低压配电箱电气设计浅析

徐冉冉

摘要：電力系统安全运行直接关系到电网安全和企业用电的持续性、稳定性，也直接影响着居民用电的质量和社会稳定。开关柜主要应用于大型企业、机场、医院、学校和高层小区等场合，在电力系统中具有线路关合、电能转换、状态监测和故障保护功能，属于电力系统中重要的开关设备。同时对于智能变电站，站用变低压开关柜作为变电站内部的重要组成部分，是保障智能变电站安全、可靠运行的重要保障;对其进行智能化升级或改造，是建设智能变电站的重要措施，是为变电站提供各类稳定、可靠的电源的基础。本文基于低压开关柜标准化设计分析展开论述。

关键词：低压;开关柜;标准化;设计分析

引言

当电力系统中某一段出现故障时，开关柜应能够快速切断故障支路，并按照故障的类别报警，提示工作人员进行线路维护和检修。随着市场需求和客户个性化功能要求的不断增加，开关柜的市场占有率不断增加，同时对开关柜的安全性和智能化水平的要求也越来越高。实现低压开关柜的智能化的方案有很多，通过对低压开关柜标准化设计的提高，可有效提供低压开关柜的智能化水平，为国内电力大数据建设提供原始的一小步。

1.现代低压配电箱的设计与功能简述

现代低压配电箱是连接电网和电能用户的重要环节，其操作的灵活性、可靠性对系统供电质量的提高至关重要。低压配电箱能够有效提高电网供电的灵活性和减少故障停电时间。不同于传统的配电箱，现代配电箱的自动和信息化的水平不断提高，其特点一般包括能够实现台区负荷的有效划分、能够实现针对性的无功补偿、能够完成对电力系统运行参数的实时检测、各项保护功能完善等众多方面。上述优势一方面能够显著的提高配网供电的可靠性和电能质量，实现电网运行过程中电压和功率因数等参数的优化，另一方面借助先进的控制系统设计，能够有效对过压、过流以及谐波等异常情况进行保护，同时，具有优良的动态响应能力。

2.具体的设计要点分析

2.1低压配电箱的线路设计

现代低压配电箱的线路设计包括配电箱的电气接线图设计以及线路导线的选型等内容。对此，可以从以下方面进行考虑：首先，关于电气接线图的设计。配电箱的电气接线图是低压配电箱设计最基本内容之一，在实际的电气接线设计过程中，设计者应当综合考虑配电箱的负荷特性、大小和供电回路的特点，如根据负荷额定和短路电流等确定各回路导线导体的截面积、型号、材质以及保护器件的性能。同时，考虑到配电箱各负荷不可能总以额定功率和同一时间运行，因此，在设计和选型时，应当结合实际负荷的特性，借助同时系数等参数确定配电箱的最大功率;同时，关于导线的选型。根据实际应用要求和材料自身的特点，现代低压配电箱母线一般以铜、铝材料为主。在实际的配电箱导线选型时，设计者应当充分把握交流供电中特有的集肤效应和邻近效应等对导线截面、通流能力的影响，同时，应当重视配电箱线路的散热和布线设计。此外，设计时还应当重视线路和保护装置之间的配合，充分考虑各部分之间的相互干扰[1]。

