CN204497589U

CN204497589U - 多功能配电控制柜

Info

Publication number: CN204497589U
Application number: CN201520158930.XU
Authority: CN
Inventors: 陶阳; 赵霄
Original assignee: Huanggang Polytechnic College
Current assignee: Huanggang Polytechnic College
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2025-03-20

Abstract

本实用新型公开了一种多功能配电控制柜，它解决了现有技术存在使用范围很有局限性，成本比较高，不能满足一些中小型的负荷用户等问题。其特征在于：它是利用常见的交流接触器、电能表、电流互感器、热继电器、空气断路器、电压表、电流表、万能转换开关、指示灯、按钮开关等电气元件的工作原理，结合配电控制的逻辑关系，集电源自动投切、负荷保护、电能计量和运行监视等功能于一体的配电控制柜。具有功能齐全、性能稳定，操作简单，使用成本低，安装简单等优点，只要有点电工知识的人员经过简单的培训都能进行操作和维护，完全能适用于中小型超市、加油站、小型工厂（作坊）、中小学校、餐厅、生活小区、电梯等用电要求相对较高的场所。

Description

多功能配电控制柜

技术领域:

本实用新型属于电力控制设备，尤其是涉及到一种多功能配电控制柜。

背景技术:

随着社会经济的发展，人们的生活质量也不断地提高，生活中各个领域的电气设备也不断地向自动化、智能化方向发展，因此，对供电的质量要求也越来越高了。在日常生活中，由于输电线路故障、电气设备老化或者自然环境影响等因素可能会造成短时的停电或局部停电。为了保证供电的可靠性，优良的配电控制柜是显为重要的，而在实际的用电场所，安装的配电柜都是由电工根据自己的需要临时组合而成的，这样缺少规范性，功能也比较单一，不便于计量和运行监视。对于一些用电要求比较高的场所（比如：中小学、加油站、中小型工作、餐厅、超市、生活小区、电梯等）除了一些基本的保护和计量功能之外，通常还需要配备一套应急发电机组，在市电停电时，可以使用发电机组进行供电，使负载继续工作，但是市电与应急发电机组之间如何更合理的切换就成为一个急需解决的问题。

要保证备用电源能可靠地自动投入，就要求备自投装置能够可靠地动作，这就对配电控制柜提出了越来越高的要求。市场上已经有的备用电源投入装置种类比较多，但它们功能大多不太全面或不太直观，而且其价格大多比较高，需要专门人员操作，使用成本也比较高，其使用范围也是很有局限性，不能满足一些中小型的负荷用户。

利用交流接触器互锁控制方式实现自动化的配电控制，具有较高的可靠性和稳定性，其价格和后期使用成本都比较低，将会受到很多客户的青睐，在中低压供配电系统中也会得到十分广泛的应用。

发明内容:

本实用新型的目的在于提供一种结构科学合理、使用安全可靠，既能实现备有电源自动投入功能，也能监视各相电压及电流，还能实现对市电、发电进行准确计量功能，并具有手动∕自动切换模式的多功能配电控制柜。

本实用新型的技术方案是：多功能配电控制柜是由柜体、柜门和柜锁以及电气元件等构成的电路等组成，所述柜体的顶部设置了进线口，底部设置了出线口，侧壁上设置了端子排，柜内设置了电能表、进线断路器、电流互感器、交流接触器、热继电器和出口断路器，这些电气元件通过导线连接构成了主电路、控制电路和电能计量电路；柜门上设置了电压表、电流表、万能转换开关、指示灯和按钮，通过导线与柜体内的主电路、控制电路和电能计量电路相连，构成了电压测量回路、电流测量回路、工作状态指示回路和手动/自动切换控制回路。

