GCK型抽屜式低壓開關柜的發展趨勢與改進設計

摘要：隨著我國經濟的持續發展，電力負荷要求也隨之迅猛增長，為改善電力終端的電能使用靈活性以及可靠性，開發應用低壓配電柜有重要意義。文章對GCK型抽屜式低壓開關柜的發展趨勢與改進設計進行了探討。

關鍵詞：低壓開關柜；配電設備；電力負荷；電力終端；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM591 文章編號：1009-2374（2016）02-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.017

GCK型抽屜式低壓開關柜的柜體結構為組合裝配式，以2200mm高出線柜為例，其垂直主母線能夠達到3200A以上，同時單出線母線已達到800A以上，以前一臺柜最多只能夠安置9個抽屜。隨著技術的不斷創新，根據出線斷路器不同電流值選擇，現大部分廠家均可做到1/2、1/4抽屜了，甚至于個別廠家做到了1/8抽屜。換句話說，一臺柜可以裝更多抽屜，能夠容納更多主電路，因而使用更加靈活方便，適用范圍更加廣泛。不過目前GCK型抽屜式低壓開關柜仍然存在一些設計問題，需要進一步改進發展。

1 GCK型抽屜式低壓開關柜的問題

1.1 主電路觸頭接觸不良問題

因為GCK型開關柜的開關通過后底板連接是使用插頭插座的形式，所以接觸電阻要比面板形連接顯著加大。同時這一功能單元往往需要經常性的插拔，因而容易出現松動導致觸頭間的緊固力不夠，導電性能下降或者觸頭積累塵埃，并且由于裸露在空氣中而出現金屬氧化物，最終導致觸頭間接觸電阻增加而發熱加大。

1.2 功能元器件設計存在問題

國內部分廠商生產的GCK型開關柜，抽屜中的空氣斷路器橫向安裝，違背低壓配電規范以及安裝要求，這是因為橫向安裝斷路器，斷路器中的空氣凝露，觸頭發熱而掉落碎件容易引發斷路器出現三相短路問題，并且動、靜觸頭動作中因為嚙合不到位也容易出現接觸不良問題，從而削弱過流能力并在嚴重情況下發熱燒毀。此外，二次保護脫扣也容易受自重和機械摩擦力的影響出現吸合力矩的不夠而發卡，同時空開斷路器的橫向安裝違背滅弧機理容易出現弧光斷路，不利于保障設備與人身的安全。

1.3 抽屜柜受令操作開關容易卡掣

GCK型開關柜的裝置結構常見的有兩種：一種是使用弧制鋼板舌片同鎖錠鋼條連桿固定開關柜的兩側，實現抽屜單元柜的鎖錠。這一工藝的結構比較簡單，并且維護較為方便，發生卡阻問題的概率不大；另一種是使用聯鎖以及斷路器組成獨立結構，鎖錠點在抽屜的底部導向件。這一結構的零部件比較多，同時功能裝置也比較復雜，精度要求高，容易出現操作開關的受阻問題。

1.4 斷路器保護有待改進

GCK型開關柜中的斷路器主要功能是出現線路過流短路問題時，可以自動控制分合閘。操作功能能夠選擇手動或者是自動的方式。GCK型開關柜的斷路器必須有失壓速斷、過流保護的作用，并且可以隨意設定參數，從而滿足斷路器的過載長延時以及短路短延時特性。過去大部分GCK型開關柜的斷路器卻難以實現這些功能。隨著技術的發展，現在基本上所有國內外斷路器生產廠家均能配套此部分功能，可以由用戶根據實際需求自行選配。

2 抽屜式低壓開關柜的發展趨勢

2.1 外形緊湊化

隨著我國城市化以及工業化進程的發展，土地資源日益緊缺，因此各個企業都出于經濟實用目的的考慮，追求合理利用已有的土地資源，從而最大限度降低成本。這也就要求GCK型開關柜在設計過程中選出優化設計的方案。低壓開關柜根據安裝斷路器方式的不同能夠分成固定分隔式以及抽屜式，其中抽屜式抵押開關柜主要在電動機的回路中，抽屜中除了能夠裝接觸器、斷路器、馬達保護器、互感器等元器件之外，還可以容納比較多的二次元器件。除此之外，每種不同點抽屜都有不同種類的模數規格，能夠根據回路額定電流的不同以及所裝元器件外形方面的不同來進一步決定抽屜數量，這樣一來就能夠顯著改善低壓柜柜內的空間利用效率。

2.2 結構模塊化以及標準化

目前各個開關柜企業為改善自身在行業中的市場競爭力，持續引進國外的先進數控加工設備以及柔性加工線，從而不斷提高加工工藝水平，GCK型開關柜的各個骨架部件向著標準化以及模塊化的方向發展，同時各個部件均設置模數化的安裝孔，有利于組裝以及拆卸，并且提前做好部件的庫存準備，進一步降低單體項目生產的周期。

