荷的大小和数量 。 在负荷 较多且电流较大时 ， 宜选择配电母线较大的开关柜 ， 以方便使用 。 主母线和配电母线额定电流初选后 ， 应按最不利 的运行情况进行 I cw 、 I pk 的校验 ， 其中 I cw 是短路热 稳定的校验 ， I pk 是短路动稳定的校验 ， 两者不能相 互替代 。 在变压器容量较大或并列运行时 ， 仅按额 定电流选择母线往往不能满足动 、 热稳定要求 。 笔者 认为低压柜内主母线及配电母
19、线的额定短时耐受电 流 I cw 均不应小于柜内实际的短路电流有效值 。 对于 I cw ， 制造商给出的短路持续时间一般为 1 s ， 而低压 开关柜在选用 B类断路器时 ， 延时时间一般为 0. 4 0. 8 ， 这种情况下开关柜实际的短路耐受电流可根 据 I 2 t =常数进行折算 。 另外在进行水平母线规格的选择时应注意 ， 相同 规格的母线 ， 在开关柜防护等级 、 通风条件不同时 ， 其额定电流具有较大的差异 ， 不同公司的柜体 ， 其母 线外形及 结构 也不相同 。 c. 标准配电柜的额定分 散系 数 （ RDF ）。 额定 分 散系 数是 成套 设 备 制造商根据 发 热的相互
20、 影响 给 出的 成套 设 备 出线电路可以持续并同时 承载 的额定 电流的标 幺 值 。 对于标准配电柜 ， 因为设计时不可 能确定 每 个柜的计算电流 ， 但 也 没 有 必 要要求所有 回路均能在额定电流下 连 续运行 ， 因 此 额定分 散系 数是设计标准配电柜的一个重要 概念 。 对于设计者 和 成套 设 备 制造商而 言 ， 通过额定分 散系 数 ， 规定 了 成套 设 备 所设计的平均负荷条件 ， 避免了 材料 和 资 源 的低效 率 应用 。 根据 GB 7251. 12 - 2013 / IEC 61439 - 2 ： 2011 低压 成套 开关设 备 和 控 制设 备 第
21、2部分 ： 成套 电 力 开关和 控 制设 备 ， 当 成套 设 备 制造商与用 户协 议 缺少 实际负 载 电流的情况下 ， 成套 设 备输 出电路或 输 出电路 组 的设定负 载 可采用 表 1中的值 。 对于低压标 准配电柜 ， 由 于为通用设计 ， 各 个出线回路所接负荷 不确定 ， 故 设计时额定分 散系 数建议按 表 1中的计算 负荷值选 取 。 对于具有多个出线回路的低压主开关柜 ， 低压柜 配电母线额定电流的大小 ， 实 质 上决定了配电柜最大 的 馈 出电流 ， 设计时应注意额定分 散系 数 ， 使配电柜 各 出线回路 脱扣 器 /熔 断器额定电流 之 和 乘 以额定分 散系
22、 数的数值不能大于配电母线额定电流 ， 如 一个设 置 4个 脱扣 器额定电流为 630 A的 馈 出回路的低压 柜 ， 配电母线额定电流选择 1 000或 1 600 A是不 恰 当的 ， 因为 4 630 0. 8 = 2 016， 数值大于 1 600。 对于一般场所使用的 箱 型开关柜 ， 通过柜体的最 大电流可按 表 1中的计算负荷值 、 进线 元 件 、 上级 保 护 元 件的最大电流 综 合考虑 。 d. 标准配电柜的外接 导 线 端子 。 对于 指 定 壳架 等级的 B类断路器 ， 其 长 延时 保 护 整 定值 范围 较大 ， 如 合资公司的断路器 长 延时电流一般可 整 定
23、为断路器 脱扣 器额定电流的 0. 4 1倍 。 B类断路器在短路情 况下可通过 人 为的延时 作串联 在负荷 侧 的其 他 断路器 的选择性 保 护 。 对于 指 定尺 码 的 熔 断器 ， 熔 断体的额定电流 范 低压标准配电柜设计及应用 （ 孙文华 ） 231 27A pr. 2016 Vol. 35 No. 4 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY 2 01 6 年第 期4 表 1 计算负荷值 Tab. 1 Calculated load value 负载类型 计算负荷值 配电 （ 2、 3条电路 ） 0.9 配电 （ 4
24、、 5条电路 ） 0.8 配电 （ 6 9 条电路 ） 0.7 配电 （ 10条及以上电路 ） 0.6 电动执行机构 0.2 电动机 100 kW 1.0 围也较大 ， 如专职人员使用的 NH熔断器系统 ， 尺码 为 0及 00时 ， 熔断体额定电流为 6 160 A ； 尺码为 1时 ， 熔断体额定电流为 80 250 A； 尺码为 2时 ， 熔断体额定电流为 125 400 A ； 尺码为 3时 ， 熔断 体额定电流为 315 630A。 根据以上情况 ， 并考虑到出线电缆的截面还需 根据供电的距离进行修正 ， 因此当低压柜内采用使 用类别为 B类的断路器或采用熔断器组合电器时 ， 配电柜
