周明權(quán)

摘 要：本文分析了低壓配電柜設計相關問題，包括低壓配電柜的一致及互換性，電流額定數(shù)據(jù)的選擇，配電柜的額定分散系統(tǒng)等。

關鍵詞：配電柜;電流;額定

低壓配電柜是低壓配電系統(tǒng)實現(xiàn)配電功能的主要電氣設備，廣泛應用于發(fā)電廠、變電站、工礦企業(yè)及各類電力用戶的低壓配電系統(tǒng)中，用作電能的分配、控制、保護和監(jiān)測。本文所說的低壓配電柜，也包括配電板。配電板是一種帶有開關或保護器件（例如熔斷器或小型斷路器），并帶有一條或多條進出線電路，以及用來連接中性導體和保護電路導體端子的成套設備。它可以帶有信號和其他控制器件，配電板常稱配電箱。

由于使用場所和業(yè)主要求的千差萬別，使得低壓配電柜的設計較為復雜，不僅難以具有通用性，而且需要較長的設計周期。在傳統(tǒng)的低壓配電設計過程中，只有所有外部供電資料、負荷資料、配電方案、業(yè)主要求等確定后，才可能完成低壓配電柜的設計，而且隨著設計的深入，業(yè)主、工藝及其他相關專業(yè)會不斷地修改對電氣專業(yè)的設計輸入資料，這也使得低壓配電柜的接線圖在設計完成前很難確定，上述情況對工程建設的進度控制帶來重大挑戰(zhàn)，特別是中大型工程。事實上即使設計完成了，在實施和運行過程中電氣專業(yè)的設計輸入仍然會不停變化，因此設計低壓配電柜是業(yè)主、設計、施工、運行、維護各方都非常關注的一個重點。

1 低壓配電柜的一致及互換性

對于指定的低壓標準配電柜，其外形尺寸、外部接口應是相同的，以保證配電柜的一致及互換性，這是設計低壓標準配電柜的一個基本原則。滿足了上述原則，就可以使采購的配電柜的外形尺寸、外部接口與供應商無關，可以圓滿地解決多家供應商供貨產(chǎn)品不一致的問題。為達到上述目的，設計師在選擇標準配電柜的柜體型號時應與業(yè)主充分溝通，慎重確定。

2 低壓配電柜的電流額定數(shù)據(jù)的選擇

變電所等重要場所常采用低壓主配電柜，在標準化時柜體的電流額定數(shù)據(jù)應盡可能統(tǒng)一。當變壓器容量差別不大時，建議統(tǒng)一為一種規(guī)格，當變壓器容量差別較大時，可考慮分為二種規(guī)格。一般情況下，當考慮采用低壓標準配電柜時，變壓器的容量規(guī)格也宜盡量統(tǒng)一，避免出現(xiàn)過多的變壓器容量規(guī)格。

低壓主配電柜內(nèi)一般有兩類母線：水平母線（主母線）和垂直母線（配電母線）。制造商提供的與母線相關的3個重要電流額定數(shù)據(jù)是：額定電流（In）、額定峰值耐受電流（Ipk）、額定短時耐受電流（Icw）。對于主母線，國產(chǎn)品牌產(chǎn)品的額定電流常見規(guī)格為1600A、2000A、2500A、3200A、4000A，合資或進口品牌低壓柜主母線的額定電流可達7000A，一般情況下選擇主母線時考慮的主要因素是變壓器容量，對于配電母線，國產(chǎn)品牌低壓柜的額定電流常見規(guī)格為1000～1600A，合資或進口品牌低壓柜的額定電流可達4000A，一般情況下選擇配電母線時考慮的主要因素是出線回路負荷的大小和數(shù)量。在負荷較多且電流較大時，宜選擇配電母線較大的開關柜，以方便使用。

主母線和配電母線額定電流初選后，應按最不利的運行情況進行Icw、Ipk的校驗，其中Icw是短路熱穩(wěn)定的校驗，Ipk是短路動穩(wěn)定的校驗，兩者不能相互替代。在變壓器容量較大或并列運行時，僅按額定電流選擇母線往往不能滿足動、熱穩(wěn)定要求。筆者認為低壓柜內(nèi)主母線及配電母線的額定短時耐受電流Icw均不應小于柜內(nèi)實際的短路電流有效值。對于Icw，制造商給出的短路持續(xù)時間一般為1s，而低壓開關柜在選用B類斷路器時，延時時間一般為0.4～0.8s，這種情況下開關柜實際的短路耐受電流可根據(jù)I2t=常數(shù)進行折算。

