1、南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 1 页前 言电力系统是国民经济发展的基础工业，也是重要的能源部门。随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑怎样才能合理的分配电能，并加以研究。低压成套开关设备是将低压电器元件，如各种开关及相关的控制、保护、测量、转换和分配等电气元件，按一定的技术要求，完成电气连接及机械装配，用结构件组成的一个具有一定功能的整体。由于低压成套开关设备深入到生产现场、公共场所、居民住宅等地点，可以说凡是使用电气设备的地方都要配备该设备。我国电能的 80左右都是通过低压成套开关设备提供，低压成套开关设
2、备的发展值跟原材材料工业、低压电器、加工工艺和设备都有关系，所以低压成套开关设备的水平从一个侧面反映了一个国家的经济实力与科学技术、生活水平，而 GGD型交流低压配电柜就属于成套低压配电设备。GGD 型交流低压配电柜,是能源部以促进我国低压配电行业的技术进步,加速低压配电成套开关设备的更新换代为宗旨,于一九九二年十月下达的技术开发项目 ,由能源部低压成套开关设备联合技术研制组(简称 NLS)完成设计研制 ,关于一九九二年十月通过了由能源部主持的部级鉴定,目前在全国范围内已广范应用。本论文设计是以 XB 系列预装箱式变电站如图 1.2 所示为例进行 GGD 型交流低压配电柜的设计说明。由于本人的
3、水平有限，加上时间仓促，如果该论文中有错误之处在所难免，恳请老师们批评指正，谢谢！摘要：低压开关柜适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业，作为输电、配电及电能转换之用。目前市场上流行的开关柜型号很多，本文将对GGD 型交流低压配电柜的结构特点与制作进行分析。关键词：低压开关柜 用途 结构 比较 南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 2 页GGD 型交流低压配电柜的分析与制作1 GGD 型交流低压配电柜的简介1.1 配电柜的基本结构GGD 型交流低压配电柜的柜体采用通用柜形式，构架用 8MF 冷弯型钢局部焊接组装而成，构架零件及专用配套零件由型钢定点生产厂配套供货，以保证柜
4、体的精度和质量。通用柜的零部件按模块原理设计,并有 20 模的安装孔通用系数高可以使工厂实现预生产，既缩短了生产制造周期，也提高了工作效率。现在的 GGD 控制柜，更加在产品的方便与安全上增加要求，GGD 柜为了在工作中能够很好的散热，所以在柜体上下两端均有不同数量的散热槽孔。当柜内电器元件发热后，热量上升，通过上端槽孔排出，而冷风不断地由下端槽孔补充进柜，使密封的柜体自下而上形成一个自然通风道，达到散热的目的。增加了这样的散热装置，能够使 GGD 控制柜在工作中性能更加的稳定与安全。在 GGD 控制柜的内部布满了很多的构架，一些装有电器元件的仪表门用多股软铜线与构架相连，并且，柜内的安装件与
5、构架间用滚花螺钉连接，构成完整的接地保护电路。柜门用转轴式活动铰链与构架相连，安装，拆卸方便。门的折边处均嵌有一根山型橡塑条，关门时门与构架之间的嵌条有一定的压缩行程，能防止门与柜体直接碰撞，也提高了门的防护等级。柜体的顶盖在需要时可拆除，便于现场主母线的装配和调整，柜顶的四角装有吊环，用于起吊和装运；对于 GGD 柜的外形来说，现在的 GGD 柜都按照现代工业产品造型设计的要求，采用黄金分割比的方法设计柜体外形和各部分的分割尺寸，并且柜体面漆选用聚酯桔形烘漆，附着力强，质感好。整柜呈亚光色调，避免了眩目效应，给值班人员创造了较舒适的视觉环境。南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 3
6、页主电路方案代号1.2 配电柜的型号及含义配电柜的型号及含义如图 1.1G G D 图 1.1 配电柜的型号及含义1.3 配电柜的电气性能及技术性能电气性能性能包括以下部分：1）基本电气参数a）额定绝缘电压：交流 660v(1000)vb) 额定工作电压：主电路：交流 380v(660V) 辅电路：交流 380v(220v) 直流 220v(110v)c）额定频率： 50Hzd）额定电流：4000Ae）额定峰值耐受电流（0.1s) 105KAf）额定短时耐受电流（1s) 50KA2) 主要技术性能a) 额定绝缘电压：660Vb) 额定工作电压：380V、660Vc) 使用频率：50Hzd) 额