25、的外接导线端子需要对制造厂提出每个回路 可能的最小和最大的导线截面和根数 ， 以满足实际 的接线要求 。 e. 标准配电柜的防护等级及冷却 。 配电柜的防 护等级应根据工作环境 、 供电可靠性要求等因素确 定 。 工业厂房环境较为恶劣 ， 为防止水管破裂 、 漏水 等因素对设备的影响 ， 国外的低压配电柜常采用防护 等级为 IP54配电柜 ， 出线形式多采用下进线下出线 方式 。 当配电柜防护等级较高时 ， 应控制柜体内的温 升 ， 使保护元件的降容在可接受的合理范围内 。 对于 防护等级较高的配电柜 ， 建议设置机械通风 ， 并尽量 使柜内相对于周围环境的温升不超过 10 15 。 f. 上
26、下级保护元件的选择性 。 GB 50054 - 2011 低压配电设计规范 第 6. 1. 2条要求 ： 配电线路装 设的上下级保护电器 ， 其动作特性应具有选择性 ， 且 各级之间能协调配合 。 非重要负荷的保护电器 ， 可采 用部分选择性或无选择性切断 。 对于熔断器保护系统 ， 按照 IEC 60269标准和 GB 13539系列标准生产的 gG 型熔断器 ， 在额定电 流大于 16 A 时 ， 全选择性约定电流范围为 1 : 1. 6。 部分制造精度高的公司 ， 其选择性约定电流范围可达 1 : 1. 25 ， 如此优良的全选择性是其他保护元件 难 以 比拟 的 。 对于断路器保护系统
27、 ， 对于过负荷保护 ， 上下级 保护电器动作特性之间的选择性 比 较容 易 实 现 ， 但 对 于 短 路保护 ， 要 做到 选择性配合有 一 定 难 度 ， 需 综 合 考虑 脱扣 器电流动作的 整 定值 、 延 时 、 区域 选择性 联锁 、 能量选择等多 种技术手段 ， 也是低压标准配电 柜的设计 难点 。 根据 目前一些 进 口品牌 的制造厂 资 料 ， 上下级断路器实 现 选择性的 必 要条件是 ： 上级 壳架 电流 /下级 壳架 电流 2， 上级断路器 短延 时电 流 /下级断路器 短延 时电流 1. 5， 上级断路器 长延 时电流 /下级断路器 长延 时电流 1. 6， 上 述
28、 要求 与 熔断器相 比 ， 苛刻很 多 。 2 低压标准配电柜设计案例 下面以 华晨宝马铁西 工厂 项目 为 例 ， 介绍 低压标 准配电柜的设计 ， 供 参 考 。 2. 1 低压标准主配电柜 华晨宝马铁西 工厂 总占地 面 积 2. 07 km 2 ， 总投资 约 15亿欧 元 ， 是 宝马汽车 公司全 球 最 先 进的工厂之 一 。 笔者 2010年 6 月开始该 工 程一期 工 程 的 施 工 图 设计 ， 一期 工 程共 设置 1个 总 配电 所 、 5个分配电 所 、 1个应 急 配电 所 ， 变 压器 44 台 ， 低压 主 配电柜 359台 ， 电容 补偿 及 谐波治 理装置
29、 16 套 。 该 工 程前 期仅 有 一 个 概念 设计 ， 而德 方要求在 2010年 8月 对 该项目 的配 变 电 所部 分进行 招 标 （ 招 标 文 件也需要设 计 单位编 制 ）， 此时的负荷计算实际上是根据以 前汽 车 厂的 经验 进行 估 算的 ， 各 车 间的工 艺 方 案 也 未 确定 下 来 ， 显然 在正常情况下 ， 对于 这样 的 中 大型工 程 ， 要进行 这样 的 招 标 必须 在 施 工 图 设计 完成后才 能进 行 ， 按照 德 方对 施 工 图 设计的要求和 程序 ， 即 使 所 有 的子 项 工 程同 时 开始 设计 ， 完成施 工 图估 计 至少 需要
30、 半年 的时间 （ 事 实上 随着 工 艺资料 的 逐步深化 ， 一些 复杂 的 车 间设计周 期已 达 1年 以上 ）， 不可能满足 项 目 的进度要求 ， 后来 通过 采 用低压标准配电柜的 做 法 ， 按计 划发 标 。 由 于 该 工 程 的供电体系 与 国内 差异巨 大 ， 为 便 于 理 解该 工 程 低压标准配电柜的 技术 要求及 做法 ， 这里 对 该 工 程 的供电体系作 简单介绍 。 该 工 程 根据负荷 密 度及供电 半径 ， 所 使用的 变 压器规 格 及型 号仅 有 两 种 ： 1000 （ 1400） kVA 和 1 600 （ 2 240） kVA ， 括号 23
