GCH系列低压开关柜技术任务

0GCH系列交流低压混合式开关柜试制技术任务书广东省新会市金利开关厂一九九八年十二月11．任务由来及内容简要GCH系列混合式开关柜是我厂通过市场预测、调研、综合应用先进技术，优化组合开发出的一种新产品，符合IEC-439、NEMAICS2～322、GB7251-87、GB9466-88和IBK36001-89等标准。它将插入式元件的固定柜体和抽屉式柜体混合应用，是我厂为了搞活经济、扩大市场、开发的新产品。将厂现有成套产品技术上一个新台阶。1997年初通过厂技术开发工作会议确定下达GCH系列交流低压混合式开关柜的研制任务，同时征得省行业办、省科技局报批，其技术指标如下：a.主要电气性能完全符合国际、国内标准要求；b.具有完整的系列及通用性；c.具有多种功能单元组合拼装；d.采用新工艺，结构用插入式元件的固定柜体和抽屉式柜体混合应用e.操作维护方便，满足对人体、电力系统和设备本身的安全要求；f.优化工艺、节省工时、节约材料、降低成本。新设计的GCH系列混合式开关柜除具备以上特点外，还不仅要进入国际先进水平，还应根据我国低压电器元件发展的实际情况，使之适用我国当前农网、电网等设备的改造。2．国内外概况及发展趋势2．1国内概况50年代初期，我国开始生产从苏联引进的动力配电箱，是苏联40年代的产品，后期对这种产品略加修改，将NP-500型无填料熔断器用RM10熔断器替换，但仍旧保持了原产品的电气性能，一、二次方案和结构特征，将其型号改为XL-14动力配电箱，提供国内市场，随着我国电力系统容量不断增大，XL-14动力配电箱已不能满足用户的要求。随后发展了XL-15型动力配电箱和BSL交流低压柜，以上这两种产品电气组合方案少，只具有作为分支回路馈电和提供短路保护这一种功能。其采用焊装结构，费工又费料，标准化和通用化程度极差，安装使用均不方便，同时又极不安全。2．2国外概况国外从50年代开始，对低压电器和低压配电装置就进行着更新换代，2后期出现了拼装结构，由于多级供电和生产结构改革的需要，低压配电装置逐渐形成了以“动力中心”和“控制中心”为主体的产品系列，以适应新的形势；控制中心是由一个或多个立式的封闭型控制柜所组成，每个柜又是由一些具有独立功能的组合式电动机控制单元组成，这些单元以上下重叠的方式放在控制柜里，并分别并联于垂直母线上，各柜之间又用水平主母线联结在一起，（也可以单柜运行，直接与电缆或母线联结），每个单元都是一个具有独立功能的回路，回路之间互相隔离，并有连续可靠的接地系统，控制电动机的功率从0.5KW到300KW，额定的电压等级较多。（见表1）。电动机控制中心额定电压表1国别额定电压（AC）V美国115200230460575英国115220240380415440550660德国2442601252203805501000日本220440550以适应各种需要；水平母线的额定电流最高可达6000A（德国），分成若干等级（见表2）电动机控制中心水平母线额定电流表2国别项目美国英国德国日本水平母线额定电流（A）600800800100010001000120012001200250016002000200024003000300040006000垂直母线的额定电流经常采用的是400A及600A两个等级，有的国家3对额定分断能力不作规定，（英国和西德未规定额定分断能力）为了适应各种不同的情况，美国和日本对额定分断能力作了明确规定，从5KA起直至42KA。（见表3）电动机控制中心额定分断能力表3国别分断能力KA（有效值）美国1014223042日本57510141822253042制造厂明确地保证控制中心的分断能力，例如日本东芝公司新将所生产的TC型电动机控制中心的分断能力定为三个等级。（见表4）TN型低压配电装置分断能力等级表4变压器容量★分断容量型号500KVA1000KVA2000KVA（15KA）（35KA）（50KA）TN15（H、S）0TN30（H、S）00TN50（H、S）000注：a.TN-H为动力中心，TN-S为控制中心。