呂佳

摘要：配電柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論直接關(guān)乎配電柜設(shè)計的效果。配電柜，是一種安裝配電設(shè)備的機柜。做好配電柜設(shè)計工作，能保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。本文總結(jié)了配電柜的種類和特點，研究目前配電柜設(shè)計的主要理論，并論述其中存在的問題，提出相應(yīng)的創(chuàng)新對策，以期促進配電柜設(shè)計理論創(chuàng)新的深入探索。

關(guān)鍵詞：配電柜;結(jié)構(gòu)設(shè)計;理論;創(chuàng)新

引言：

配電柜結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計，可顯著降低配電柜使用和維護過程中問題發(fā)生的頻率，但由于當(dāng)前該設(shè)計理論研究中仍存在明顯不足，導(dǎo)致配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)常忽視一些關(guān)鍵的影響因素，導(dǎo)致配電柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，

所以需要創(chuàng)新配電柜的設(shè)計方法，完善相應(yīng)的設(shè)計理論。

1配電柜的種類和特點

配電柜是分派電能的設(shè)備，以配電節(jié)制作為電能派發(fā)的規(guī)則，也能對短路、過載、有漏電問題時作出反應(yīng)，及時通過斷電保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過所使用配電柜能夠提升配電設(shè)備的美觀性，并且避免配電柜內(nèi)設(shè)備受到灰塵影響，保證配電工作的可靠性[1]。目前常見的配電柜包括固定面板式、防護式、抽屜式、能源照明式等種類，針對不同的需求應(yīng)用于對應(yīng)場景。

1.1固定面板式配電柜

固定面板式配電柜的反面為柜面的子板，子板具有遮擋配電柜內(nèi)部設(shè)備的作用，可以根據(jù)需要開合，后背和側(cè)面是關(guān)閉式的。由于這類配電柜的結(jié)構(gòu)比較特殊，封閉性相對比較差，因此對配電柜的保護效果也比較差，很難確保配電柜的安全，所以一般都在持續(xù)供電并且安全水平較高的環(huán)境中使用。

1.2防護式配電柜

防護式配電柜除了必須在外側(cè)安裝的電氣元件，其他所有的裝置都使用擋板進行防護，而且擋板使用專用材料制成，能保證內(nèi)外的絕緣效果。配電柜內(nèi)部的間隙用特殊材料填充，能保證供電的穩(wěn)定性，在工藝現(xiàn)場具有較好的表現(xiàn)[2]。

1.3抽屜式配電柜

抽屜式配電柜是目前安全性能最高的配電設(shè)備，柜體結(jié)構(gòu)使用了特質(zhì)的鋼板，在柜體內(nèi)部設(shè)置了多個抽屜，根據(jù)固定規(guī)則，將所有的電器元件都設(shè)置在抽屜內(nèi)，構(gòu)成了具有獨立功能的單元。所以抽屜式配電柜的穩(wěn)定性很強，并且使用時也有方便、安全的優(yōu)勢，而且需要進行電器元件的快速調(diào)換，一般使用這類配電柜。

1.4電源照明配電柜

能源照明配電柜使用封鎖式的安置方式，可以根據(jù)使用場景對安全等級要求的不同改變配置，多數(shù)能源找平配電柜都作為初級配電裝備使用，比如在工礦企業(yè)生產(chǎn)時用于配電節(jié)制中。

2配電柜柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1配電柜柜體結(jié)構(gòu)形式

配電柜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為柜體，在柜體的上方有柜門，為了確保配電柜具有足夠的散熱性能，一些配電柜加入了水冷設(shè)計，在柜體的左側(cè)面和右側(cè)面設(shè)置儲水槽，在儲水槽的上方設(shè)置進水口、下端設(shè)置出水口[3]。這種結(jié)構(gòu)

下配電柜的散熱性能更強，所以配電柜的工作狀態(tài)也相對穩(wěn)定。

2.2配電柜設(shè)計中常用技術(shù)

2.2.1緊固件的拼裝和連接

使用特殊設(shè)計的緊固件可以將配電柜的各個部分零件有效連接起來，在使用緊固件時，必須先進行表面的預(yù)處理，之后根據(jù)標準進行設(shè)計。緊固件設(shè)計能降低庫存的難度，也能控制配電柜的成本，提升交貨速度。緊固件有靈活的特點，配電柜使用后也能根據(jù)周圍環(huán)境調(diào)整尺寸，滿足使用需求。但是緊固件的牢固性不足，而且必須配件具有極高的精度才能保證使用效果，所以制造成本也很高，為控制成本，所使用的括螺釘、螺母等都采取標準化制造。

