淺談低壓配電柜的設計與選型

徐向華

上海寶臨電氣集團有限公司

0 前言

低壓配電裝置是額定頻率交流50 Hz，額定電壓380 V的配電系統，主要作用是進行電力分配，負責電能的保護、測量等，也是供電系統中的重要用電設備。低壓配電裝置可將經過變壓器的電壓分配到各個用電單元,用于低壓配電系統中動力、照明配電之用。

該類產品具有分斷能力強，動熱穩定性好，電氣方案靈活，組合方便，系列性、實用性強，結構新穎等特點。

根據輸配電原則，輸配電的概念包括三個方面，即輸電、變電、配電。其中輸電是指電能的傳輸，通過輸電，把相距甚遠的發電廠和負荷中心聯系起來，使電能的開發和利用超越地域的限制；變電是指利用一定的設備將電壓由低等級轉變為高等級（升壓）或由高等級轉變為低等級（降壓）的過程；配電則是消費電能地區內將電力分配至用戶的分配手段，直接為用戶服務。

由此可見，低壓配電柜主要承載了為用戶直接服務的功能，在輸配電系統中是極為重要的環節，是直接牽涉到最終用戶用電設備供電、用電安全的最后一道關卡。

1 低壓配電柜應用范圍

適用于建筑行業、各種工礦企業及變電所、三相交流380V/50Hz及以下電力系統動力、廠區照明配電等，用途廣泛，與人民生活息息相關，因此正確選擇低壓電器制作至關重要。

配電柜的作用：能起到配置電源的作用，當線路出現故障時，有利于控制故障范圍，方便找出故障點及時加以排除，無須大面積停電。另外，配電柜內方便放置各種保護設備，如：防止短路的熔斷器，防止過載的斷路器等，可以對線路和用電設備起到保護作用。即：將電氣元器件集中起來，方便使用、檢查及維護。

2 低壓電器選擇

低壓電器大體分為兩種[2]，一種是接通和斷開線路，例如斷路器和刀開關及隔離開關等；一種是保護電器，例如馬達保護器、火災保護器、熔斷器、熱繼電器、低壓斷路器的熱脫扣器等各類保護器件。

2.1 主要電器元器件的選型

2.1.1 配電用斷路器的選型

1）長延時動作電流整定為導線允許載流量的0.8～1倍。

2）3倍長延時動作電流整定值的可返回時間不小于線路中最大啟動電流的電動機的啟動時間。

3）可按照負載容量表進行選擇。

4）短延時動作電流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 kIedm）。

Ijx——線路計算負荷電流；

k——電動機啟動電流倍數；

Iedm——最大一臺電動機額定電流。

5）短延時時間按被保護對象的熱穩定校驗。

6）無短延時時，瞬時電流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 k1kIedm）。k1為電動機啟動電流的沖擊系數，取1.7～2。

7）各斷路器生產廠型號標識略有不同，圖1為斷路器型號標識示例（以施耐德公司框架斷路器選型為例）。

圖1

8）配電斷路器一般分為框架斷路器及塑殼斷路器，分別適用于大電流及小電流的應用場景?？蚣軘嗦菲骷八軞嗦菲鞯耐庑问疽鈭D見圖2。

圖2 框架斷路器及塑殼斷路器的外形示意圖

2.1.2 刀開關及隔離開關的選型

1）按額定電壓選：刀開關額定電壓≥刀開關工作電壓。

2）按額定電流選：刀開關額定電流≥刀開關工作電流。如電路中有電動機，工作電流應按電動機啟動電流計算。

圖3為隔離開關圖例（以施耐德公司產品為例）。

圖3 隔離開關

2.1.3 熔斷器熔體選型

1）按正常工作電流選擇，熔體額定電流≥線路計算電流。

2）按短路電流校驗動作靈敏性，Idmin/Ier≥Kr。Idmin——被保護線路最小短路電流；

Kr——熔斷器動作系數，一般為4。

3）在選擇熔斷器時還需注意它的安裝方式是否符合實際需求。

2.1.4 熱繼電器的選型

1）按電動機啟動時間選擇，tf=（0.5～0.7）td。

tf——熱繼電器在6Ie下的可返回時間；

td——熱繼電器在6Ie下的動作時間。

2）按電動機額定電流選擇，Iz=（0.95～1.05）Ied。

Iz——熱繼電器整定電流；

Ied——電動機額定電流。

圖4為熱繼電器圖例（以施耐德公司產品為例）。

圖4 熱繼電器

此類電器件一般與交流接觸器組合使用。

2.1.5 母線系統的選擇

1)根據圖紙及技術規范選擇；

2)根據銅母線載流量選擇。

2.2 低壓電器元件的配線選擇

常用導線標稱截面（mm2）排列如下：1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240。

1）1～10 mm2的導線載流量都是截面數值的5倍，約5～50 A；

2）16、25 mm2的導線載流量都是截面數值的4倍，約64～100 A；

3）35、50 mm2的導線載流量都是截面數值的3倍，約108～150 A；

4）70、95 mm2的導線載流量都是截面數值的2.5倍，約175～238 A；

5）120 mm2以上的導線載流量都是截面數值的2倍，約240 A左右。

若是穿管敷設（包括槽板等敷設，即導線加有保護套層，不明露），計算后，再乘0.8系數；若環境溫度超過25℃，計算后再乘0.9系數，若既穿管敷設，溫度又超過25℃，則可乘于0.7的系數。