2.2低压配电箱的结构设计

低压配电箱的电气结构设计主要考虑箱体的散热问题。在实际运行过程中，低压配电箱会受到多个方面因素的影响而产生箱体温度过高的问题，比如阳光照射、夏季暑热以及用电高峰期产生的高负荷都有可能导致低压配电箱箱内温度过高的现象出现，过高的温度会对低压配电箱箱内的元器件运行状态产生影响。因此，在进行低压配电箱结构设计的时候，要做好以下几个方面的工作。一是要以提升散热性能为原则进行低压配电箱箱体结构设计。可以通过增强通风效果和安装遮挡装置两种途径来实现。其中增强通风效果主要是在保证低压配电箱防护等级的基础上，通过增加箱体的散热出口面积来实现。而安装遮挡装置主要是为了避免雨水、阳光以及杂物等对低压配电箱产生不利影响所采取的加装纱网和挡板的防护措施。二是根据实际情况尽可能的选择容量较大的内部器件。容量较大的内部器件能够有效负担低压配电箱的负荷，从而避免因负荷过高造成箱内温度升高的问题出现。三是合理布局内部器件。为了减少箱体发热的问题，在进行箱内元器件布局设计的时候，要优先考虑容易发热和散热要求比较高的器件布局，以此来通过优化箱内器件布局来相应的增加散热效果。上文分析中提到低压配电箱的安装方式有明装和暗装两种。根据实际需求的不同，在配电箱结构设计要注重以下几个方面。一是配电箱箱体可以采用不锈钢或者是冷轧钢板制成，外部进行喷塑处理。二是低压配电箱向内的开关必须要以凸出的方式进行安装，便于以后操作和管理。三是低压配电箱的箱底要设置有进出线装置，同时根据低压配电箱内的电气回路选择单排结构或者是双排结构。另外如果低压配电箱选择明装的安装方式，那么可以为低压配电箱设计可拆装式的挂耳，这样既具有方便、实用的优势，同时还通过独立包装的方式来避免运输过程中的碰撞损坏问题。

2.3电器的选择

根据设计图纸技术参数以及招标文件对主要元器件的技术参数、功能特点以及厂家的选择范围等方面的要求，选择满足所有要求的主要电器，并符合国家现行的有关标准以及下列要求：第一，电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应;第二，电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流，一般断路器的额定电流应不小于回路计算电流的1.3倍;第三，电器的额定频率应与所在回路的频率相适应;第四，电器应适应所在场所的环境条件;第五，电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求。用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。简单的电流计算可由以下公式得出：感应电机的满负荷电流Ia：三相电机：Ia=Pnx1，000/（√3xUxηxcosφ）单相电机：Ia=Pnx1，000/（Uxηxcosφ）式中：Ia-需用电流，A;Pn-额定功率，kW;U-对三相电机，为相间电压;对单相电机，为接线端间电压，V;η-效率，即：输出kW/输入kW;cosφ-功率因数，即：输入kW/输入kVA。电阻型加热设备和白炽灯电流Ia（即cosφ=1）：三相：Ia=Pn/（√3xU）单相：Ia=Pn/U电器的选择至关重要，如选择不正确，轻者可引起操作故障、误动作，严重的可引起低压成套开关设备的内外温度过高、发热，甚至引起火灾、爆炸，对某些控制回路的突然断电会造成主回路中的电器设备突然断电而停止工作，或过载拒动使得回路中电器设备过载使用而损坏等。

2.4电器设计

低压配电箱的电器设计主要体现在元件选择、元件布局以及其他方面的安装设计要求。首先，在元件选择方面，要选择质量符合规范要求、型号参数与低压配电箱实际效能相适应的元件。同时要科学合理的确定低压配电箱内部保护装置的动作值，确保元件的运行安全，避免保护装置进行重复设置。其次，在元件布局方面，元件的布局应当便于配电箱的一次走线要求，并且各个元件之间能够保持相对独立。另外，在进行电器设计安装的时候，还要确保低压配电箱内各个元件都能够进行可靠的接地，并且信号回路中的各个元件之间能够互相独立、正常工作。

结论：

简而言之，经济社会的快速发展和电气科学技术的不断革新，电气设备在人们生产生活中得到越来越广泛的应用，电气设备的技术更加复杂，相应的电气设备的运行可靠性、功能性和经济性都提出了相应的要求。低压配电箱在很多领域中都有着广泛的应用，具有分断能力强，动热稳定性好的特点，随着相关应用要求的不断提高，低压配电箱的电气设计也应当更加的优化。基于此，本文对低压配电箱的电气设计进行了相关的分析和探究。

参考文献：

[1]韩瑾.高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探讨[J].工程建设与设计，2018，（08）：80-81.

[2]董斌.建筑电气设计中低压配电系统安全性分析与阐述[J].智能城市，2017，3（1）：245.

[3]刘振宇.低压配电箱的电气设计探讨[J].硅谷，2014，7（10）：163，154.