31、2 28h ttp: /www. jzdq. net. cn 表 2 低压标准主配电柜主要电气参数及柜型表 Tab. 2 Main electric parameters and panel types of low 鄄 voltage main distribution panel 编号 外形尺寸 （ 宽 深 高 ） 开关柜内开关配置 保护功能设置 功能 TYPE 1 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 4 630 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 TYPE 2 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 4 400 A 过负荷 、 短路短延时 、
32、瞬动 电缆出线 TYPE 3 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 7 250 A 过负荷 、 瞬动 电缆出线 TYPE 4 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 2 630 A + 2 400 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 TYPE 5 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 2 630 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 3 250 A 过负荷 、 瞬动 电缆出线 TYPE 6 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 2 400 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 3 250 A 过负荷
33、、 瞬动 电缆出线 1 1 600 A / 1 1 250 A / 1 1 000 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 TYPE 8 800 mm 1 000 mm 2 200 mm 1 1 250 A / 1 1 000 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 1 1 250 A / 1 1 000 A 过负荷 、 短路短延时 、 瞬动 电缆出线 TYPE 9 800 mm 1 000 mm 2 200 mm 1 2 500 A 过负荷 、 短路短延时 ， 短路短 延时时间整定 0. 4 s 1 000 kVA 变压器进线 TYPE 10 800 mm 1 000 mm
34、2 200 mm 1 2 500 A 过负荷 、 短路短延时 ， 短路短 延时时间整定 0. 2 s 1 000 kVA 变压器之间 联络 TYPE 11 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 1 4 000 A 过负荷 、 短路短延时 ， 短路短 延时时间整定 0. 4 s 1 600 kVA 变压器进线 TYPE 12 1 000 mm 1 000 mm 2 200 mm 1 4 000 A 过负荷 、 短路短延时 ， 短路短 延时时间整定 0. 2 s 1 600 kVA 变压器之间 联络 主要参数 ： 1000kVA 变电所内标准配电柜母线额定电流不小于 2 500 A
35、， 1 600 kVA 变电所内标准配电柜母线额定电流不小于 4000A ； 主母线 、 配电母线额定峰值耐受电流均为 220 kA ； 主母线 、 配电母线额定短时耐受电流均为 100 kA ； 配电柜 燃弧测试 ： 31. 5 kA / 0. 3 s； 配电柜防护等级为 IP54； TYPE 9 12柜接地型式为 TN - C系统 ， 其它为 TN - S 系统 。 TYPE 7 600 mm 1 000 mm 2 200 mm 内的数据为强迫风冷时变压器的允许输出容量 ， 且变 压器之间采用并列运行方案以提高供电的可靠性及可 用性 。 每台变压器后第一个配电柜为变压器出线柜 ， 第二个配
36、电柜为联络柜 ， 联络柜之间通过插接式母线 连接 ， 联络母线仅作并列运行用 ， 不为负荷供电 ， 上 述两个配电柜接地形式采用 TN - C 系统 ， 第三个柜 及其以后的配电柜均为出线柜 ， 接地形式采用 TN - S 系统 ， 柜内 PEN 分开 。 当变压器容量为 1 000 kVA 时 ， 变压器允许并列 运行的台数最多为 4 台 ， 当变压器容量为 1 600 kVA 时 ， 变压器允许并列运行的台数最多为 3台 ， 上述原 则目的是限制变压器低压侧的短路电流 ， 避免过大 ， 以兼顾系统的经济性 。 根据笔者用 Ecodial Advance Calculation INT 建立