低壓電器的導線按絕緣材料可分為[4]：YJV(交聯聚乙烯絕緣，銅芯，聚氯乙烯護套電力電纜)、YJV22（交聯聚乙烯絕緣，銅芯，鋼帶鎧裝，聚氯乙烯護套電力電纜）、YJV32（交聯聚乙烯絕緣，銅芯，細鋼絲鎧裝，聚氯乙烯護套電力電纜）、YJV43（交聯聚乙烯絕緣，銅芯，粗鋼絲鎧裝聚乙烯護套電力電纜）、YJLW02-Z(交聯聚乙烯絕緣，銅芯，波紋鋁護套聚氯乙烯護套阻水電力電纜)、ZR-YJLW03(交聯聚乙烯絕緣，銅芯，波紋鋁護套聚乙烯護套阻燃電力電纜)、VV（聚氯乙烯絕緣銅芯聚氯乙烯護套電纜）、VLV22(聚氯乙烯鋁芯鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電纜)、VV32（聚氯乙烯絕緣銅芯細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電纜）等。

2.3 低壓配電柜柜型的選擇

低壓配電柜的定義：

一個或多個低壓開關設備和與之相關的控制、測量、信號、保護、調節、按鈕、轉換開關等設備[3]，由制造廠負責完成所有內部的電氣和機械連接，用結構部件完整地組裝在一起的一種組合體，通常為立柜形式。

選擇依據為：

1）低壓柜型可分為固定插拔式和抽屜式；

2）按單臺出線回路的數量來確定柜型；

3）按照分隔型式的要求來選擇柜型；

4）根據IP等級要求選擇相應的柜型。

3 低壓配電柜的制作

3.1 使用材料

絕緣導線：帶屏蔽層絕緣導線；PVC線槽；PVC套管；壓線螺釘；壓線支架；各類壓線支持件；尼龍軋帶；接線端子；各類銅線接頭；元件符號標識；銘牌；緊固件等。

柜體板材一般選用1.5～2.5敷鋁鋅鋼板，門板材料為冷軋鋼板，厚度不低于2 mm。

3.2 設備與工具

設備：絕緣搖表；中英文打號碼管機；萬用表；調試車；兆歐表等；

工具：克絲鉗；尖嘴鉗；活動扳手；剝皮鉗；螺絲刀；壓線鉗；卷尺；電纜壓接儀；電動槍等。

3.3 工藝準備

1）先根據柜體圖紙[1]，將各零件組裝成柜體并安裝好各類支撐件；

2）根據圖紙要求領取所需的各種電器元件并仔細核對型號、規格、尺寸等進行出庫并進行拆包，保存好各類元器件的說明書及合格證等資料；

3）按圖紙、技術條件、裝配工藝要求進行裝機，裝配完畢后，著重檢查元件規格型號，外觀及安裝位置是否完好及合理；

4）按圖紙或工藝要求備齊二次配線所需材料，并核對型號、規格及進行外觀檢查；

5）檢測已裝配完成的產品是否干凈，清除浮灰，保證產品在整個過程中的整潔度。

3.4 工藝過程及要求

1）回路標號（俗稱號碼管）：根據圖紙導線容量選用相應規格的PVC線槽，6 mm2及其以下線徑的導線均在導線的兩端套上帶有線號的套管并且壓接適當的接線端子。

2）元件符號牌：用打號碼管機在符號紙上打印元件符號，在元件的上方或左右上方的結構件上粘貼符號牌。

3）接線端子組裝：按照圖紙要求的接線端子規格、數量組裝，在每片端子上插上標記號。

4）下線：根據產品型式及圖紙，對整個產品走線方案先作全面的構思，可沿產品的一側或兩側行線。如需兩側行線，同側產品兩側的導線數量應做到基本保持均勻。要考慮布線的美觀性，合理及節省導線，然后確定走線方案。

5）扎線：一般扎成圓形，使用尼龍軋帶將線束扎緊。扎線前應將線束整理整齊，盡量避免跳線現象。

6）導線的彎曲走向：當導線需要彎曲轉向時，應用手指或大排線鉗進行彎曲，不能使用鉗口鋒利的尖嘴鉗或克絲鉗進行彎曲，以免損傷到線束的絕緣層。

7）導線的敷設：導線若要穿過金屬板時套塑料管或在金屬板上安裝橡膠出線環。

8）線束固定：對全部采用線槽的產品，將導線順次放入槽內，應避免交合。行線完畢后，要夾緊線槽蓋。

9）剝線皮：接入元件接點的導線均稍留余量或從圓弧過渡接入接點，確定導線長度后，用剝皮鉗和電工刀剝皮，剝皮時不能損傷芯線。

10）接頭：端子的每個接點至多接兩根導線。

4 驗收規范

1）一般檢查：外觀、電氣間隙和爬電距離、母線元件等；

2）回路測試，測試一次和二次回路電壓等級是否滿足要求；

3）機械操作實驗：操作手柄和按鈕等空載下是否操作靈活；

4）保護接地電路連續性：對被測設備接地進行目測后，實驗儀器的接地端導線接在外部保護接地端子PE上，儀器測試端導線連接測試部位的外殼和相應保護接地裝置上，隨后記錄實驗結果，出示檢驗合格證明文件。

5 結語

低壓配電柜的設計、制作方法是一個系統性的工程。在設計過程中應對各類負載類型有充分了解，并對配電系統的性能有充分的估算。

根據國際電工委員會（IEC）標準規定以及現行的國家標準《低壓配電系統設計規范》的定義和要求，必須對低壓配電系統進行保護接地和保護接零。低壓配電系統分為IT、TT、TN三種形式?；谝陨系囊幎?，在設計相關的低壓配電回路中應充分考慮規范及要求的指導，嚴格按照相關規范設計和制造低壓配電裝置。同時，還應繼續完善設計方法，使低壓配電柜趨于更合理、更優化。