b.0表示适用范围。c.★表示变压器容量或线路上的预期短路电流值。任用户选择，100KA等级一般不常用，只用在TF型控制中心上，日本各厂家均按不同的分断能力把动力中心和控制中心分成几个等级，它的优点在于不盲目的和无选择性的追求高分断能力，用户可按具体需要选择动力中心或控制中心的型号和分断能力，这样就避免了大材小用，更重要的是降低了设备出厂价格，使其在国际市场上具有第一流的竞争能力，日本各厂家的具体作法是在采用高分断能力的断路器（例如东芝公司在TF型电动机控制中心采用A225型自动空气开关，该开关额定电流225A，极限4分断能力为100KA）的同时还采用较低分断能力的开关元件，在TN型电动机控制中心则取用S225型自动空气开关，该开关额定电流225A，极限分断能力为30KA，由于不同分断能力的自动开关，价格相差可达数倍。因此，导致成套装置出厂价格的极大差异，70年代以来日本对“限流线”的广泛采用，更增加了这种特色，东芝公司在TN型成套装置中采用分断能力较低的S型和E型自动空气开关，并与限流线配用来提高分断能力，得到比较理想的效果。60年代初期，国外就开始普遍的采用拼装结构，按模数关系构成基本框架，并引用了空间组合六面体的概念。把基本框架所包含的六面体分为水平母线（主母线）、垂直母线、电缆和设备安装等四个区，每个区都是一个六面体空间。框架包含的空间是四个的总和。并把占有独立电气功能的元件组合在一起，作为一个单元。这些单元也相应的占有一个六面体空间，这些空间按模数关系排列，并包容于设备安装区内；引用组合六面体的概念，改变了过去毫无规律的元件布置方式，进而做到采用数学分析的方法来进行结构设计，为配电装置进一步实现标准化、系列化和组合化奠定了牢固的基础，达到目前的水平，国外也经历了几个阶段，从固定式、半插入式（由一个元件构成一个单元半抽屉式或一个以上的元件构成一个单元，进线采用自动接插出线用紧固件联结）最后发展到全抽屉式（由一个以上的元件构成一个单元进出线均采用全接插）。目前世界各主要工业国家都在抽屉式的基础上发展。每三至五年，在结构上就有一次较大的改革。从引进的国外产品样本上提供的资料来分析比较（见表5）。从表5中所列的一些主要性能和产品实物的情况来分析，国外产品全部采用封闭式结构回路和功能单元之间均有可靠的隔离措施，广泛采用绝缘母线或全封闭式的组合母线，减少了母线短路的机会，又保证了人身安全，二次接线全部采用多芯软线和线端冷轧铜接头，提高了二次回路的可靠性，运行可靠、维修方便。技术参数均较高，水平母线电流高达6000A，动稳定电流可达176KA，热稳定电流高达100KA，绝大部分采用拼装结构，按功能组成标准单元，进行拼装，省工省料，方案多样化。零、部、组件可预投产，生产周期短，技术经济指标较高，有很好的市场竞争能力。52．3今后发展趋势从考查我国引进国外成套配电装置的情况来看，有日本、德国、法国、美国、意大利等国的产品。90年代，国外平均2-3年就进行一次产品换代，每一代产品，比上一代都有较大的改进，每一次换代都向安全、可靠、合理、经济这几个重要方面前进一步，目前由于电力系统容量不断增大，节能的需要迫切，控制中心的发展除了保持既有的特点以外，必然会向高分断能力和低损耗（包括设备本身，和设备为供电方式提供的节能因数）方面发展。2．设计依据本设计参照国外先进技术，例施耐特公司，ABB公司的低压开关柜，结合我国现行产品，如GCK、GCS进行综合优化设计，直接采用IEC439、NEMAICS-2～322、GB7251-87、GB9466-88和ZB36001-89等标准。尽量采用新技术、新工艺、新元件和新的结构，特别指出应将插入式固定结构和抽屉式组装结构混合应用等项措施作为设计的重要内容。设计的新产品将作为我厂更新换代产品。4．定义、适用范围及基本参数4．