CN114361954B - 一种低压开关柜 - Google Patents

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CN114361954B CN202010209926.7A CN202010209926A CN114361954B CN 114361954 B CN114361954 B CN 114361954B CN 202010209926 A CN202010209926 A CN 202010209926A CN 114361954 B CN114361954 B CN 114361954B
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Abstract

一种低压开关柜，包括柜体、断路器、三条进线母线接至断路器的出线端、三条出线母线接至断路器的出线端。三条进线母线接至断路器的出线端经过几次垂直于或水平于柜体面板的折弯后向柜体外伸出；三条出线母线接至断路器的出线端经过几次垂直于或水平于柜体面板的折弯向左或向右转接再向上倾斜再以水平于柜体面板连接后向柜体外伸出，这样扩大了母线的装配空间，增加了电气安全距离，降低近极效应，解决了断路器下接线端子连接母线A/B/C三相母线，在开关柜的高度方向同向所造成的空间紧凑的电气间隙小造成的安全隐患，增强了母线的散热空间，有助于降低柜内的工作温度，确保低压开关柜的安全、稳定运行。与同类产品相比较节约大量铜排，经济效益显著。

Description

一种低压开关柜
技术领域
本申请涉及低压配电系统技术领域，具体涉及一种低压开关柜。
背景技术
随着社会的快速发展,对电力能源的需求越来越大，在整个配电网络中，低压开关柜起到控制和分配电能的重任。广泛用于建筑、工业、等场所。当前实现高安全、高可靠，同时兼顾经济性是开关柜发展的基础。但是传统低压进线开关柜，通常的母线走向布置是进线主母线铜排从柜顶引入，通过转接母排再接至断路器的上接线端子；断路器下接线端子也要通过转接母排连接，然后三相联络母线共同在开关柜高度方向往下延伸，在开关柜深度方向按ABC后中前排列，连接至返接母线，再从返接母线的另一侧，返接到柜内的出线主母线上。在设计母线结构时，一般按照母线的上中下、左中右、远中近的逻辑布置，而不注重断路器上下接线端子间空间的大小，和投入母排使用量的多少。设计开关柜要保证热稳定性和动稳定性。柜内温升是整个开关柜性能的重要指标，对柜内元器件有温升要求，母线能否有效的散热一直是设计中未能很好解决的问题。同时还要解决动稳定性，要求在异常情况下（短路）保证结构的可靠性。
如图1，方案1为传统低压进线开关柜900，进线主母线铜排910从柜顶引入，通过转接母排920，再接至断路器的上垂直接线端子930；断路器下接线端子940连接转接母排连接950，转接母排950通过竖直母排960连接于联络母排970。A、B、C三相转接母排950在依次在开关柜左中右排列，在开关柜深度方向按ABC的后中前排列，同时联络母排970在深度方向按照ABC的后中前排列。联络母排970向右相连接至返接母线980，再从返接母线980的另一侧连接到柜内的出线主母线990上。该方案母线以前后方向布置为优先，造成了同等柜体深度的情况下，相间距离较小，绝缘安全不佳，同时母排需求量较大，装配工艺比较繁琐。
如图2，方案2改进型低压进线开关柜800，进线主母线铜排810从柜顶引入，直接与断路器水平接线端子820连接；断路器下接线端子830通过转接母排840连接联络母线850，转接母排840共同在开关柜高度方向往下延伸，在开关柜深度方向按ABC的后中前排列，同时联络母排850在深度方向按照ABC的后中前排列。联络母排850向右相连接至返接母线860，再从返接母线860的另一侧连接到柜内的出线主母线870上。该方案通过调整断路器端子方向，省去了竖直母排的转接，降低了母线内阻，但母线还是以前后布置为优先，造成了同等柜体深度的情况下，相间距离较小，绝缘安全不佳，同时母排需求量也不小，装配工艺比较繁琐。
要想解决这些问题就需要将开关柜结构进行不断的创新、完善,只有这样才能保证开关柜的安全可靠和经济。
发明内容
本发明的目的是要解决如下问题：
（1）传统低压开关柜，母线走向布局对铜排的用量较大，铜排浪费较严重。
（2）传统的低压开关设备断路器下接线端子连接母线向下同向排列，此种方式很容易造成母线之间的距离过小，不利于母线散热。
（3）传统低压开关柜距离较小，电动力对B相的要求高于A和C，造成B额外的强度要求。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种低压开关柜（100），包括柜体(110)、断路器（200）、至少三条第一母线（300）、三条第二母线（400）、至少三条第三母线（500）、至少三条第四母线（600），至少三条第五母线（700），所述断路器（200）的后方设置具有横向垂直于柜体(110)的面板（101）的上、下至少各三个进线接线端子（210）和三个出线接线端子（220），设置至少一段具有横向垂直于或横向锐角状于柜体(110)的面板（101）和至少一段具有平行于面板（101）的母线（300）与所述进线接线端子（210）紧固连接后伸出至柜体(110)的外部；