7、定电流：水平母线系统 16003150A 垂直母线系统 400800A e) 额定短时耐受电流：水平母线 80KA 有效值/1 秒 垂直母线 50KA 有效值/1 秒f) 额定峰值电流：水平母线 175KA 垂直母线 110KAg) 功能单元分断能力：50KAh) 外设防护等级：IP40辅助电路方案代号设计序号电力用柜电器元件固定安装、固定接线交流低压配电柜南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 4 页1.4 配电柜的应用GGD 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，本着安全经济合理，可靠的原则设计的新型低压配电柜。产品具有分断能力高、动热稳定性好、电气方案灵活组合
8、方便、系列性实用性强、结构新颖、防护等级高等特点可作为低压成套开关设备的更新换代产品使用。GGD 型交流低压配电柜符合 IEC439 低压成套开关设备和控制设备 GB7251低压成套开关设备和控制设备等标准。GGD 型是 PGL 型交流低压配电柜的改进产品，它适用于变电站、发电厂、工矿企业等。是交流 50Hz，额定电压 380v 的配电系统作为动力，照明及配电的电能转换及控制之用。该产品具有分断能力强，动热稳定性好，电气方案灵活，组合方便，系列性、实用性强，结构新颖等特点。GGD 的用途很广，当然型号有多种多样，现在以 XB 系列预装箱式变电站里的 GGD 为例进行说明。XB 系列预装箱式变电
9、站如图 1.2 所示。图 1.2 XB 系列预装箱式变电站南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 5 页2 GGD 型低压配电柜电器元件的分析元器件的种类很多，元件的选择必须遵循安全、经济、合理、可靠的原则，放弃淘汰型和性能较差的元件。应选用技术性能指标较先进的产品及一些好的老产品。2.1 电气元器件的选择2.1.1 隔离开关当用电设备发生故障需要维修的时候，就需要将用电设备或线路与电源隔开，以保证维修人员与设备的安全。因此，在 GGD 柜中要接入隔离开关。隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。使用时应与断路器配合，只有在断路器断开时才能进行操作。其主要作用是隔离电源、倒闸操作、接通
10、和断开小电流电路。这里使用的是德力西的 HD13BX-1500/31。此开关为刀形隔离器，带有杠杆操作机构，切断额定电流的采用灭弧罩，此灭弧罩由绝缘板和钢板栅片组成，操作机构具有明显的分合指示和可靠的定位装置。其特点：结构简单，动作可靠，具有明显的断开点，便于被检修的设备或线路是否与电网断开；在断开点之间有可靠的绝缘，以保证在恶劣的气候条件下也能可靠工作，并在过电压及相间闪络的情况下，不致从断点击穿而危机人身安全；有足够的热稳定性和动稳定性，尤其不能因电动机的作用而自动断开，否则将引起严重后果；有联锁机构，这样保证了正确的操作顺序，杜绝隔离开关带负荷操作的事故发生。它的技术参数主要有：额定电压
11、 UN、最高工作电压、额定电流 IN、热稳定电流 it、动稳定电流ies。2.1.2 低压断路器的选择在日常生活与工作中，用电设备或者是线路难免会发生过载、短路或欠电压等故障，在这样的情况下，如果没有一些保护设施，将会对人身与财产造成很大的损失，因此，现在的 GGD 开关柜里都装配了低压断路器来保护人身、财产安全。低压断路器即空气开关，既能带负荷通断电，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸，即它既具有控制电路通断能力，又具有保护装置的功能，因此它必须具有比较完善的灭弧结构，有具有一定的保护灵敏度。低压断路器根据结构特点可以分为：智能式断路器、塑壳式断路器和小型式断路器。智能式断路器主要
12、用作配电变压器低压侧的总开关、低压母线分段主开关和南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 6 页低压出线主开关。三菱 AE1600-SW 3P 1600A 型断路器，其结构特点：即能手动储能又能电动储能，其本体上的母线与抽屉座上桥型触头的插座接通主回路，并具有机械联锁装置，能保证断路器在断开状态下进行主回路转换。该断路器中的智能控制器由互感器组件、电子部件以及执行元件组成，互感器组件直接套在母线上，二次引线与控制器相连，具有接地、长延时、短延时、瞬时四段选择性保护功能，并具有过载报警、自诊断、故障记忆及显示等功能。如图 2.1 所示：图 2.1 三菱 AE1600-SW 3P 1600A
