GCK型抽屉式低压开关柜的发展趋势与改进设计

摘要：随着我国经济的持续发展，电力负荷要求也随之迅猛增长，为改善电力终端的电能使用灵活性以及可靠性，开发应用低压配电柜有重要意义。文章对GCK型抽屉式低压开关柜的发展趋势与改进设计进行了探讨。

关键词：低压开关柜；配电设备；电力负荷；电力终端；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM591 文章编号：1009-2374（2016）02-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.017

GCK型抽屉式低压开关柜的柜体结构为组合装配式，以2200mm高出线柜为例，其垂直主母線能够达到3200A以上，同时单出线母线已达到800A以上，以前一台柜最多只能够安置9个抽屉。随着技术的不断创新，根据出线断路器不同电流值选择，现大部分厂家均可做到1/2、1/4抽屉了，甚至于个别厂家做到了1/8抽屉。换句话说，一台柜可以装更多抽屉，能够容纳更多主电路，因而使用更加灵活方便，适用范围更加广泛。不过目前GCK型抽屉式低压开关柜仍然存在一些设计问题，需要进一步改进发展。

1 GCK型抽屉式低压开关柜的问题

1.1 主电路触头接触不良问题

因为GCK型开关柜的开关通过后底板连接是使用插头插座的形式，所以接触电阻要比面板形连接显著加大。同时这一功能单元往往需要经常性的插拔，因而容易出现松动导致触头间的紧固力不够，导电性能下降或者触头积累尘埃，并且由于裸露在空气中而出现金属氧化物，最终导致触头间接触电阻增加而发热加大。

1.2 功能元器件设计存在问题

国内部分厂商生产的GCK型开关柜，抽屉中的空气断路器横向安装，违背低压配电规范以及安装要求，这是因为横向安装断路器，断路器中的空气凝露，触头发热而掉落碎件容易引发断路器出现三相短路问题，并且动、静触头动作中因为啮合不到位也容易出现接触不良问题，从而削弱过流能力并在严重情况下发热烧毁。此外，二次保护脱扣也容易受自重和机械摩擦力的影响出现吸合力矩的不够而发卡，同时空开断路器的横向安装违背灭弧机理容易出现弧光断路，不利于保障设备与人身的安全。

1.3 抽屉柜受令操作开关容易卡掣

GCK型开关柜的装置结构常见的有两种：一种是使用弧制钢板舌片同锁锭钢条连杆固定开关柜的两侧，实现抽屉单元柜的锁锭。这一工艺的结构比较简单，并且维护较为方便，发生卡阻问题的概率不大；另一种是使用联锁以及断路器组成独立结构，锁锭点在抽屉的底部导向件。这一结构的零部件比较多，同时功能装置也比较复杂，精度要求高，容易出现操作开关的受阻问题。

1.4 断路器保护有待改进

GCK型开关柜中的断路器主要功能是出现线路过流短路问题时，可以自动控制分合闸。操作功能能够选择手动或者是自动的方式。GCK型开关柜的断路器必须有失压速断、过流保护的作用，并且可以随意设定参数，从而满足断路器的过载长延时以及短路短延时特性。过去大部分GCK型开关柜的断路器却难以实现这些功能。随着技术的发展，现在基本上所有国内外断路器生产厂家均能配套此部分功能，可以由用户根据实际需求自行选配。

2 抽屉式低压开关柜的发展趋势

2.1 外形紧凑化

随着我国城市化以及工业化进程的发展，土地资源日益紧缺，因此各个企业都出于经济实用目的的考虑，追求合理利用已有的土地资源，从而最大限度降低成本。这也就要求GCK型开关柜在设计过程中选出优化设计的方案。低压开关柜根据安装断路器方式的不同能够分成固定分隔式以及抽屉式，其中抽屉式抵押开关柜主要在电动机的回路中，抽屉中除了能够装接触器、断路器、马达保护器、互感器等元器件之外，还可以容纳比较多的二次元器件。除此之外，每种不同点抽屉都有不同种类的模数规格，能够根据回路额定电流的不同以及所装元器件外形方面的不同来进一步决定抽屉数量，这样一来就能够显著改善低压柜柜内的空间利用效率。

2.2 结构模块化以及标准化

目前各个开关柜企业为改善自身在行业中的市场竞争力，持续引进国外的先进数控加工设备以及柔性加工线，从而不断提高加工工艺水平，GCK型开关柜的各个骨架部件向着标准化以及模块化的方向发展，同时各个部件均设置模数化的安装孔，有利于组装以及拆卸，并且提前做好部件的库存准备，进一步降低单体项目生产的周期。

2.3 提高可靠性

由于我国的幅员非常辽阔，各地的气候以及环境条件有很大区别，特别是那些高海拔地区环境较为恶劣。GCK型开关柜要想在高海拔以及恶劣环境中运行，必须提高其可靠性。

2.4 应用计算机技术

微电子技术以及计算机技术已经逐渐渗透到低压的成套开关设备以及控制设备的设计制造过程中。这些智能控制技术主要是由智能控制器、智能监控器以及信息采集系统等部分联合组成，形成了本机、上位机以及环境负载信息之间的交换，并且借助于通信来实现状态的实时观测，例如开关状态、电流状态、功率状态、峰值电流、操作次数、接地故障、电网状态等，并且能够发出回馈的信息，经过综合判断信息，通过不同的输出口发出相应的指令，从而完成针对性的操作。采用智能型的开关装置，能够在一定程度上预期诊断潜在的事故，从而显著降低事故的发生几率。

