低壓直流配電柜結(jié)構(gòu)通用性設(shè)計(jì)

王金波

【摘 要】本文主要介紹了低壓直流配電柜的功能和工作原理，同時(shí)對(duì)總體結(jié)構(gòu)、銅排導(dǎo)流性能和其中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析

【關(guān)鍵詞】配電柜；爬電距離；空氣間隙；絕緣電阻；耐電壓

0 引言

隨著通信行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛建設(shè)，通信行業(yè)市場(chǎng)管理逐漸趨于正規(guī)化，在現(xiàn)有的競(jìng)標(biāo)模式下，如何能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的通信市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，成了各個(gè)供應(yīng)商首要關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題本文重點(diǎn)對(duì)通信機(jī)房中的直流配電柜進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求功能的前提下，提高了直流配電柜結(jié)構(gòu)的通用性，使產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)成為了可能。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)方案分析

低壓直流配電柜主要應(yīng)用于通信局站傳輸設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)列的端首，為本列通信設(shè)備進(jìn)行直流電源分配和故障告警，其結(jié)構(gòu)在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求性能指標(biāo)的前提下要滿足以下要求：

（1）配電柜組裝零部件要具有高度互換性，減少生產(chǎn)物料種類；

（2）單元結(jié)構(gòu)的配置靈活可靠，要滿足不同容量單元的安裝；

（3）銅排的選取要滿足配電柜載流量的要求；

（4）耐電壓水平：帶電回路兩導(dǎo)體之間及任一導(dǎo)體與機(jī)殼（或地）之間的耐電壓水平不小于1000V（DC），1min不擊穿、無(wú)飛弧；

（5）絕緣電阻：各帶電回路與地之間的絕緣電阻應(yīng)不小于10MΩ，試驗(yàn)電壓為500V（DC）；

1.2 總體布局設(shè)計(jì)

通常一臺(tái)低壓直流配電柜由柜體、內(nèi)部安裝件、銅排、斷路器以及告警單元五部分構(gòu)成。那么本次結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容就包含柜體設(shè)計(jì)、內(nèi)部安裝件設(shè)計(jì)、銅排設(shè)計(jì)這三部分，現(xiàn)以相同高度600mm寬的直流配電柜為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2.1 柜體設(shè)計(jì)

常見配電柜的柜體有焊接式和拼裝式兩種，本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于提高配電柜結(jié)構(gòu)的通用性，減少零件管理的成本，因此按照拼裝式機(jī)柜結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮。

既然兩種尺寸的拼裝柜體僅在深度方向上不同，那么我們可以考慮將不涉及深度尺寸的角部立柱、門板和上下包板作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的零件進(jìn)行大批量的生產(chǎn)、備貨，所有的拼裝式機(jī)柜角部立柱、門板和上下包板都一樣，這樣每次只需要加工上下蓋板、側(cè)條和側(cè)蓋板這三種關(guān)系到機(jī)柜深度的零件就可以完成一臺(tái)電源柜體的組裝。

1.2.2 內(nèi)部安裝件設(shè)計(jì)

要提高直流配電柜的通用性，那配電柜內(nèi)部的安裝尺寸、結(jié)構(gòu)形式和裝配方式必須統(tǒng)一。該類電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一按照中間安裝熔絲或空開、兩側(cè)進(jìn)行走線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，中間熔絲和空開的安裝尺寸都按照300mm寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么兩側(cè)的走線寬度也就確定了。

在這里最重要的就是安裝板的設(shè)計(jì)，以往配電柜中不管多少分路都設(shè)計(jì)一塊分路安裝板，那在實(shí)際的生產(chǎn)中我們就不得不面對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于不同分路的配電柜我們都必須重新設(shè)計(jì)它的分路安裝板，如果客戶對(duì)分路進(jìn)行了調(diào)整那我們已經(jīng)加工的分路安裝板就只能報(bào)廢處理。現(xiàn)在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)我們將分路安裝板做成標(biāo)準(zhǔn)20mm寬的窄板，在客戶選用不同分路時(shí)，我們選用不同數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)窄板再配合DZ47型材導(dǎo)軌，就能滿足客戶的需求，安裝也比較方便。

1.2.3 銅排設(shè)計(jì)

銅排的設(shè)計(jì)所遵循的首要原則就是必須滿足載流量。從實(shí)際使用的情況來(lái)看，機(jī)房?jī)?nèi)單臺(tái)配電柜的電流總輸入可以劃分為兩部分，一個(gè)是400A以下，另一個(gè)400A～630A。按照常用單層銅排載流量計(jì)算方法：

40℃時(shí)銅排載流量=排寬*厚度系數(shù)

厚度系數(shù)：母排12mm厚時(shí)為20；10mm厚時(shí)為18；8mm厚時(shí)為16；6mm厚時(shí)為14；5mm厚時(shí)為13；4mm厚時(shí)為12，；3mm厚時(shí)為11。