13、 型的智能断路器塑壳式断路器广泛用作容量较小的配电开关和电动机控制开关、照明控制开关以及漏电保护开关等。常熟的 CM1-400L 3P 400A 是带剩余电流保护，具有过载、短路和欠电压保护功能，还能保护线路和电源设备不受损坏，同时还可以对过电流保护不能检测出的长期存在接地故障可能引起火灾危险提供保护。如图 2.2 所示。图 2.2 CM1-400L 3P 400A 型塑壳断路器南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 7 页低压断路器选择时应满足以下条件：a.额定电压应与线路工作电压相等，即UN Uwb.额定电流应不小于线路的长时最大工作电流，即IN Imax低压断路器有三个标称电流：一
14、是断路器的额定电流 IN，二是电磁脱扣器的额定电流 IND，三是热脱扣器的额定电流 INR，若线路的长时最大工作电流为Imax，则它们之间应满足如下关系IN IND INR Imaxc.分段能力的校验：对于瞬时动作的断路器，应按冲击电流来校验，故有Iru Ish对于动作时间大于 0.02 的低压断路器。可考虑冲击电流已经衰减，故有Iru Ikd.低压断路器的型号应满足实际和运行的要求。2.1.3 低压熔断器的选择在 GGD 低压交流开关柜中熔断器作为过载和短路保护是不可缺少的，熔断器的外形图如图 2.3 所示。使用时熔体串接与被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以其自身产生的热量使
15、熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。图 2.3 RT0 系列有填料封闭管式熔断器低压熔断器按结构及用途分为 RC1A 系列磁插式熔断器，多用于照明电路及小南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 8 页容量电动机电路；RL1 系列螺旋式熔断器，多用于额定电压 500V，额定电流 200A以下的交流电动机控制回路；RM 系列无填料封闭管式熔断器，多用于低压电力网络和成套配电装置的短路和过载保护。RT0 系列有填料封闭管式熔断器，多用于短路电流大的电力网络或配电装置中；RLS 系列快速熔断器，用于保护半导体元件。因此根据 GGD 开关柜的负载的保护特性、短路电流大小、使用场合、安装
16、条件和熔断器的使用范围，则选择 RT0系列有填料封闭管式熔断器。低压熔断器大小的选择原则：（1）额定电压的选择：熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。（2）熔体与熔断器额定电流的确定：a.熔体额定电流的确定:a.1 对于电阻型负载，熔体的额定电流等于或大于电路的工作电流。a.2 对于电容器设备的容性负载，熔体的额定电流应大于电容器额定电流的 1.6 倍。a.3 对于电动机负载，要考虑启动电流冲击的影响，计算方法如下：对于单台电动机：INF (1.5 2.5) INM式中：INF-熔体额定电流（A） ；INM-电动机额定电流（A）对于多台电动机：INF (1.5 2.5) INMmax +I
17、NM式中：INMmax- 容量最大一台电动机额定电流（A） ； INM -其余各台电动机额定电流之和（A） 。b.熔断器额定电流的确定：熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。（3）额定分断能力的选择：额定分断能力必须大于或等于电路中可能出现的最大短路电流。（4）熔断器上、下级配合为满足选择保护的要求，应注意熔断器上、下级之间的配合，为此要求两级熔体额定电流的比质不小于 1.6：1。根据系统图的要求及选择原则，这里使用的是德力西的 RT14-20 5A。2.1.4 接触器的选择南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 9 页图 2.4 TEF1-80/3 型号的 F1 系列复合式接触器