另外在進行水平母線規(guī)格的選擇時應注意，相同規(guī)格的母線，在開關柜防護等級、通風條件不同時，其額定電流具有較大的差異，不同公司的柜體，其母線外形及結(jié)構(gòu)也不相同。

3 配電柜的額定分散系數(shù)

額定分散系數(shù)是成套設備制造商根據(jù)發(fā)熱的相互影響給出的成套設備出線電路可以持續(xù)并同時承載的額定電流的標幺值。對于標準配電柜，因為設計時不可能確定每個柜的計算電流，但也沒有必要要求所有回路均能在額定電流下連續(xù)運行，因此額定分散系數(shù)是設計標準配電柜的一個重要概念。對于設計者和成套設備制造商而言，通過額定分散系數(shù)，規(guī)定了成套設備所設計的平均負荷條件，避免了材料和資源的低效率應用。

根據(jù)GB7251.12-2013/IEC 61439-2：2011《低壓成套開關設備和控制設備第2部分：成套電力開關和控制設備》，當成套設備制造商與用戶協(xié)議缺少實際負載電流的情況下，成套設備輸出電路或輸出電路組的設定負載可采用文中的值。對于低壓標準配電柜，由于為通用設計，各個出線回路所接負荷不確定，故設計時額定分散系數(shù)建議按表1中的計算負荷值選取。

對于具有多個出線回路的低壓主開關柜，低壓柜配電母線額定電流的大小，實質(zhì)上決定了配電柜最大的饋出電流，設計時應注意額定分散系數(shù)，使配電柜各出線回路脫扣器/熔斷器額定電流之和乘以額定分散系數(shù)的數(shù)值不能大于配電母線額定電流，如一個設置4個脫扣器額定電流為630A的饋出回路的低壓柜，配電母線額定電流選擇1000或1600A是不恰當?shù)?，因?×630×0.8=2016，數(shù)值大于1600。對于一般場所使用的箱型開關柜，通過柜體的最大電流計算負荷值、進線元件、上級保護元件的最大電流綜合考慮。

4 配電柜的防護等級及冷卻

配電柜的防護等級應根據(jù)工作環(huán)境、供電可靠性要求等因素確定。工業(yè)廠房環(huán)境較為惡劣，為防止水管破裂、漏水等因素對設備的影響，國外的低壓配電柜常采用防護等級為IP54 配電柜，出線形式多采用下進線下出線方式。當配電柜防護等級較高時，應控制柜體內(nèi)的溫升，使保護元件的降容在可接受的合理范圍內(nèi)。對于防護等級較高的配電柜，建議設置機械通風，并盡量使柜內(nèi)相對于周圍環(huán)境的溫升不超過10～15℃。

5 上下級保護元件的選擇性

GB50054-2011《低壓配電設計規(guī)范》第6.1.2條要求：配電線路裝設的上下級保護電器，其動作特性應具有選擇性，且各級之間能協(xié)調(diào)配合。非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇性或無選擇性切斷。

對于熔斷器保護系統(tǒng)，按照IEC 60269標準和GB 13539系列標準生產(chǎn)的gG型熔斷器，在額定電流大于16A時，全選擇性約定電流范圍為1：1.6。部分制造精度高的公司，其選擇性約定電流范圍可達1：1.25，如此優(yōu)良的全選擇性是其他保護元件難以比擬的。

對于斷路器保護系統(tǒng)，對于過負荷保護，上下級保護電器動作特性之間的選擇性比較容易實現(xiàn)，但對于短路保護，要做到選擇性配合有一定難度，需綜合考慮脫扣器電流動作的整定值、延時、區(qū)域選擇性聯(lián)鎖、能量選擇等多種技術(shù)手段，也是低壓標準配電柜的設計難點。根據(jù)目前一些進口品牌的制造廠資料，上下級斷路器實現(xiàn)選擇性的必要條件是：上級殼架電流/下級殼架電流≥2，上級斷路器短延時電流/下級斷路器短延時電流≥1.5，上級斷路器長延時電流/下級斷路器長延時電流≥1.6，上述要求與熔斷器相比，苛刻很多。

參考文獻

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