額定載流量為400A時(shí)，若選用3mm厚銅排，應(yīng)選用36.4mm以上寬度的銅排；額定載流量為630A時(shí)，若選用3mm厚銅排，應(yīng)選用57.3mm以上寬度銅排，若選用6mm厚銅排，應(yīng)選用45mm以上寬度銅排。

配電柜總輸入熔絲處的接入導(dǎo)電體考慮到連接銅鼻子的接觸面積，現(xiàn)將接入導(dǎo)電體和連接導(dǎo)電體的銅排都選用60mm寬、3mm厚的銅排，這樣在保證載流量的前提下減少了銅排的用料，而且統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)。但對(duì)于分路的單元導(dǎo)電體，當(dāng)總輸入630A的電流時(shí)若選用3mm的銅排，銅排寬度將近60mm寬，受配電柜內(nèi)部安裝尺寸限制將無(wú)法安裝，因此選用6mm厚、45mm寬的銅排作為總輸入630A時(shí)的單元導(dǎo)電體就能滿足要求。當(dāng)總輸入400A的電流時(shí)，我們就可以選用3mm厚、45mm寬的銅排作為單元導(dǎo)電體，這樣就能在保證內(nèi)部安裝尺寸的同時(shí)滿足不同安數(shù)的電流總輸入了。

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

作為一臺(tái)配電設(shè)備，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮到它的絕緣強(qiáng)度和電氣間隙。以下從配電柜的電氣間隙和絕緣強(qiáng)度等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。配電柜中需要考慮絕緣強(qiáng)度和電氣間隙的是整個(gè)帶電回路，在設(shè)計(jì)中也就是考慮銅排與柜體之間的絕緣強(qiáng)度和電氣間隙。

2.1 爬電距離和電氣間隙

銅排與柜體間連接最近的地方就是分路的單元導(dǎo)電體通過(guò)尼龍墊柱與分路安裝板進(jìn)行固定的地方。目前市面上的斷路器包括施奈德、正泰等品牌規(guī)格尺寸都是一致的，斷路器安裝孔底面距離安裝板23mm，因此單元導(dǎo)電體與分路安裝板之間的墊柱高度為23mm。通過(guò)查行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YDT 939-2014《傳輸設(shè)備用電源分配列柜》得知絕緣電壓≤60V、額定電流>63A時(shí)的爬電距離4mm、電氣間隙3mm。單元導(dǎo)電體與分路安裝板之間的尼龍墊柱用2個(gè)M5X10的盤頭螺釘固定，那么兩個(gè)螺釘之間最短距離為9mm，無(wú)論爬電距離或電氣間隙都滿足。

2.2 絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度

現(xiàn)在我們得知帶電回路與柜體之間的最接近處是空氣絕緣，且最小間距是9mm，根據(jù)均勻電場(chǎng)下絕緣電阻與絕緣厚度成正比，與導(dǎo)體面積成反比，即

取δ=9mm，A=19.625 mm2，經(jīng)查資料得知，在20℃時(shí)，空氣的電阻系數(shù)ρV=3×1010Ω·mm，計(jì)算可得RV≈1.376×1010Ω，絕緣電阻均遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。

按沖擊強(qiáng)度計(jì)算絕緣厚度公式為：

由（2）可知，絕緣厚度只與沖擊電壓有關(guān)，查資料得知空氣的長(zhǎng)期工頻擊穿強(qiáng)度為2KV/mm，將沖擊電壓UBIL=1000V，Eav=2KV/mm，代入（2）式得t=0.78mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的9mm。

再用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，首先確認(rèn)直流配電柜不與輸入電源和任何負(fù)載連接，使用500V直流檔絕緣電阻測(cè)試儀在常溫環(huán)境下測(cè)量單元導(dǎo)體與地排之間的絕緣電阻，測(cè)量值≥500ΜΩ，遠(yuǎn)大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)使用耐壓測(cè)試儀在單元導(dǎo)體與柜體之間以及單元導(dǎo)體與地排之間施加50Hz、1000V直流電壓1min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)擊穿和飛弧現(xiàn)象。

綜合以上分析和試驗(yàn)結(jié)果可知，直流配電柜的絕緣電阻和耐電壓水平均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 小結(jié)

低壓直流配電柜結(jié)構(gòu)通用性設(shè)計(jì)旨在提高生產(chǎn)單位的庫(kù)存管理效率并降低生產(chǎn)成本。通過(guò)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，可以大大減少零部件的種類，減少了庫(kù)房管理的壓力，同時(shí)有利于標(biāo)準(zhǔn)零部件的批量生產(chǎn)，從而有效的降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。其實(shí)不止是配電柜，對(duì)于其他任何產(chǎn)品來(lái)說(shuō)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)類型可以大大的方便企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，這也是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一種趨勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]廖運(yùn)發(fā)，等編.中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 939-2014《傳輸設(shè)備用電源分配列柜》，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布，2014年.

[2]吳京文，等編.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)YD/T585-2010《通信用配電設(shè)備》 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布，2012年.

[3]邱宣懷主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，1989年.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]