淺談低壓配電箱的電氣設計及生產工藝特點

摘 要：文章就廣州地鐵為例，簡述了低壓配電的電氣設計以及配電箱的生產制造工藝特點，并對一些細節進行著重闡述。

關鍵詞：配電箱；電氣設計；生產工藝；負荷

引言

隨著經濟飛速發展，電氣設備應用越來越多，技術性能日趨復雜，對于電氣自動化的可靠性、電能質量以及低耗能的用電服務有更高要求，低壓配電市場隨著智能電網的建設實施，制造業的投資以及新能源行業的發展，近年來一直保持快速增長的趨勢。

配電箱（板）是一種帶有開關或保護器件，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。適用于頻率50Hz、額定工作電壓220V或380V的交流系統中的動力配電、控制、照明和電能轉換之用。本文將淺談一下低壓配電箱在電氣設計以及生產工藝上的幾個特點，以供大家交流，共同促進。

1 電氣線路初步設計

低壓配電箱的總體設計是以電氣系統的總接線圖為基礎，根據具體負載所需容量，詳細研究每個回路，從負荷的額定電流和短路電流的大小，考慮電纜通道的性質及其對導體載流量的影響，就可確定保護器件的型式和回路導體的截面。

所有的單個負載并不一定都以滿額定功率工作，也不一定全都同時運行。應用最大利用系數ku和同時系數ks可以確定對裝置選型所需要的最大功率和視在功率需求。

2 電器的選擇

根據設計圖紙技術參數以及招標文件對主要元器件的技術參數、功能特點以及廠家的選擇范圍等方面的要求，選擇滿足所有要求的主要電器，并符合國家現行的有關標準以及下列要求：

①電器的額定電壓應與所在回路標稱電壓相適應；②電器的額定電流不應小于所在回路的計算電流，一般斷路器的額定電流應不小于回路計算電流的1.3倍；③電器的額定頻率應與所在回路的頻率相適應；④電器應適應所在場所的環境條件；⑤電器應滿足短路條件下的動穩定與熱穩定的要求。用于斷開短路電流的電器，應滿足短路條件下的通斷能力。

簡單的電流計算可由以下公式得出：

感應電機的滿負荷電流 Ia：

三相電機：Ia=Pnx1，000/（√3xUxηxcosφ）

單相電機：Ia=Pnx1，000/（Uxηxcosφ）

式中：

Ia-需用電流，A；Pn-額定功率，kW；U-對三相電機，為相間電壓；對單相電機，為接線端間電壓，V；η-效率，即：輸出kW/輸入kW；cosφ-功率因數，即：輸入kW/輸入kVA。

電阻型加熱設備和白熾燈電流Ia（即cosφ=1）：

三相：Ia=Pn/（√3xU）

單相：Ia=Pn/U

電器的選擇至關重要，如選擇不正確，輕者可引起操作故障、誤動作，嚴重的可引起低壓成套開關設備的內外溫度過高、發熱，甚至引起火災、爆炸，對某些控制回路的突然斷電會造成主回路中的電器設備突然斷電而停止工作，或過載拒動使得回路中電器設備過載使用而損壞等。

3 箱內配電母線及導線的選擇

母線的材料主要選銅和鋁，目前一般用銅較多，其純度要求99.9%以上。

母線截面形狀的選擇應考慮集膚效應、鄰近效應，電磁波滲透深度等因素的影響，并要求散熱良好、機械強度高、安裝簡單和連接方便。如果相導線的截面積超過10mm2，中性線則等于相導線載流量的一半，但不能小于10mm2。PEN導體截面積的選擇與中性線截面積的選擇方法相同。

絕緣導線的選擇需考慮：導線的額定電壓應高于裝置的工作電壓；輔助電路通常采用多股銅芯絕緣軟線；截面積應能承受電路中允許的最大長期工作電流。另外，還應考慮能滿足與保護電器間的配合，測量表計的帶負荷能力、機械強度及接線端子連接等。通常電壓回路導線截面積用1.5mm2，電流回路導線截面積用2.5mm2，如果連接導線較長，應考慮加粗導線。