2.2.2焊接工藝

焊接工藝有加工方便的優(yōu)勢，而且結(jié)構(gòu)相對于使用緊固件更加可靠，但是由于焊接過程中有較高的溫度，導(dǎo)致柜體容易出現(xiàn)不規(guī)則變化，所以焊接之后柜體的尺寸和原有的設(shè)計尺寸之間會存在差異，所以對焊接人員的技術(shù)能力要求很高。同時，由于焊接之后不能再對尺寸、外觀進行調(diào)整，因此焊接之后也難以進行維護[4]。使用焊接方式的柜體在制成后很容易發(fā)生變形，會影響配電柜的美觀，因此焊接時必須先預(yù)焊支撐件，以便能控制焊接出現(xiàn)的變形，而且也要通過對整體進行熱處理，保證關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的焊接精度。

2.3.2焊接和緊固件綜合使用

由于焊接技術(shù)和緊固件擁有各自特點，為了提升綜合性能和完善配電柜的功能，可以將兩種技術(shù)綜合使用，提升配電柜的穩(wěn)定性。在設(shè)計中，需要結(jié)合實際情況確定配電柜的最合理結(jié)構(gòu)形式，或者根據(jù)客戶的要求使用相應(yīng)的國家標準、行業(yè)標準開展配電柜的設(shè)計工作，并根據(jù)客戶的要求不斷進行優(yōu)化和調(diào)整，滿足特殊的需求[5]。如果柜體內(nèi)部有外形較大，而且自重較大的電氣元件，應(yīng)該優(yōu)先使用焊接形式的柜體結(jié)構(gòu);如果場地存在限制，而且需要確保電氣元件更換方便應(yīng)該使用組裝復(fù)制結(jié)構(gòu);在對整體精度要求較低，配電柜內(nèi)部元件較少，可以選擇箱式或者焊接式的結(jié)構(gòu)。

2.2.4配電柜材料

不同類型的而材料在性能上有明顯的區(qū)別，所以需要針對配電柜的要求選擇合適的材料，以滿足配電柜的性能需求和相關(guān)行業(yè)標準要求。設(shè)計人員還要注意各種鈑金加工工藝要求和材料性能要求，在設(shè)計中可以專門開展加工實驗驗證材料的性能和特點，保證對各種材料的合理使用、提升材料和工藝的契合程度，避免由于過度設(shè)計導(dǎo)致浪費，也能滿足性能要求。

2.3配電柜結(jié)構(gòu)影響因素

配電柜需要保持穩(wěn)定性，避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊等作用，以保證配電工作的有效執(zhí)行。設(shè)計過程中，需要考慮配電柜所處環(huán)境所導(dǎo)致的溫度場、電磁場、流場等影響，以及所處的精力、動力狀況也會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。外部因素的作用將會導(dǎo)致配電柜的疲勞度增加，降低配電柜結(jié)構(gòu)的靜強度，導(dǎo)致配電柜的壽命下降[6]。所以，在設(shè)計之前應(yīng)該充分研究配電柜所處環(huán)境的外部作用，尤其分析沖擊、震蕩等荷載的影響，使用有限元分析等技術(shù)進行配電柜的靜力學(xué)、動力學(xué)分析，在掌握配電柜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動態(tài)性能后進行配電柜的機構(gòu)是優(yōu)化工作。

3配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計理論

3.1配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計理論存在的不足

由于電力在很多場景中的大量使用，所以高低壓配電柜大量應(yīng)用在不同的場所中，對配電柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提出了更嚴格的要求。有些配電柜的設(shè)計工作中，可能在需求分析工作中存在認識局限，并沒有充分考慮配電柜后期維護和保養(yǎng)方面的需求，導(dǎo)致配電柜門體結(jié)構(gòu)在設(shè)計上存在局限性，影響現(xiàn)場安裝，后期保養(yǎng)也非常不方便。很多交流低壓配電柜的內(nèi)部電器單元一般都集中在一起布置，使得配電柜內(nèi)部存在交線混亂的問題，在安裝和檢修上極為不方便。針對可能存在的運行風(fēng)險，一些配電柜為了控制成本可能會不對計量表設(shè)置專門的防護，導(dǎo)致計量表很容在外部影響下受到破壞，也很容易遭到破壞或者被人故意調(diào)整，導(dǎo)致計量表的數(shù)值改變[7]。一些柜體可能會安裝完全封閉的地板，嚴重影響配電柜的散熱性能，電氣元件也容易因為高溫導(dǎo)致?lián)p壞。還有一些配電柜是的散熱開口過大，雖然散熱效果有所提升，但是也很難阻隔灰塵和昆蟲，導(dǎo)致配電柜出現(xiàn)損壞的概率上升。