所述主电路包括市电投入电路和发电机组投入电路，每个电路的接通与断开分别由一个交流接触器控制；市电投入电路是将交流接触器KM₁主触点输入端通过电源总开关QF₁与市电线路相连，其输出端通过热继电器FR₁和出口开关QF₃与负载相连；发电机组投入电路是将交流接触器KM₂主触点输入端通过电源总开关QF₂与发电机组出口线路相连，其输出端通过热继电器FR₂和出口开关QF₃与负载相连；所述控制电路包括市电投入控制电路、发电机组投入控制电路和发电机组起动装置控制电路，市电投入控制电路主要由交流接触器KU₁和交流接触器KU₂组成，交流接触器KU₁的线圈连接在市电的AB相之间，交流接触器KU₂的线圈连接在市电的BC相之间；发电机组投入控制电路主要由交流接触器KU₁’和交流接触器KU₂’组成，交流接触器KU₁’的线圈连接在发电机组出口线路的AB相之间，交流接触器KU₂’的线圈连接在发电机组出口线路的BC相之间；发电机组起动装置的投入电路是将交流接触器KM₃主触点的输入端通过蓄电池开关QF₄与蓄电池组正极相连，其输出端通过起动机开关QF₃与起动机M相连，其控制电路是由交流接触器KM₂常闭触点、交流接触器KU₂常闭触点、万能转换开关以及交流接触器KM₃的线圈串连组成；所述电能计量电路包括六个电流互感器（13）、两块三相电能表（10）和交流接触器KU1、KU1’，一块三相电能表是计量市电的电能消耗，由交流接触器KU₁的主触点控制，另一块三相电能表是计量发电机组出口的电能消耗，由交流接触器KU₁’的主触点控制。

在市电投入控制电路和发电机组投入控制电路中均设置了电压测量回路、电流测量回路，所述电压测量回路包括市电电压测量回路和发电机组出口电压测量回路，市电电压测量回路是通过交流接触器KU₂和万能转换开关进行控制，可以分别测量市电AB、BC、CA三相的电压；发电机组出口电压测量回路是通过交流接触器KU₂’和万能转换开关进行控制，可以分别测量发电机组出口AB、BC、CA三相的电压；所述的电流测量回路中设置了六块电流表，分别测量市电的三相电流和发电机组的三相电流，其电流信号取自对应的电流互感器；所述的工作状态指示回路中设置了三个绿色信号灯和三个红色信号灯，分别指示交流接触器KM₁、KM₂、KM₃通和断，用来监视配电柜的工作状态；所述的手动∕自动切换控制回路中设置了二个绿色按钮开关、二个红色按钮开关和一个万能转换开关，在市电控制电路的交流接触器KM₁与市电B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，在交流接触器KU₁的常开触点与市电C之间设置了按钮开关SB₂和交流接触器KU₂，按钮开关SB₂的常闭触点与交流接触器KU₂的线圈相连；按钮开关SB₁常开触点与交流接触器KM₁的常开触点并联后与按钮SB₃常闭相连，并设置了市电自动控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；在发电机组控制电路的交流接触器KM₂与发电机出口B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，在交流接触器KU₁’与发电机组出口C相线路之间设置了按钮开关SB₄和KU₂’，按钮开关SB₄的常闭触点与交流接触器KU₂’的线圈相连；按钮开关SB₃与交流接触器KM₂的常开触点并联后与按钮SB₁常闭触点相连，并设置了发电机组自动控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；市电控制线路中的S1、S2、S3、S4接线点和发电机组控电路中的S1、S2、S3、S4接线点是相同的，分别接到万能转换开关的对应接点上。

本实用新型的有益效果在于：由于多功能配电控制柜是利用常见的交流接触器、电能表、电流互感器、热继电器、空气断路器、电压表、电流表、万能转换开关、指示灯、按钮开关组装而成的，具有：（1）电流监视功能，可分别对各相的电流进行监视；（2）电压监视功能，可分别对各相的电压进行监视；（3）电能计量功能，可分别计量市电的消耗量和发电机组的消耗量；（4）工作状态指示功能，可对不同的工作模式进行指示；（5）当市电正常时，优先使用市电对负载进行供电；（6）当市电停电时，立即启动发电机组，并使用发电机组对负载进行供电；（7）当市电恢复正常时，立即转由市电对负载进行供电，并同时关停发电机组；（8）紧急停机功能，当负载出现故障时，不管是市电向负载供电还是发电机组向负载供电，都能对其进行紧急停机；（9）手动切换方式，利用按钮开关对市电－发电机组进行手动控制；（10）保护功能，实现过负荷和过电流保护等功能。通过实验证明，本多功能配电控制柜基本能实现市场上所有配电柜和备用电源自动投入装置的功能，也符合供电要求，并且性能稳定，操作简单，维护成本低，安装也比较简单，运输搬运都比较方便，无需特殊的工作环境，对操作人员无需专业要求，只要有点电工知识的人员经过简单的培训都能进行操作和维护，完全能适用于中小型超市、小型工厂（作坊）、中小学校、加油站、餐厅、生活小区、电梯等用电要求相对较高的的场所。