2.3 提高可靠性

由于我國的幅員非常遼闊，各地的氣候以及環境條件有很大區別，特別是那些高海拔地區環境較為惡劣。GCK型開關柜要想在高海拔以及惡劣環境中運行，必須提高其可靠性。

2.4 應用計算機技術

微電子技術以及計算機技術已經逐漸滲透到低壓的成套開關設備以及控制設備的設計制造過程中。這些智能控制技術主要是由智能控制器、智能監控器以及信息采集系統等部分聯合組成，形成了本機、上位機以及環境負載信息之間的交換，并且借助于通信來實現狀態的實時觀測，例如開關狀態、電流狀態、功率狀態、峰值電流、操作次數、接地故障、電網狀態等，并且能夠發出回饋的信息，經過綜合判斷信息，通過不同的輸出口發出相應的指令，從而完成針對性的操作。采用智能型的開關裝置，能夠在一定程度上預期診斷潛在的事故，從而顯著降低事故的發生幾率。

3 GCK型抽屜式低壓開關柜的改進設計

3.1 外形緊湊化設計

低壓開關柜從安裝斷路器方式上能夠分成固定分隔式以及抽屜式。GCK型抽屜式低壓開關柜廣泛應用于廠房、房地產等配電房，除作進出線電源使用，還可用在電動機的回路中，作控制電源使用。抽屜內部除能夠安裝接觸器、斷路器、馬達保護器以及互感器等元器件之外，還可以容納各種二次元器件。不同的抽屜有著不同的模數規格，能夠根據回路額定電流的高低以及安裝元器件相關的大小進一步決定抽屜數量，確保GCK型開關柜的柜內空間能夠得到高效利用。電動機出現回路故障，不能僅僅考慮斷路器，還需要考慮抽屜中內其元器件潛在的故障問題。GCK型開關柜可以在抽屜式的基礎上，逐漸過渡到組合式結構，這也是抽屜式開關柜一個重要的發展趨勢。采用組合式的結構，抽屜除了可以搭配固定分隔柜，還可以搭配變頻器或者是框架斷路器等，從而實現降低柜子數量的效果。最初的GCK型開關柜標準柜型，其主母線設置在柜后，出線則在柜側，柜寬通常≥1000mm。通過設計成為后出線，主母線設置在柜頂，而出線則放置在柜后，柜寬能夠控制在600mm，并且小電流斷路器的最小柜寬能夠<400mm，進一步實現GCK型開關柜的緊湊化。

3.2 標準化以及模塊化設計

目前產能較高的GCK型開關柜企業之所以可以高效生產大量訂單，主要是因為其柜體結構的模塊化以及標準化水平比較高。標準模塊的種類比較少，能夠實現流水線作業，并且每個模塊由專門的工作人員負責組裝，能夠保證安裝精度以及熟練度，大大減少裝配的時間。目前GCK型抽屜式低壓開關柜普遍存在著柜體結構制造精度比較低、無統一標準的問題，只能在同一廠家產品內實現同一模數抽屜之間的互換，暫時無法實現行業內同模數抽屜間的互換，嚴重影響到相應回路維護檢修的更換效率與難度。國家或者行業內應盡快出臺一套完善標準規范文件，以規范這一工藝缺陷。另外，大電流的抽屜則存在著缺乏可靠推進機構的現象，長期存在于抽屜推進推出過程中的主電路接受力太大，柜體以及抽屜容易出現變形，使得一、二次接插件的接觸不夠可靠。GCK型開關柜應當針對這一缺陷，在大電流抽屜的設計方面，在原有推進機構的基礎上做出相應改進措施，使推進結構可以更加省力，一、二次接插件的接觸更加可靠。

3.3 智能化設計

雙向通訊可以說是第四代低壓電器最為主要的一個特征，尤其是現場總線技術發展以及可通信電器出現，給GCK型開關柜的設計帶來了革命性進步，有利于GCK型開關柜實現智能化、通訊化以及網絡化。GCK型開關柜中的一、二次回路，其內部隔室需要分隔明確，目前存在的強弱電混合現象，容易出現干擾問題，可以在回路中添加雙二次插從而解決這一問題。GCK型開關柜設計過程中可以在二次插中加入專用通訊插頭，左邊為普通的二次插，右邊為通訊插頭，避免插頭之間的互相干擾。

3.4 可靠性設計

當GCK型開關柜處于環境惡劣中，粉塵比較多的時候，設計的防護等級需要在IP54。應當使用玻璃門并且加密封條柜型，從而提高可靠性。如果電流>500A時，GCK型開關柜的柜體應當使用防磁骨架，從而降低渦流的出現。在散熱方面采用多層母排搭接，減少搭接面積，緊固螺釘使用8.8級不銹鋼螺釘，并且大電流斷路器安裝板使用疊后彎邊或者搭配加強筋，從而提高GCK型開關柜的柜體強度。

綜上所述，低壓開關柜可以說是低壓配電系統中最為關鍵的成套設備，因此在電力系統中有著重要作用。GCK型抽屜式低壓開關柜應當進一步提高通信化、自動化以及智能化水平，更好地為企業以及工程項目服務，一方面改善電網質量，另一方面有效控制電量，提高電網運行的經濟效益與社會效益。

參考文獻

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作者簡介：李志剛（1982-），男，廣東江門人，廣東省新會電器廠有限公司電氣工程師，研究方向：配電成套設備電氣設計。

（責任編輯：陳 潔）