3.2設(shè)計理論解決方案

目前配電柜出現(xiàn)設(shè)的設(shè)計問題主要來自于理論不健全，導(dǎo)致很多設(shè)計人員并沒有充分考慮配電柜應(yīng)過程中的情況和各方面需求，很多關(guān)鍵的設(shè)計要求都被忽略，造成配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的失敗。為此，設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)該充分考慮各方面的不同需求，并使用合理的設(shè)計方法提升配電柜的設(shè)計效果。

可以將配電柜的內(nèi)部空間設(shè)計成由多個隔板構(gòu)成的多個電氣室，對每個電氣室分配不同功能，包括計量室、進線開關(guān)室等等，在各個電氣室的開口位置都要設(shè)置嵌有玻璃視窗的金屬板，用螺釘固接金屬板的四角實現(xiàn)對玻璃視窗的固定。出現(xiàn)開關(guān)時可以設(shè)置多個排列緊湊的斷路器，有效利用空間，并保證內(nèi)部的整潔。通過該設(shè)計，可以讓配電柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)更容易調(diào)整，滿足維修、調(diào)整的需要，也能提升配電柜的安全性，控制灰塵和小動物的進入。

4配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新和應(yīng)用

4.1散熱設(shè)計

在配電系統(tǒng)負荷不斷增加的情況下，需要提升配電柜的散熱性能，為此可以針對配電柜的散熱需求進行創(chuàng)新?？梢栽谂潆姽竦膫?cè)板、頂板、底

板等位置設(shè)置專門的散熱口，為了確保排風(fēng)效果，不同散熱口需要保持一致的大小，并且散熱口位置需要專門設(shè)置可拆卸的封板，滿足不同的散熱需求。

4.2輕量化設(shè)計

配電柜的自身質(zhì)量、布置形式、靜態(tài)特性將會直接影響配電柜的工作性能，所以設(shè)計過程中需要使用輕量化設(shè)計實現(xiàn)對配電柜的減重，不僅可以降低配電柜自身的負荷，也可以用較少的材料實現(xiàn)設(shè)計目標。所以需要選擇合適的配電柜尺寸參數(shù)，優(yōu)化配電柜的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)計中，都會使用經(jīng)驗?zāi)Ｐ妥鳛榕潆姽竦脑O(shè)計基礎(chǔ)，這種方式會導(dǎo)致材料浪費，不能滿足經(jīng)濟性的要求，為實現(xiàn)輕量化設(shè)計，需要使用有限元技術(shù)建立參數(shù)化的模

型，以板厚作為配電柜的優(yōu)化設(shè)計變量。

圖1優(yōu)化后的柜體結(jié)構(gòu)位移云圖

配電柜的參數(shù)敏感度分析，通過在設(shè)計稿空間內(nèi)隨機取樣，分析配電柜板體對各種等效應(yīng)力、配電柜質(zhì)量的敏感度，之后根據(jù)參數(shù)確定優(yōu)化方式。根據(jù)響應(yīng)面對柜體進行輕量化設(shè)計，抽取一定數(shù)量的樣本，之后建立數(shù)學(xué)模型，尋找最優(yōu)解;為了能進一步確定響應(yīng)面的準確性，可以插入校驗點檢查響應(yīng)面擬合程度。確定響應(yīng)面之后，可以減輕柜體的重量，根據(jù)設(shè)計變量、狀態(tài)變量、目標函數(shù)進行優(yōu)化，之后使用結(jié)構(gòu)位移云圖確定優(yōu)化效果。

結(jié)束語：

配電柜的結(jié)構(gòu)會影響配電柜的性能，因此在設(shè)計過程中必須優(yōu)化結(jié)構(gòu)，針對目前配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計理論問題，可以采用各類新技術(shù)完善配電柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不斷對結(jié)構(gòu)的散熱、質(zhì)量等方面進行創(chuàng)新，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，滿足配電柜使用要求。

參考文獻：

[1]張瑤.配電柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及創(chuàng)新研究[J].科技風(fēng)，2020（14）：18.

[2]楊志偉.電氣成套裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及創(chuàng)新方向分析[J].決策探索（中），2020（04）：70.

[3]羅鵬飛，吳章萍.高強度抗震功能配電柜的相關(guān)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（21）：70-71.

[4]劉超.配電柜結(jié)構(gòu)性能分析及輕量化設(shè)計[D].西南交通大學(xué)，2018.

[5]吳夢維.低壓配電柜在廣寧配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)，

2018.

[6]彭偉，黃靖，任恒，楊毅.基于全氟三乙胺冷板的高空開式配電柜的熱設(shè)計與分析[J].電子制作，2017（11）：12-14.

[7]周立人.機房配電柜微環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].山東科技大學(xué)，2017.