具有横向垂直于面板（101）的边相母线（400A）与接线端子（220A）紧固连接，连接后向上以具有平行于柜体(110)的面板（101）伸出一段距离，与具有平行于面板（101）的母线(500A)紧固连接，连接后向右方向伸出与设置一段具有平行于面板（101）和一段具有与面板（101）成锐角状的母线(600A)紧固连接，连接后向上方伸出与以具有平行于面板（101）的母线(700A)紧固连接，连接后向右伸向柜体(110)的外部；
具有横向垂直于面板（101）的中间相母线(400B)与所述出线接线端子(220B)紧固连接，连接后向下以具有平行于面板（101）伸出一段1.5倍于母线(400A)向上具有平行于面板（101）的距离，与具有平行于面板（101）的母线(500B)紧固连接，连接后向右方向伸出与设置一段具有以平行于面板（101）和一段具有与面板（101）成锐角状的母线（600B）紧固连接，连接后向上方向伸出与一段具有平行于面板（101）的母线（700B）紧固连接，连接后向右伸向柜体(110)的外部；
具有横向垂直于面板（101）的边相母线（400C）与接线端子（220C）紧固连接，连接后向上以平行于面板（101）伸出一段距离，与设置有一段具有纵向垂直于的面板（101）的和一段具有平行于面板（101）的母线（500C）紧固连接，连接后向右方向伸出与设置有具有一段以平行于面板（101）和一段具有与面板（101）成锐角状的母线（600C）紧固连接，连接后向上方向伸出与以具有平行于面板（101）的母线（700C）紧固连接，连接后向右伸向柜体(110)的外部。
优选的，所述柜体(110)上设置至少一个支撑梁（510），所述支撑梁（510）上设置至少三组母线支撑部（520A、520B、520C），所述支撑梁（510）上侧设置母线支撑部（520A）和母线支撑部（520C），用于固定母线（500A）和母线（500C），所述支撑梁（510）下侧设置母线支撑部（520B），用于固定母线（500B）。
由于A与B、B与C、C与A之间的距离加大，使得趋肤效应和邻近效应产生的附加损耗降低，最终实现错落布置母线系统的温升效果优于常规方案。具体的，由于电动力F=10- 7I1I2KhKc，其中铜排截面未改动，所以Kh截面系数不变，同时I1I2电流也不变，但Kh中L变小，距离d变大，最终实现电动力的变小，使得动稳定性优于常规方案。
综上所述，这样的结构有效提高了单位截面载流能力，使电流密度分布更加趋于均匀，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，该方案具有减材增效的有益效果。
本发明的有益效果如下：
1、柜内母排之间距离较远，呈交错排布，“邻近效应”负面影响小，母线上电流分布均匀，发热减小，温升低、容量提升。
2、柜内母排之间距离较远，有效利用柜内的立体空间，没有母排集中区域，散热条件好，空气流动效率高，热量易散出去，温升低、容量提升。
3、柜内母排之间排布稀疏，相间和极间距都比较大，当遇到故障电流时，母线有散热空间和母线间的电动力小，动热稳定性好，整体上提升了开关柜的性能提升。
4、柜内母排连接断路器和母线结构，立体交错走线，连接使用的铜排长度有效缩短、用量减小、成本降低，节约铜排量可到21.3%左右。
5、柜内母排连接结构简单，连接环节少，加工和安装工艺简化、成本降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的母线系统的低压进线开关柜结构示意图。
图2为现有技术母线系统的低压进线开关柜另一实现方式结构示意图。
图3为本发明的应用错落布置的母线系统的低压进线开关柜前轴测图示意图。
图4为本发明的应用错落布置的母线系统的低压进线开关柜后轴测图示意图。
图5为本发明的断路器200与连接母线300安装示意图。
图6A为常规配置垂直母线接线端子的断路器结构示意图。
图6B为本发明的配置水平母线接线端子的断路器结构示意图。
图7为本发明的母线系统结构示意图。
图8为本发明的母线系统400A与500A以及600A连接示意图。
图9为本发明的母线系统400B与500B以及600B连接示意图。
图10为本发明的母线系统400C与500C以及600C连接示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
现结合附图对该结构详细说明如下：
下文所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“平行”以图7所示角度为准。