4 配電箱的結構特點及優化設計

配電箱主要結構由底箱、前框、門等組成。底箱、前框采用冷軋鋼板或不銹鋼板彎制、焊接而成，有明裝和暗裝兩種形式。可根據用戶需要采用不銹鋼或冷軋鋼板制成，外表面經噴塑處理。箱內開關凸出安裝，操作方便。底箱上下兩面視進、出線的情況設有進出線裝置，并根據回路的數量可設置單排或雙排結構。該配電箱有懸掛式或嵌入式兩種方式。所有可接近的表面應至少提供IP2XC的防護等級。

箱體冷軋鋼板外殼經去油，去污，除銹，磷化后靜電環氧粉末噴涂，固化，淬火過程。色澤均勻，適合于各種環境使用。

明裝配電箱的掛耳改進為可拆裝式，出貨時獨立包裝，現場安裝時再將掛耳鎖上并掛墻安裝使用，方便實用。避免了在運輸裝卸碰撞損壞，從而導致現場難以安裝。

5 電器安裝及走線設計

5.1 電器的安裝應符合下列要求：

5.1.1 電器元件質量良好，型號、規格應符合設計要求，外觀應完好，且附件齊全，排列整齊，固定牢固，密封良好。

5.1.2 各電器應能單獨拆裝更換，而不應影響其它電器及導線束的固定。

5.1.3 發熱元件宜安裝在散熱良好的地方，兩個發熱元件之間的連線應采用耐熱導線或裸銅線套瓷管。

5.1.4 熔斷器的熔體規格、自動開關的整定值應符合設計要求。

5.1.5 切換壓板應接觸良好，相鄰壓板間應有足夠安全距離，切換時不應碰及相鄰的壓板；對于一端帶電的切換壓板，應使在壓板斷開情況下，活動端不帶電。

5.1.6 信號回路的信號燈、光字牌、電鈴、電笛、事故電鐘等應顯示準確，工作可靠。

5.1.7 箱內裝有需接地要求的電器，其外殼應可靠接地。

5.1.8 主要電器安裝位置應考慮一次走線順序合理、方便。

電器安裝還應考慮絕緣距離，即電氣間隙和爬電距離。對于非均勻電場以及污染等級為3，額定沖擊耐受電壓Uimp=6kV時，電氣間隙應不小于5.5mm，而對于其它條件的電氣間隙應根據標準GB7251給予修正。對于污染等級為3、材料組別為Ⅲ、額定絕緣電壓630V/660V/690V時，爬電距離應不小于10mm，而對于其它條件的爬電間隙同樣應根據標準GB7251給予修正。

5.2 配電箱整體及走線特點

配電箱內部根據一次系統圖線路及主要元器件的外形，內部元器件布置合理，結構緊湊，滿足標準的電氣間隙及爬電距離，一次走線順序合理，充分考慮進線開關的接線能力，根據進線電纜規格大小，預留合適空間方便進出線。

箱門安裝指示燈、按鈕等器件，排列合理，安全可靠，外形美觀。接線端及零排、接地排均有絕緣防護措施。配電箱的金屬骨架及其安裝于箱內的電器元件的金屬支架均符合技術條件的接地，且與專門的接地導體連接牢固，專用接地導體能夠承受可能出現的最大短時耐受電流；配電箱的接地導體與其他配電箱接地導體連接。

配電箱安裝時，應根據圖紙作主母線聯結。并對母線表面作好清潔處理，然后用螺栓緊固。并進行電纜或架空布線工作。

為確保操作人員的安全，且便于運行、維護、檢查、監視、檢修和試驗。二次配線應美觀規范，橫平豎直、配置堅固、層次分明、整齊美觀，所有電器元件、端子排，小母線及連接導線均有元件號及線號的標識。標識均需完整、清楚、牢固、不褪色。

6 結束語

綜上所述，配電箱的電氣設計以及生產制造過程是一項非常瑣碎的工作，但更應該將配電箱的設計和制造趨向于市場化、人性化、合理化。作為設計人員需要不斷學習國家標準，借鑒國外大公司先進經驗，設計出更優質、更安全、更合理的產品。