浅谈低压配电柜的技术创新及发展

1、浅谈低压配电柜的技术创新及发展    低压配电柜的技术创新及发展    王峰1夏雪2（1.山东山大华天科技股份有限公司，山东济南250101；2.山东拓普液压气动有限公司，山东济南250101）    摘要：高新技术的发展强有力地带动了低压配电柜技术的发展，随着现场总线的广泛应用，低压配电柜越来越向着技术化、智能化和集约化的方向发展，现对低压配电柜进行了分析，阐述了低压配电柜行业的特点，并对低压配电柜的技术创新和发展趋势作了探讨和分析。     关键词：低压配电柜；

2、技术创新；现场总线；发展    经济的不断发展和技术的不断进步，为分配与控制电能使用的低压配电柜的发展提供了契机，我国涌现出的大量的现代化企业，这些企业引进了发达国家的先进设备，由于自动化水平高，经常要持续生产、连续作业，所以对供电要求非常高，这就意味着低压配电柜的技术必须相应提高。在现场总线技术发展的前提下，低压配电、控制系统与成套装置也向新的方向发展，并逐渐体现出紧凑化、智能化、可通信、高防护、高可靠性、模块化、环保等新技术特征。    1低压配电柜的发展历程    我国低压电器历经50年的发展，迄今

3、已形成了比较完善的体系。从20世纪六七十年代的第一代产品，到20世纪七八十年代的第二代产品，再到20世纪90年代的第三代产品，21世纪初又推出了第四代产品，目前低压配电柜已从最早的性能指标低、容量小、体积大、功能单一、规格品种少，发展为具备高性能、小体积、电子化、智能化、模块化、多功能等特性的产品。我国在20世纪80年代开始引进低压开关柜，90年代引进低压成套设备，通过与国外公司的合资不断地将国外的先进技术和设备引入到国内。从国外引进的低压成套开关设备总体来说有着如下的特点：这些设备在柜体的设计、设备的故障电弧防护能力、加工工艺、开关设备的智能化方面有着领先的水平，在技术上有着很大的突破，国外

4、各大企业一直致力于在低压供电系统实现集中监控的基础上，积极开展智能化的低压开关和智能化的低压成套开关设备的研究。    在设计方面，各大厂家已经采取了CAD软件进行三维设计，同时将设计、数据库、计算分析和加工等有机地结合起来，很大程度上提高了产品的设计速度和可靠性，并且降低了相关技术人员的劳动强度。    在设备的抗故障能力方面，成套开关的设备故障一直是技术上的瓶颈，国外大企业始终在致力于该技术的研发。    在设备的发展方面，限制故障电弧的持续时间可以有效减小电弧的损害。一般来说，由于故障电弧电流值小于

5、主开关的瞬间整定值，在此状况下，常规的保护难以迅速地将电弧电流断开，所以，一些研究机构开始向快速断开电流技术方向展开，比如，ABB公司MNS低压配电柜采用的绝缘材料和触头灭弧系统可以实现最大限度地防止故障电弧的发生，不但符合IEC标准，而且还通过了权威试验机构的故障电弧试验。配电设备一旦发生了故障电弧，就可以实现在短时间内切断电流，还不会影响到相邻的抽屉单元。标准的抽屉单元具有互换性，只要将故障抽屉更换，就不会影响整个系统的正常运行。    在加工工艺方面，我国相关技术也取得了一定的突破，并且在母线的异型化、柜体无螺母连接上也有着一定的成果。具体有：第一，母线系统

6、。母线系统决定了低压配电柜的电气参数、进出线的方式、连接方式和柜体温升，我国现已广泛对国外研制的异形母线进行应用，这不但提高了异形母线的抗弯强度，同时还提高了其抗短路的强度，母线可以无孔连接。母线系统包括水平母线、垂直母线和支母线，其都与功能单元的主开关连接，因为二者都是不断变化的，所以实现其连空位置加工很困难，为了使母线的抗弯和抗短路能力都不会受到影响，在采用异型材料时可实现任意位置的随意连接，简化了母线的加工过程，增加了异形母线的表面积，同时也增加了设备的散热能力和载流能力。    第二，所有连接都采用了无螺母连接，不但加工方便，而且提高了装配的速度，还可以在

7、靠墙安装柜体中实现正面安装和检修，国内许多大型的公司还有效利用了三大件加工整体板材成型，在受力部位采用双叠成型，侧壁上可安装横梁，不但减少了许多过渡零件，还提高了柜体强度。    2低压配电柜的创新技术发展    我国低压电器已经由最早的体积大、容量小和性能低发展为小型化、高性能和大容量。并且已经全面地进入了智能化、机械化和电子通信化。主要有以下几个方面：2.1大容量由于大规模工程项目和高层楼宇的增多，对于低压配电柜的容量要求也逐渐提高，目前变压器单机容量已经达到了2 000 kVA以上，低压配电柜的容量已经越来越大型化。 