18、的外形图苏州天业 TEF1-80/3 型号的 F1 复合接触式器是由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一中自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载、电热器、电照明、电焊机与电容器组等.接触器具有操作频率高、使用寿命长、工作可靠、性能稳定、维护方面等优点，同时还具有低电压释放保护功能，可在交流 50HZ、额定工作电压 220V/380V 电路中接通和分断 100Kvar 及以下电容器组，以调整用电系统功率因数，并能有效消除浪涌电流和分断过电压。该接触器由控制单元、可控硅单元和机电式双断点接触器单元三部分组
19、成。由 DC 12V 开关电源提供工作电压，JKW11 无功功率自动补偿控制器提供控制信号。在控制器发出投入信号后，复合式接触器的可控硅模块运用智能过零投切技术在 50ms 时间内将电容器迅速接入，随后接触器吸合；控制器发出切除信号后，接触器分断、可控硅模块再过零分断，投切最短循环周期大于 30s。整个过程的接通、分断都是由可控硅在过零点完成，所以可实现电容投入无浪涌电流、分断电弧。这种过零投切方案可延长电容使用寿命，减小系统电流冲击和过电压。该接触器与 JKW11 无功功率自动补偿控制器组装成的无功功率补偿装置可实现动态补偿，整套补偿装置的动态响应时间小于 0.8s。2.1.5 互感器的选择
20、在检测电流、电压是否正常是则需要互感器的配合使用，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。电流互感器和电压互感气合称仪用互感气，或称互感器。电流互感器又称仪用变流器，电压互感器又称仪用变压器。电流互感器在工作时，一次绕组串接在被测的一次电路中，而二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路。由于这些电流线圈的阻抗很小，因此电流互感器工作时其二次绕组的额定电流一般为 5A。电流互感器的一次电流 I1与二次电流 I2之间有下列关系：南通纺织职业技术学院 毕业设计（毕业论文）第 10 页I1 （N2 / N1）I2 KiI2式中 N1、N2 分别为电流互感气一、二次绕组匝数
21、；Ki 为电流互感器的电流比，一般表示为其一、二次的额定电流之比，即 Ki = I1N / I2N。在选择电流互感器时，应该考虑到安装设地点的条件及额定电压、一次电流、二次电流、准确度级等条件进行选择，并校验其短路动稳定度和热稳定度。在使用电流互感器时，为了安全及正确的使用时应该注意以下内容：（1） 连接到二次仪表和继电器的连接线其铜截面不小于 2.5，二次接线端标志为 S1、S2，当电流从 P1 流向 P2 端时。则二次电流从 S1 经过外电路流向S2，互感器为减极性。（2） 电流互感器在工作时其二次侧不得开路，因为铁心由于磁通量剧增而会过热，并产生剩磁，降低铁心准确度级；还有电流互感器的二
22、次绕组匝数远比其一次绕组匝数多，所以在二次侧开路时会有感应出危险的高电压，危及人身和设备的安全。（3）电流互感器的二次侧有一端必须接地。（4）电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。电压互感器的一次绕组匝数很多，二次绕组匝数较少，相当于降压变压器。在工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组则并联仪表、继电器等的电压线圈。由于电压线圈的阻抗一般都很大，所以电压互感器工作时其二次侧接近于空载状态。电压互感器的一次电压 U1 与其二次电压 U2 之间有下列关系：U1 (N1/N2) U2 KUU2式中，N1、N2 为电压互感器一次、二次绕组的匝数；KU 为电压互感器的电压比，一般表示为额定一、二
23、次电压比，即 KU = U1N/U2N。电压互感器的选择：电压互感器应安装设地点的条件及、一次电压、二次电压、准确度级等条件进行选择。由于它的一、二次侧均有熔断器保护，故不需要进行短路稳定度的校验。同样在使用电压互感器时也应该注意一些下列内容：(1)电压互感器工作时其二次侧不得开路。这是由于电压互感器一、二次绕组都在并联状态下工作的，如果二次侧短路，将产生很大的短路电流有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行。因此电压互感器的一、二次侧都必须装设熔断器进行短路保护。(2)电压互感器的二次侧有一端必须接地。这是为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。