37、的模型 ， 计算结果表明 3台 1 600 kVA 变压器并列运行时短路电流最大 ， 此时配 电柜内低压母线上最大电流约为 98. 9 kA ， 德方的要 求是所有变电所低压柜的短路电流均按 100 kA 选择 和校验设备 。 该方式能够处理 （ n - 1） 故障事件 ： 即并列运行 中一台变压器故障时 ， 其供电容量缺失可通过其他 （ n - 1） 台变压器的输出容量来补充 。 1 000 kVA 互联 的母线规格为 2 500 A、 1 600 kVA 互联的母线规格为 3 150 A。 需要提醒的是 ， 上述母线规格的选择 ， 未 考虑母线在短路条件的动热稳定性校验 ， 若考虑到该 系
38、统的最大短路电流接近 100 kA ， 目前制造厂提供 的 2 500 A产品大都不能满足稳定性校验 ， 需要通过 提高额定电流来满足短路时的要求 。 根据该工程的供电系统及业主的上述要求 ， 笔 者 、 德方概念设计公司 、 业主等相关人员结合以往汽 车工厂的建设经验 ， 提出表 2所示的变电所内低压主 开关柜主要电气技术参数和柜型表 。 一般负荷的供电 原则如下 ： 当负荷的额定电流 或 计算电流大于 160 A 低压标准配电柜设计及应用 （ 孙文华 ） 233 29A pr. 2016 Vol. 35 No. 4 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING
39、 ELECTRICITY 2 01 6 年第 期4 表 3 断路器降容系数表 Tab. 3 Derating factor of breaker 注 ： 数据由 ALSTOM 公司提供 。 时 ， 该负荷均从变电所供电 ， 额定电流或计算电流不大 于 160A 的一般负荷从动力配电箱供电 ， 特殊负荷 （ 如消防负荷 、 重要负荷 ） 可根据标准或使用要求 ， 从变电所直接供电 。 表 2中没有国内常见的 MCC 柜 ， 这是因为该工 程中工艺 、 公用专业的水泵 、 风机等设备均由 BAS 系统进行组网监控 ， 由自控专业负责设计 。 笔者认 为 ， 当工程中使用 MCC 柜时 ， 由于使用
40、数量有限 ， 一般无需进行标准化 。 由于变电所低压配电柜大多直接安装在工业厂房 内的平台或地面上 ， 工作环境较为恶劣 ， 故低压配电 柜防护等级选择 IP54 ， 上述选择虽然可以抵御管道 泄漏 、 漏雨等不利影响 ， 但也带来配电柜温升较高 、 柜内元件降容过大的问题 。 为解决上述问题 ， 供货商 对配电柜增加了强制通风 ， 并对通风方案作了多次调 整 ， 标准配电柜按最终机械通风方案及未设通风的标 准配电柜内的断路器降容数据见表 3。 该工程 TYPE 1 6低压标准配电柜的分隔形式 标准配电柜 未设机械通风 设置机械通风后 降容值 （ 1单元 ） 降容值 （ 2单元 ） 降容值 （
41、 3单元 ） 降容值 （ 4单元 ） 降容值 （ 5单元 ） 降容值 （ 6单元 ） 降容值 （ 7单元 ） 降容值 （ 1单元 ） 降容值 （ 2单元 ） 降容值 （ 3单元 ） 降容值 （ 4单元 ） 降容值 （ 5单元 ） 降容值 （ 6单元 ） 降容值 （ 7单元 ） 类型 1： 出线柜 内装断路器 ： 4个 630A 470 470 470 490 567 567 567 567 类型 2： 出线柜 内装断路器 ： 4个 400A 340 340 350 350 400 400 400 400 类型 3： 出线柜 内装断路器 ： 7 个 250A 205 205 205 205 20
42、5 215 215 250 250 250 250 250 250 250 类型 4： 出线柜 内装断路器 ： 2个 630A + 2个 400 A 470 490 310 340 567 567 400 400 类型 5： 出线柜 内装断路器 ： 2个 630A + 3个 250 A 470 205 205 205 215 567 567 250 250 250 类型 6： 出线柜 内装断路器 ： 2个 400A + 3个 250 A 340 205 205 205 205 400 400 250 250 250 类型 7： 出线柜 内装断路器 ： 1个 1000A 1 000 1 000