下面结构附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明:

图1为本实用新型使用状态立体结构示意图；

图2为本实用新型柜门打开状态立体结构示意图；

图3为本实用新型工作原理方框图；

图4为本实用新型工作流程图；

图5为本实本新型市电—发电投入电路图；

图6为本实用新型发电机组起动装置控制电路图；

图7为本实用新型市电投入控制线路图；

图8为本实用新型发电机组投入控制电路图；

图9为本实用新型手动∕自动切换方式接线图；

图10为本实用新型市电控制电路中电流表及电能表接线图；

图11为本实用新型发电机组控制电路中电流表及电能表接线图；

图12为本实用新型市电控制电路中电压表接线图；

图13为本实用新型发电机组控制电路中电压表接线图。

图中：1为柜体，2为进线口，3为柜锁，4为电压表，5为电流表，6为万能转换开关，7为指示灯，8为按钮，9为柜门，10为电量表，11为进线断路器，12为端子排，13为电流互感器，14为交流接触器，15为热继电器，16为出口断路器，17为出线口。

具体实施方式:

如图所示，多功能配电控制柜是由柜体1、柜门9和柜锁3以及电气元件等组成的电路等构成，所述柜体1的顶部设置了进线口2，底部设置了出线口17，侧壁上设置了端子排12，柜内设置了电能表10、进线断路器11、电流互感器13、交流接触器14、热继电器15和出口断路器16，这些电气元件通过导线连接构成了主电路、控制电路和电能计量电路；柜门9上设置了电压表4、电流表5、万能转换开关6、指示灯7和按钮8，通过导线与柜体1内的主电路、控制电路和电能计量电路相连，构成了电压测量回路、电流测量回路、工作状态指示回路和手动/自动切换控制模式。

所述主电路包括市电投入和发电机组投入两部分电路，每个电路的接通与断开分别由一个交流接触器控制；市电投入电路是将交流接触器KM₁主触点输入端通过电源总开关QF₁与市电线路相连，其输出端通过热继电器FR₁和出口开关QF₃与负载相连；发电机组投入电路是将交流接触器KM₂主触点输入端通过电源总开关QF₂与发电机组出口线路相连，其输出端通过热继电器FR₂和出口开关QF₃与负载相连。

主电路是控制柜的核心部分，KM₁、KM₂、KM₃则是核心部分中的核心元件，其它所有的交流接触器、按钮开关、指示灯都是为这三个元件服务的，它的主要作用是实现市电—发电的准确切换，即当市电正常供电时，KM₁的主触点闭合，KM₂的主触点断开，负载接入市电；当市电停电时，KM₃的主触点闭合，KM₁的主触点断开，发电机组起动装置启动，发电机组运行，发电机出口电压正常时，KM₂的主触点闭合，负载接入发电机组。在控制过程中，KM₁和KM₂的主触点是决不能同时闭合的，否则就会造成短路故障，也就是说市电和发电机组不能同时给用户供电。

负载在运行时可能会因为启动电流过大、绝缘老化等一些无法预测的原因，造成短路或过负荷等现象，因此在主电路上必须增加一些必要的保护元件，对控制柜和用电设备进行保护。在本实用新型中的保护电路主要是由两个热继电器组成，热继电器是电气线路的过载保护电器，在实际工作过程中，如果负载出现短路或异常情况时，电路的电流会迅速增大，线路工作温度就会升高，如果线路温升超过允许值时，热继电器就会动作，交流接触器电磁线圈断电，交流接触器主触点断开，主电路停止工作，从而使负载与电源完全隔离，起到保护作用。另外，当负载发生过电流时，KM₁或KM₂的电磁线圈者失电，主触点全部断开，而且跳闸后不能自动复位，只有解除故障后，才能通过手动复位，然后继续工作。