如图3到图10所示，本实施例公开了一种低压开关柜100，所述低压开关柜100包括柜体110、断路器200、至少三条第一母线300、至少三条第二母线400、至少三条第三母线500、至少三条第四母线600，至少三条第五母线700，所述断路器200、第一母线300、第二母线400、第三母线500、第四母线600，第五母线700均设于所述柜体110内。
所述断路器200的后方设置具有横向垂直于柜体(110)的面板101的上、下至少各三个进线接线端子210和三个出线接线端子220，所述第一母线300的至少一段具有横向垂直于或横向锐角状于所述柜体110的面板（101）且至少一段平行于所述面板（101），所述第一母线300与所述进线接线端子210用螺栓13连接后伸出至所述柜体110的外部。
所述第二母线400包括第一边相母线400A、中间相母线400B和第二边相母线400B，所述出线接线端子200包括第一出线接线端子200A、第二出线接线端子200B和第三出线接线端子200C，所述第一边相母线400A、中间相母线400B和第二边相母线400B分别与所述第一出线接线端子200A、第二出线接线端子200B和第三出线接线端子200C对应设置。同样的，所述第三母线500包括母线500A、母线500B和母线500C，所述第四母线600包括母线600A、母线600B和母线600C，所述第五母线700包括母线700A、母线700B和母线700C，所述母线500A、母线600A和母线700A对应设置，所述母线500B、母线600B和母线700B对应设置，所述母线500C、母线600C和母线700C对应设置。
具体的，所述第一边相母线400A横向垂直于所述面板101，且与所述第一接线端子220A用螺栓L1连接，连接后向上以具有平行于所述柜体110的面板101伸出一段距离，与平行于所述面板101的所述母线500A用螺栓L2连接，连接后向右方向伸出与设置一段具有平行于面板101和一段具有与面板101成锐角状的母线600A用螺栓（L3）连接，连接后向上方伸出与以具有平行于面板101的母线700A用螺栓L4连接，连接后向右伸向所述柜体110的外边。
具有横向垂直于所述面板101的中间相母线400B与所述第二出线接线端子220B以用螺栓L5连接，连接后向下以具有平行于面板101伸出一段1.5倍于所述母线400A向上具有平行于所述面板101的距离，并与具有平行于面板101的母线500B用螺栓L6连接，连接后向右方向伸出与设置一段具有以平行于面板101和一段具有与面板101成锐角状的母线600B用螺栓L7连接，连接后向上方向伸出与一段具有平行于面板101的母线700B用螺栓L8连接，连接后向右伸向柜体110的外边。具有横向垂直于面板101的所述第二边相母线400C与出线接线端子220C以用螺栓L9连接，连接后向上以平行于面板101伸出一段距离，与设置有一段具有纵向垂直于的面板101的和一段具有平行于面板101的母线500C用螺栓L10连接，连接后向右方向伸出与设置有具有一段以平行于面板101和一段具有与面板101成锐角状的母线600C用螺栓L11连接，连接后向上方向伸出与以具有平行于面板101的母线700C用螺栓L12连接，连接后向右伸向柜体110的外边。
优选的，所述柜体110上设置至少一支撑梁510，所述支撑梁510上设置至少三组母线支撑部，所述母线支撑部包括母线支撑部520A、母线支撑部520B和母线支撑部520C，所述支撑梁510上侧设置母线支撑部520A和母线支撑部520C，并分别用于固定母线500A和母线500C，所述支撑梁510下侧设置母线支撑部520B，所述母线支撑部520B用于固定母线500B。
如图7所示，所述第二母线400的母线400B分别与母线400A和母线400C朝不同方向折弯，增大了母线400B、母线400A、母线400C之间的距离，有效的降低了热流密度，大大的降低温升的效果。常规直列布置的导体系统，B相所受最大电动里比A、C相要大，对B相的机械强度要求高于其它两相，错落设置的母排有效降低了电动力，提高了配电柜的动稳定性。
以下为不同断路器解决方案和不同低压配电柜解决方案成本分析和对比：
水平接线端子的框架断路器导电元件成本表（以3200A为例）
用铜量 原材料+电镀成本 单台用量-4P
动触头 质量=1.046千克 表面积=2.33平方分米 76.75 4
静触头 质量=1.028千克 表面积=2.756 平方分米 79.56 4
插刀 质量 = 1.24千克 表面积 = 3.01平方分米 93.18 8
桥型触头 单个接触片 质量 = 0.017 千克 表面积 = 0.164平方分米 单相接触片=60个 142.04 8
桥型触头母线 质量 = 1.25千克 表面积 = 3.23平方分米 95.67 8
转接头 质量=0.692 千克 表面积=2.04平方分米 55.20 8
原材料成本 3713.9元
加工费用 4103元
成本合计 8509元