8、   2.2高分断    随着创新技术的进步，目前低压配电柜的分断能力已经高达100 kA（kVA）以上。    2.3开关柜的智能化    随着现场总线和工业以太网技术的不断发展，给开关柜的智能化提供了良好的发展机会，并且带来了革命性的变革，低压配电柜从各个元件到成套设备都已经实现了智能化、可通讯化以及网络化，在新技术的变革下，电器元件都采用了智能化的元件，将传统配电柜技术和微电子技术、工业以太网技术、计算机控制技术和电力电子技术等新技术相结合，大大提高了设备的可靠性。智能型开关柜通

9、过通讯网络组成了智能低压配电系统。具有遥控、遥测、遥讯和遥调的功能。由于现场总线技术的发展，使低压配电柜的配电质量提高，能耗减少，实现了局域网的现场连接和配电保护的自动化，进一步提高了配电系统的可靠性，同时还开发了功能强大的监控系统。工业现场总线的应用与通信技术和工业以太网为用户提供了一个安全、可靠、快捷、智能的人机界面系统，基本实现了自动化配电系统的智能化控制。    2.4模块化、标准化的结构设计    低压配电柜的模块化和标准化的结构设计是未来设计的一个大方向，由于结构设计向着专业产业化的模式发展，所以使模块化设计得以进一步实现

10、。模块设计就是安装尺寸模数化、安装方式多元化、功能模块化、组装积木化，以利于功能增减和缩短维修时间，这种设计方便快捷，而且结构标准化程度、流程化程度都很高，还可满足各种结构设计的形式。    2.5高可靠性    新一代低压配电柜一个重要的技术进步就是高可靠性，如何在生产过程中严格控制可靠性，就必须进行流程化的可靠性设计。以ABB公司的INSUM系统为例，通过与低压配电柜等现场设备的结合，使成套供、配、用电系统能够实现在本机、上位机、负载等对象中交换各种信息，同时通过工业网络来实现状态检测、信息回馈、综合判断、发出指令操作等方面对整个

11、配电系统的可靠性提高。    2.6新材料的采用    现在的设计大多采用低碳环保的新材料，在材料满足系统可靠性和安全性的基础上，还要重视材料的性能，比如金属材料的导电性和安全性。采用新型的塑胶材料，不但能够实现绝缘和温控，还能保护环境，而且有着更高的性能优势。    2.7制造技术的发展    低压配电柜的工艺繁多，而且为制造技术的发展提供了新的方式，比如机械安装、模具加工、塑料成型等等，目前各大企业都在加大制造技术的研发投入，例如将传统的焊接工艺改变为镀锌钢板上冲孔成型的

12、特殊工艺。    2.8各种元器件的新技术    随着新技术的应用，各种元器件如热继电器、断路器、交流接触器等等，虽然这些元件都实现了尺寸的小型化，但是都考虑到了额定工作电压和额定绝缘电压。同时电器分断时的飞弧距离也越来越小，大型断路器还在对地的金1 2 下一页    属件上设置了绝缘障，不但约束了电弧，而且还有效地减小了飞弧的距离。由于低压配电柜要进行发热计算，所以对热耗有所要求，在一般工艺中对交流接触器，特别是大容量交流接触器，应采用直流控制，这样可以有效地减少铁耗，同时

13、降低热耗。同时，各元件的功能模块要实现安装功能的模块化、标准化和多样化。    3低压配电柜的发展趋势和应用前景第四代智能化低压配电柜是未来技术研发的主要趋势，将智能化、通信化和网络化的新型低压配电器与现场总线技术相结合会研制出新式的产品。未来低压配电柜将会发展为和双向通讯相结合，体现出完全的自动化、网络化和通信化。    未来技术的研发将越来越侧重于系统化和模块化，会重视元件的研发，使元件向高性能和小型化发展，并且会越来越多地使用到新材料，在机械安装和制造方面，会越来越标准化、模块化，同时配电柜会以自动化系统为趋势。并且通过接口来实现和计算机控制的自动化配电系统组件通信，整个系统都在智能化控制系统之中。    未来低压配电柜将广泛应用于各个工程项目、各大企业和技术领域之中，在机电自动化领域将会有着巨大的发展潜力，不但能够提高电网运行的质量，而且还能够控制用电量，对电力企业的发展有着巨大的帮助和影响。