所述控制电路包括市电投入控制电路、发电机组投入控制电路和发电机组起动装置控制电路，市电投入控制电路主要由交流接触器KU₁和交流接触器KU₂组成，交流接触器KU₁的线圈连接在市电的AB相之间，交流接触器KU₂的线圈连接在市电的BC相之间；发电机组投入控制电路主要由交流接触器KU₁’和交流接触器KU₂’组成，交流接触器KU₁’的线圈连接在发电机组出口线路的AB相之间，交流接触器KU₂’的线圈连接在发电机组出口线路的BC相之间；发电机组起动装置的投入电路是将交流接触器KM₃主触点的输入端通过蓄电池开关QF₄与蓄电池组正极相连，其输出端通过起动机开关QF₃与起动机M相连，其控制电路是由交流接触器KM₂常闭触点、交流接触器KU₂常闭触点、万能转换开关以及交流接触器KM₃的线圈串连组成；

控制电路的工作原理是：KU₁、KU₂的线圈分别连接市电的AB相和BC相，当市电A、B、C三相电压和电流都正常时，KU₁的电磁线圈得电，KU₁的常开触点闭合，KU₂的电磁线圈得电， KU₂的常开触点闭合，则KM₁的电磁线圈得电，KM₁主触点闭合，KM₁常闭触点断开，KM₂主触点断开，则负载由市电供电。此时KU₂的常闭触点就处于断开状态，所以发电机组起动装置不会启动。当市电发生故障或其他情况导致停电时，则市电A、B、C三相电压和电流都为零或小于额定电压，KU₁的电磁线圈失电，KU₁的常开触点断开，KU₂的电磁线圈失电，KU₂的常开触点断开，其常闭触点处于闭合状态，所以KM₃线圈得电，发电机组起动装置启动，发电机组运行。KU₁’、KU₂’的线圈分别是连接发电机组出口的AB相和BC相，当发电机组出口的A、B、C三相电压和电流都正常时，KU₁’的电磁线圈得电，KU₁’的常开触点闭合，KU₂’的电磁线圈得电，KU₂’的常开触点闭合。此时，KM₁的电磁线圈失电，KM₁主触点断开，其常闭触点就随着闭合，则KM₂的电磁线圈得电，KM₂主触点闭合，负载由发电机组供电。当市电恢复供电时，KM₁的电磁线圈得电，常闭触点断开，KM₂电磁线圈失电，KM₂主触点断开，KM₁主触点闭合。与此同时，KU₂的电磁线圈得电，其常闭触点处于断开状态，KM₃的电磁线圈失电，主触点断开，发电机组起动装置停止工作。

当市电正常供电时，KU1的主触点会闭合，市电各相电流表就能测量出实际的工作电流，通过电流表的数值可以判断负载是否平衡，电能表开始计量消耗市电的电能。这样接线另外一优点是充分地利用了交流接触器的触点，使整体布线美观，同时也能监视KU₁工作是否正常。同理，当发电机组供电时，KU₁ˊ的主触点闭合，发电机组各相电流表就能测量出实际工作电流，通过电流表的数值也可以判断负载是否平衡，电能表开始计量消耗发电机组的电能。

在市电控制电路和发电机组控制电路中均设置了手动∕自动切换控制回路，即在市电主控制电路的交流接触器KM₁与市电B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，并在交流接触器KU₂与B相线路之间设置了按钮开关SB₂，按钮开关SB₁与交流接触器KM₁的常开触点并联后与按钮SB₃相连，并设置了市电自动投入控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；在发电机组控制电路的交流接触器KM₂与发电B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，并在交流接触器KU₂’与B相线路之间设置了按钮开关SB₄，按钮开关SB₃与交流接触器KM₂的常开触点并联后与按钮SB₁相连，并设置了发电机组自动投入控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；市电控制线路中的S1、S2、S3、S4接线点和发电机组控电路中的S1、S2、S3、S4接线点是相同的，分别接到万能转换开关的对应接点上。