水平接线端子的框架断路器导电元件成本表（以3200A为例）
用铜量 原材料+电镀成本 单台用量-4P
动触头 质量=1.367千克 表面积=2.6平方分米 96.35 4
静触头 质量=1.184千克 表面积=2.316平方分米 84.02 4
插刀 无 0.00 0
桥型触头 接触片单个 1）接触片上 质量=8.25 克；表面积=0.098 平方分米。 2）接触片下 质量=7.92 克；表面积=0.0825 平方分米。 3）软线=30方_37.5mm长，单相接触片=28个。 97.03 8
桥型触头母线 质量=1.051千克 表面积=2.23平方分米 76.13 8
转接头 无 0.00 0
原材料成本 2106.7元
加工成本 2106 元
成本合计 4092元
每台原材料节约铜材30千克，市场价在1608元，按照中国市场需求量10万台框架断路器，3200A产品占比为20%，铜原材料节约为60吨，市场价值在3000万元。全系框架断路器采用该方案实现节约铜为300吨，市场价值在1.5亿元。
低压成套柜单台母线成本分析
方案1 常规方案2 交错布置的母线方案
母排重量 263.67kg 231.44kg 207.57kg
原材料成本 14130元 12402元 11123元
交错布置的母线方案母排比国网方案铜材节约56kg，节约率为21.3%，每台节约3007元。按照中国市场需求量10万台框架断路器，3200A产品占比为20%，铜原材料节约为112吨，市场价值在5936万元。全系框架断路器采用该方案实现节约铜为560吨，市场价值在2.96亿元。
注：铜件及电镀价格表：
这样的结构有效提高了单位截面载流能力，使电流密度分布更加趋于均匀，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，该方案具有减材增效的有益效果。
本申请可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (2)

1.一种低压开关柜（100），其特征在于，包括柜体(110)、断路器（200）、至少三条第一母线（300）、三条第二母线（400）、至少三条第三母线（500）、至少三条第四母线（600），至少三条第五母线（700），所述断路器（200）的后方设有横向垂直于所述柜体(110)的面板（101）的上、下至少各三个进线接线端子（210）和三个出线接线端子（220），设置至少一段具有横向垂直于或横向锐角状于柜体(110)的面板（101）和至少一段具有平行于面板（101）的第一母线（300）与所述进线接线端子（210）紧固连接后伸出至柜体(110)的外部；
具有横向垂直于所述面板（101）的边相母线（400A）与接线端子（220A）紧固连接，连接后向上以具有平行于柜体(110)的面板（101）伸出一段距离，与具有平行于面板（101）的母线(500A)紧固连接，连接后向左或向右方向伸出与设置至少一段具有平行于柜体(110)的面板（101）和至少一段具有与面板（101）成锐角状的母线(600A)紧固连接，连接后向上方伸出与以具有平行于面板（101）的母线(700A)紧固连接，连接后向左或向右伸向柜体(110)的外部；
具有横向垂直于面板（101）的中间相母线(400B)与所述出线接线端子(220B)紧固连接，连接后向下以具有平行于面板（101）伸出一段至少1.5倍于母线(400A)向上具有平行于面板（101）的距离，与具有平行于面板（101）的母线(500B)紧固连接，连接后向左或向右方向伸出与设置至少一段具有以平行于面板（101）和至少一段具有与面板（101）成锐角状的母线（600B）紧固连接，连接后向上方向伸出与至少一段具有平行于面板（101）的母线（700B）紧固连接，连接后向左或向右伸向柜体(110)的外部；
具有横向垂直于面板（101）的边相母线（400C）与所述出线接线端子（220C）紧固连接，连接后向上以平行于面板（101）伸出一段距离，与设置有至少一段具有纵向垂直于的面板（101）的和至少一段具有平行于面板（101）的母线（500C）紧固连接，连接后向左或向右方向伸出与设置有至少具有一段以平行于面板（101）和至少一段具有与面板（101）成锐角状的母线（600C）紧固连接，连接后向上方向伸出与以具有平行于面板（101）的母线（700C）紧固连接，连接后向左或向右伸向柜体(110)的外部。
2.根据权利要求1所述的一种低压开关柜，其特征在于，所述柜体(110)上设置至少一个支撑梁（510），所述支撑梁（510）上设置至少三组母线支撑部（520A、520B、520C），所述支撑梁（510）上侧设置母线支撑部（520A）和母线支撑部（520C），用于固定母线（500A）和母线（500C），所述支撑梁（510）下侧设置母线支撑部（520B），用于固定母线（500B）。
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