43、类型 7： 出线柜 内装断路器 ： 1个 1250A 1 250 1 250 类型 7： 出线柜 内装断路器 ： 1个 1600A 1 550 1 600 类型 8： 出线柜 内装断路器 ： 2个 1000A 1 000 1 000 1 000 1 000 类型 8： 出线柜 内装断路器 ： 2个 1250A 1 250 1 250 1 250 1 250 类型 9： 进线柜 内装断路器 ： 1个 2500A 2 125 2 375 类型 10： 联络柜 内装断路器 ： 1个 2500A 2 125 2 375 类型 11： 进线柜 内装断路器 ： 1个 4000A 3 320 3 500 类
44、型 12： 联络柜 内装断路器 ： 1个 4000A 3 320 3 500 234 30h ttp: /www. jzdq. net. cn 为 4b ， 即 ： 外接导体端子与关联的功能单元不在同 一隔室中 ， 它位于单独的 、 隔离的 、 封闭的防护空间 中或隔室中 。 表 2中的柜型表不仅适用于并列运行的 变压器后的低压标准主配电柜 ， 还适用于应急变压器 后的低压标准主配电柜 ， 需要注意的是 ， 应急变压器 后的低压标准主配电柜存在 3种运行方式 ： 市电 供电时的分列运行方式 ； 应急变压器故障时 ， 通 过联络母线进行的并列运行方式 ； 发电机单独供 电方式 。 由于发电机单独
45、供电时 ， 系统短路容量较 小 ， 需要根据接地故障的灵敏度确定应急变压器供电 半径和电缆规格 。 另外对于为消防负荷供电的回路 ， 断路器选型与一般回路有所不同 ， 目前常见的做法仍 然是断路器只设磁脱扣或把断路器的长延时脱扣器整 定值加大 ， 使其达到计算电流的 1.5 2倍 。 2. 2 低压标准分配电柜 低压分配电柜与低压主配电柜相比 ， 更为复杂 ， 更加难以标准化 ， 原因是行业之间 、 工程之间差异巨 大 。 这里笔者仍以华晨宝马铁西工厂为例 ， 说明低压 标准分配电柜的设计 。 该工程分配电柜设计的难点如下 ： 一是系统短路 电流较大 ， 分配电柜可能的设置场所很多 ， 有的直
46、接 设置在变电所内 ， 有的设置位置距变电所很远 ， 如果 所有分配电柜内短路电流都按主配电柜的 100 kA 标 准来选择 ， 成本巨大难以接受 ； 二是如何保证上下级 的选择性 ， 业主德方和中方人员在此问题上 认识 有明 显 不同 ， 中方人员对此问题不 太 关注 ， 而 德方人员 曾 不 止 一 次组织 过线路选择性的 专 题 会议 ； 三 是小功 率 设 备非 常多 ， 如 研 发 试制车 间 ， 仅工 艺 用电 点就 达 数 千个 ， 但 大多 数 设 备 电流 均 小于 16 A ， 小设 备 的配 电如何 解决 是一 个 需要 思考 的问题 。 对于 第 一 个 问题 ， 德
47、国 宝马 莱 比 锡 工厂和该工程 均采 用 了限 流 技术 ， 区别 是 莱 比 锡 工厂 从 变电所 馈出 回路 开始就采 用 熔 断器 限 流 ， 而 该工程在变电所 采 用 的是断路器 限 流 。 从 前 文 可 知 ， 该工程 最 大短路电流 发 生 在 3台 1 600 kVA 变压器并列运行时 ， 由于变电 所的 MCCB 型断路器使用 了 分断能 力 为 100 kA 的 限 流断路器 （ 要 求 为 ABB 、 施耐 德 、 西 门 子 产品 ）， 根 据 产品资料 可 查得 断路器 出口处 的 最 大短路电流 均被 限制 在 50kA 以下 ， 这 就 使 得 变电所下级配
48、电柜的柜 体 及 柜内元 件 选型 均 按 50 kA 选择 即 可 ， 而 与该配电 柜与变电所的距离 无 关 ， 大大 降低了 成本 。 对于 第 二 个 问题 ， 采取 的 措施 主要是通过 控制 上级电器 UD （ Upstream Device ） 和下级电器 DD （ Downstream Device ） 的 额 定电流 、 壳架等 级 、 级联 与 增强 的选择性 等技术 来保证 。 对于 第三个 问题 ， 采取 的 措施 是设置 出 线回路 较多的 TYPE 6 系列标准配电柜 ， 其中 TYPE 6 配电 柜 出 线回路为 51个 ， TYPE 6C 配电柜 出 线回路为 64个 。 德方 最初共提 供 了 19种可选用的配电柜 形 式 ， 进线 除 小型配电柜 采 用 3相 63 A 断路器外 ， 其 他动 力 配电 箱均采 用 熔 断器 组合 电器 ， 出 线多 采 用 熔 断 器 ， 仅 少 量 采 用 微 型断路器 。 为 找出 适 合 该工程的 标准配电柜 ， 设计人员 、 业主 及 相关人员 结合