当S1、S2接线点通过万能转换开关接通，S3、S4接线点则断开时，系统工作在自动控制模式，市电和发电会以自动的方式进行切换，并且以市电为优先供电。当S3、S4接线点接通，S1、S2接线点则断开时，系统工作在手动方式，手动切换主要是通过SB₁、SB₂、SB₃、SB₄四个按钮开关来实现。其工作原理是：在图7和图8所示电路中，如果S1、S2接线点接通，S3、S4接线点断开时，KM₁的电磁线圈的控制回路与市电B相连接，KM₂的电磁线圈的控制回路与发电机组出口B相连接，因此，KM₁闭合，则KM₂会因为电磁线圈失电而立即断开；相反，KM₂闭合，则KM₁会因为电磁线圈失电而立即断开。如果S3、S4接线点接通，S1、S2接线点断开时，则KM₁的电磁线圈的控制回路经过SB₃常闭触点和SB₁与KM₁常开触点组成的互锁电路之后才连接市电B相，这时只有按下SB₁才能使KM₁的电磁线圈得电；同理，KM₂的电磁线圈的控制回路是要经过SB₁常闭触点和SB₃与KM₂常开触点组成的互锁电路之后才连接发电机出口B相，这时只有按下SB₃才能使KM₂的电磁线圈得电；SB₁与SB₃也组成了互锁电路，成为控制柜的一个后备保护。

按钮控制部分是由四个按钮组成，分别为SB₁、SB₂、SB₃、SB₄，也是属于主控制电路中的一部分。这四个按钮中SB₁、SB₃可以自动复位，SB₂、SB₄不能自动复位，必须手动按下才能复位。

SB₁是市电启动按钮，SB₂是市电停止、发电机启动按钮，SB₃为发电机组投入运行按钮，SB₄为发电机急停按钮。按下SB₁按钮时，市电控制线路就会形成通路，KM₁的电磁线圈得电，其主触点闭合，进入市电供电状态。按下SB₂按钮时，KU₂线圈失电，其常开触点断开，KM₁的电磁线圈失电，其主触点断开，市电停止供电，此时KU₂常闭触点处于闭合状态，发电机组起动装置就随着启动；当按下SB₃按钮时，发电机组控制线路就会形成通路，KM₂的电磁线圈得电，其主触点闭合，进入发电纲组供电状态。按下SB₄按钮时，KU₂’线圈失电，其常开触点断开，KM₂的电磁线圈失电，其主触点断开，发电机组就停止供电。

工作指示灯控制电路是由三个绿色指示灯和三个红色指示灯组成。这六个指示灯分为三组，每组一个红灯、一个绿灯，分别监视市电供电状态、发电机组供电状态和发电机组起动装置工作状态。红灯亮表示所监视的电路处于运行状态，绿灯亮表示所监视的电路处于备用状态。主要目的是：（1）显示控制柜的工作状态；（2）作为控制柜出现异常情况时的报警信号；（3）监视KM₁、KM₂、KM₃动作情况；（4）监视负载是否正常运行。

电能计量部分是在控制线路的基础上增加了两块三相电能表、两块电压表和六块电流表，主要是用来监视市电和发电机组的各相电流、电压及负载消耗市电和发电的电能。

电压表分别接在2个万能转换开关的相应的端子上，万能转换开关通过KU₂和KU₂ˊ分别接收市电的电压信号和发电机组的电压信号。通过对万能转换开关控制，可以分别测量出AB、AC、BC相之间的电压。在此处使用万能转换开关，可以减少面板上设备的数量，降低了成本，并且更加美观。

另外，在此处使用KU₂和KU₂ˊ最大的优点是充分地利用了交流接触器的触点，保护电压表，也使整体布线美观，同时也能监视KU2动作是否正常。

Claims

1.一种多功能配电控制柜，它包括柜体（1）、柜门（9）和柜锁（3），其特征在于：所述柜体（1）的顶部设置了进线口（2），底部设置了出线口（17），侧壁上设置了端子排（12），柜内设置了电能表（10）、进线断路器（11）、电流互感器（13）、交流接触器（14）、热继电器（15）和出口断路器（16），这些电气元件通过导线连接构成了主电路、控制电路和电能计量电路；柜门（9）上设置了电压表（4）、电流表（5）、万能转换开关（6）、指示灯（7）和按钮（8），通过导线与柜体（1）内的主电路、控制电路和电能计量电路相连，构成了电压测量回路、电流测量回路、工作状态指示回路和手动/自动切换控制回路。