3 GCK型抽屉式低压开关柜的改进设计

3.1 外形紧凑化设计

低压开关柜从安装断路器方式上能够分成固定分隔式以及抽屉式。GCK型抽屉式低压开关柜广泛应用于厂房、房地产等配电房，除作进出线电源使用，还可用在电动机的回路中，作控制电源使用。抽屉内部除能够安装接触器、断路器、马达保护器以及互感器等元器件之外，还可以容纳各种二次元器件。不同的抽屉有着不同的模数规格，能够根据回路额定电流的高低以及安装元器件相关的大小进一步决定抽屉数量，确保GCK型开关柜的柜内空间能够得到高效利用。电动机出现回路故障，不能仅仅考虑断路器，还需要考虑抽屉中内其元器件潜在的故障问题。GCK型开关柜可以在抽屉式的基础上，逐渐过渡到组合式结构，这也是抽屉式开关柜一个重要的发展趋势。采用组合式的结构，抽屉除了可以搭配固定分隔柜，还可以搭配变频器或者是框架断路器等，从而实现降低柜子数量的效果。最初的GCK型开关柜标准柜型，其主母线设置在柜后，出线则在柜侧，柜宽通常≥1000mm。通过设计成为后出线，主母线设置在柜顶，而出线则放置在柜后，柜宽能够控制在600mm，并且小电流断路器的最小柜宽能够<400mm，进一步实现GCK型开关柜的紧凑化。

3.2 标准化以及模块化设计

目前产能较高的GCK型开关柜企业之所以可以高效生产大量订单，主要是因为其柜体结构的模块化以及标准化水平比较高。标准模块的种类比较少，能够实现流水线作业，并且每个模块由专门的工作人员负责组装，能够保证安装精度以及熟练度，大大减少装配的时间。目前GCK型抽屉式低压开关柜普遍存在着柜体结构制造精度比较低、无统一标准的问题，只能在同一厂家产品内实现同一模数抽屉之间的互换，暂时无法实现行业内同模数抽屉间的互换，严重影响到相应回路维护检修的更换效率與难度。国家或者行业内应尽快出台一套完善标准规范文件，以规范这一工艺缺陷。另外，大电流的抽屉则存在着缺乏可靠推进机构的现象，长期存在于抽屉推进推出过程中的主电路接受力太大，柜体以及抽屉容易出现变形，使得一、二次接插件的接触不够可靠。GCK型开关柜应当针对这一缺陷，在大电流抽屉的设计方面，在原有推进机构的基础上做出相应改进措施，使推进结构可以更加省力，一、二次接插件的接触更加可靠。

3.3 智能化设计

双向通讯可以说是第四代低压电器最为主要的一个特征，尤其是现场总线技术发展以及可通信电器出现，给GCK型开关柜的设计带来了革命性进步，有利于GCK型开关柜实现智能化、通讯化以及网络化。GCK型开关柜中的一、二次回路，其内部隔室需要分隔明确，目前存在的强弱电混合现象，容易出现干扰问题，可以在回路中添加双二次插从而解决这一问题。GCK型开关柜设计过程中可以在二次插中加入专用通讯插头，左边为普通的二次插，右边为通讯插头，避免插头之间的互相干扰。

3.4 可靠性设计

当GCK型开关柜处于环境恶劣中，粉尘比较多的时候，设计的防护等级需要在IP54。应当使用玻璃门并且加密封条柜型，从而提高可靠性。如果电流>500A时，GCK型开关柜的柜体应当使用防磁骨架，从而降低涡流的出现。在散热方面采用多层母排搭接，减少搭接面积，紧固螺钉使用8.8级不锈钢螺钉，并且大电流断路器安装板使用叠后弯边或者搭配加强筋，从而提高GCK型开关柜的柜体强度。

综上所述，低压开关柜可以说是低压配电系统中最为关键的成套设备，因此在电力系统中有着重要作用。GCK型抽屉式低压开关柜应当进一步提高通信化、自动化以及智能化水平，更好地为企业以及工程项目服务，一方面改善电网质量，另一方面有效控制电量，提高电网运行的经济效益与社会效益。

参考文献

[1]叶丽萍.低压配电拒的开发与应用探讨[J].实用科技，2014，20（19）.

[2]薛俊鹏，陈家涛.浅谈国内外低压配电拒的发展趋势[J].民营科技，2014，10（5）.

[3]何瑞华.我国低压电器新世纪发展策略探讨[J].低压电器，2014，12（10）.

作者简介：李志刚（1982-），男，广东江门人，广东省新会电器厂有限公司电气工程师，研究方向：配电成套设备电气设计。

（责任编辑：陈 洁）