1定义GCH系列混合式开关柜是由一个或多个功能单元组成，是由一些插入式元件的固定柜和抽屉式组装柜将其主电路开关器件和控制、测量元件按功能规定的功能单元电路汇集而成的功能单元。多功能单元按上下重叠的方式安装在封闭式柜体内，并与设置在柜内的垂直母线连接。（并联）这种连接一般采用插接式元件或插接件实现；也可以将各个单元用抽屉式连接在母线上。4．2GCH系列混合式开关柜应在下列条件下正常工作。a.海拔高度不超过2000m。b.没有粉尘、腐蚀气体和雨水侵袭的户内。c.环境温度，周围空气温度不高于+40℃，而在24小时周期内的平均温度不高于+40℃，周围温度不低于-5℃。6d.安装倾斜度不超过5度。4．3基本参数a.额定工作电压：AC380V（三相50赫）。b.水平母线额定电流：1000、1600、2000、2500、3200、4000A。c.垂直母线额定电流：400、630、1000、1600A。d.分支回路的最大电流：630A。e.热稳定电流：15、30、50、80KA（有效值）母线短时耐受电流。f.动稳定电流；30、65、110、135KA（峰值）母线峰值耐受电流。3．结构5.1柜体基本结构尺寸应按照GB3047.1-82的规定并优先选用GCK、GCS等国内产品尺寸。柜体采用固定式和抽屉式混合结构，在柜的六面体空间内应划分为水平母线区、垂直母线区、电缆区和设备安装区四个部分，各功能单元和设备应布置在规定的区域内，每个区均构成一个六面体空间，四个六面体空间的和应等于柜的总空间。（见图1）5.2在结构设计上应考虑到尽可能的增大设备安装区的空间，并最有效的利用这个空间。因此，应使每一个功能单元在结构上按模数组合排列，最小的一个单元空间应能整除设备安装区的空间，以便得到更多单元组合。籍此得到最多的电气方案组合。（见图2）5.3采用薄壁C型材作为柜的基本结构用型材。这种型材除了能满足结构强度的要求以外，还必须有可能在型材上冲置结构连接孔和设备安装孔；要求这种孔的轴线互成90度角。5．4基本结构应采用高强度螺栓连结方式连接，连结板应有定位作用，保证结构件就位，压板上应有保证接地连续的措施。5．5结构的基本构件，门、板等采用环氧粉末涂料涂复，管的内壁也必须有完整的涂层。5．6为了达到接地连续的目的，附有环氧涂层的各结构件零部件互相连结应有清除涂膜的措施，清除涂膜后的金属表面必须保证具有永久导电性。5．7柜体主结构应按照设备承重、操作应力，短路机械应力，起吊、运输和安装时所能承受的各种应力逐项计算。计算条件，假设结构处于最大的7载荷和最不利的极限条件下；结构安全系数不应小于3，受梁内应力的构件挠度不大于1/400，在临界受力条件下柜的任何构件不允许产生塑性变形。5．8结构应在保证满足机构强度，电气性能和安全要求的前提下力求简化，提高零部件的标准化和通用率。5．9柜与柜，相同的单元与单元之间应做到完全互换。5．10母线系统应保证能承受176KA动稳定试验所产生的应力，（水平母线）。5．11柜的防护等级按IEC-144、IP40。6．主回路及元件选择与安装6．1主电路方案6.1.1主电路方案应以每一功能单元为单位，按功能和容量等级分别作出独立结线方案，这种方案必须保证满足规定的功能要求，同时还必须满足安全的要求。6.1.2包括在一个功能单元的各个独立的元件或组件可以在互相协调的情下，完成同一功能。6.1.3250A以上的进线单元或母线连络单元，均应具有三段保护特性。6.1.4每一回路均应具有短路保护特性。（短路电流值必须与设备的额定短路电流值一致）控制电动机和照明负荷时还应具有过载保护特性，分支回路如用户要求时也可有过载特性，各种不同的功率单元均有漏电保护特性。若用户不需要时可以不安装相应的元件。6.1.5被控对象小于8KW或电流小于20A时，一个短路保护装置可对四个以下的控制对象提供保护，但几个被控制对象的电流总和，不允许超过保护装置额定容量的0.8。6.1.6装有照明或分支回路馈电单元（或由用户要求）应设置中性母线，以提供单相电源。6．2元件选择及安装6.2.1混合式开