2.根据权利要求1所述的多功能配电控制柜，其特征在于：所述主电路包括市电投入电路和发电机组投入电路，每个电路的接通与断开分别由一个交流接触器控制；市电投入电路是将交流接触器KM₁主触点输入端通过电源总开关QF₁与市电线路相连，其输出端通过热继电器FR₁和出口开关QF₃与负载相连；发电机组投入电路是将交流接触器KM₂主触点输入端通过电源总开关QF₂与发电机组出口线路相连，其输出端通过热继电器FR₂和出口开关QF₃与负载相连；所述控制电路包括市电投入控制电路、发电机组投入控制电路和发电机组起动装置控制电路，市电投入控制电路主要由交流接触器KU₁和交流接触器KU₂组成，交流接触器KU₁的线圈连接在市电的AB相之间，交流接触器KU₂的线圈连接在市电的BC相之间；发电机组投入控制电路主要由交流接触器KU₁’和交流接触器KU₂’组成，交流接触器KU₁’的线圈连接在发电机组出口线路的AB相之间，交流接触器KU₂’的线圈连接在发电机组出口线路的BC相之间；发电机组起动装置的投入电路是将交流接触器KM₃主触点的输入端通过蓄电池开关QF₄与蓄电池组正极相连，其输出端通过起动机开关QF₃与起动机M相连，其控制电路是由交流接触器KM₂常闭触点、交流接触器KU₂常闭触点、万能转换开关以及交流接触器KM₃的线圈串连组成；所述电能计量电路包括六个电流互感器（13）、两块三相电能表（10）和交流接触器KU1、KU1’，一块三相电能表是计量市电的电能消耗，由交流接触器KU₁的主触点控制，另一块三相电能表是计量发电机组出口的电能消耗，由交流接触器KU₁’的主触点控制。

3.根据权利要求2所述的多功能配电控制柜，其特征在于：在市电投入控制电路和发电机组投入控制电路中均设置了电压测量回路、电流测量回路，所述电压测量回路包括市电电压测量回路和发电机组出口电压测量回路，市电电压测量回路是通过交流接触器KU₂和万能转换开关进行控制，可以分别测量市电AB、BC、CA三相的电压；发电机组出口电压测量回路是通过交流接触器KU₂’和万能转换开关进行控制，可以分别测量发电机组出口AB、BC、CA三相的电压；所述的电流测量回路中设置了六块电流表，分别测量市电的三相电流和发电机组的三相电流，其电流信号取自对应的电流互感器；所述的工作状态指示回路中设置了三个绿色信号灯和三个红色信号灯，分别指示交流接触器KM₁、KM₂、KM₃通和断，用来监视配电柜的工作状态；所述的手动∕自动切换控制回路中设置了二个绿色按钮开关、二个红色按钮开关和一个万能转换开关，在市电控制电路的交流接触器KM₁与市电B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，在交流接触器KU₁的常开触点与市电C之间设置了按钮开关SB₂和交流接触器KU₂，按钮开关SB₂的常闭触点与交流接触器KU₂的线圈相连；按钮开关SB₁常开触点与交流接触器KM₁的常开触点并联后与按钮SB₃常闭相连，并设置了市电自动控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；在发电机组控制电路的交流接触器KM₂与发电机出口B相线路之间设置了万能转换开关和按钮开关SB₁、SB₃，在交流接触器KU₁’与发电机组出口C相线路之间设置了按钮开关SB₄和KU₂’，按钮开关SB₄的常闭触点与交流接触器KU₂’的线圈相连；按钮开关SB₃与交流接触器KM₂的常开触点并联后与按钮SB₁常闭触点相连，并设置了发电机组自动控制接线点S1、S2和手动控制接线点S3、S4；市电控制线路中的S1、S2、S3、S4接线点和发电机组控电路中的S1、S2、S3、S4接线点是相同的，分别接到万能转换开关的对应接点上。