低压成套控制设备

低压成套控制设备（精选7篇）

低压成套控制设备 篇1

1 范围

GB/T 24621的本部分给出了低压成套开关设备 (以下简称成套设备) 在安全技术方面的基本要求、结构要求和性能要求, 是成套设备安全设计的基础。成套设备的设计、制造、销售和使用时应符合本部分的有关规定, 以保证人身和设备的安全。

本部分适用于GB 7251系列标准的各类低压成套开关设备。

2 规范性引用文件

(略)

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本部分。

3.1 一般定义

3.1.1 低压成套开关设备和控制设备

由一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备, 由制造商负责完成所有内部的电气和机械的连接, 用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。

3.1.2 主电路 (成套设备的)

在成套设备中, 一条用来传输电能的电路上所有的导电部件。

3.1.3 辅助电路 (成套设备的)

在成套设备中, (除了主电路以外的) 用于控制、测量、信号、调节、处理数据等电路上的所有导电部件。

注:成套设备的辅助电路包括开关电器的控制电路与辅助电路。

3.1.4 母线

一种可以与几条电路分别连接的低阻抗导体。

注:母线这个术语与导体的几何形状、尺寸、截面积无关。

3.1.5 功能单元

它是成套设备的一部分, 由完成相同功能的所有电气和机械部件组成。

注:虽然连接在功能单元上, 但位于隔室或封闭的防护空间外部的导体 (例如连接公共隔室的辅助电缆) 不视为功能单元的一部分。

3.1.6 进线单元

通过它把电能馈送到“成套设备”中去的一种功能单元。

3.1.7 出线单元

通过它把电能输送给一个或多个出线电路的一种功能单元。

3.2 电击防护

3.2.1 电击

电流通过人体或动物躯体而引起的生理效应。

3.2.2 基本防护

无故障条件下的电击防护。

注:对于成套设备, 其基本防护通常对应于GB 7251系列标准中的直接接触防护。

3.2.3 故障防护

单一故障条件下的电击防护。

注:对于成套设备, 其故障防护通常对应于GB 7251系列标准中的间接接触防护, 主要与基本绝缘损坏有关。

3.3 绝缘

3.3.1 基本绝缘

能提供基本防护的危险带电部件上的绝缘。

注:本概念不适用于仅用作功能性目的的绝缘。

3.3.2 附加绝缘

除了基本绝缘外, 用于故障防护附加的单独绝缘。

3.3.3 双重绝缘

既有基本绝缘又有附加绝缘构成的绝缘。

3.3.4 加强绝缘

危险带电部件具有相当于双重绝缘的电击防护等级的绝缘。

注:加强绝缘可以由几个不应像基本绝缘或附加绝缘那样单独测试的绝缘层组成。

4 基本要求

4.1 总则

应保证成套设备及其组成装置、器件都是安全的, 并且在按规定运输、贮存、安装和使用时对人身安全不发生危险。

在成套设备的设计中, 应优先考虑安全技术上的要求, 并应保证成套设备本身的设计没有任何危险和隐患, 如果不可能或不安全可能实现成套设备本身安全技术措施时, 应采用特殊安全技术措施, 或采用安全提示性的措施, 提示说明在什么条件下能安全使用成套设备。

对成套设备的安全性能可以采用设计规则或计算和试验的方法来进行验证, 以检查成套设备的符合性。

4.2 成套设备的数据和资料

4.2.1 一般要求

成套设备制造商应对成套设备的性能指标予以说明, 并保证成套设备的特性符合安装使用条件的要求。

成套设备制造商的技术文件中应提供以下资料:

4.2.2 额定电压 (Un) (成套设备的)

4.2.2. 1 额定工作电压 (Ue) (成套设备一条电路的)

如果一条电路的额定电压与成套设备的额定电压不同, 则成套设备制造商应规定这条电路的额定工作电压。

成套设备中任何一条电路的额定工作电压都不应超过其额定绝缘电压。

4.2.2. 2 额定绝缘电压 (Ui)

成套设备中一条电路的额定绝缘电压—介电试验电压和爬电距离参照此电压值确定。

一条电路中的额定绝缘电压应等于或者高于该条电路中规定的额定工作电压Ue。

注:对于IT系统的单相电路, 额定绝缘电压应该至少等于电源的相间电压。

4.2.2. 3 额定冲击耐受电压 (Uimp) (成套设备的)

额定冲击耐受电压应等于或者高于该电路所连接的系统中可能出现的瞬态过电压的规定值。

4.2.3 额定电流

4.2.3. 1 成套设备的额定电流 (In A)

成套设备的额定电流应小于:

———成套设备内所有并联运行的进线电路的额定电流总和;

———特殊布置的成套设备中主母线能够分配的总电流。

通此电流时, 各部件的温升不应超过表1中规定的限值。

注1:进线电路的额定电流可低于成套设备内的 (符合各自装置标准的) 进线装置的额定电流。

注2:主母线是指在运行中正常连接的单个母线或单个母体的组合体, 例如使用母线连接器进行连接。

4.2.3. 2 一条电路的额定电流 (In)

成套设备中某一电路的额定电流由成套设备制造商根据其内装电器元件的额定值及其布置和应用情况来确定。通此电流时, 成套设备各部件的温升不超过表1规定的限值。

注1:任一条电路的额定电流可低于安装在这条电路中电器元件 (根据各自的电器产品标准) 的额定电流。

注2:由于确定额定电流的因素复杂, 因此无法给出标准值。

4.2.3. 3 额定分散系数 (RDF)

额定分散系数是由成套设备制造商根据发热的相互影响给出的每个成套设备出线电路可以持续并同时承载额定电流的相对值。

成套设备制造商明示的额定分散系数能用于:

———几组电路;

———整个成套设备。

额定分散系数乘以电路的额定电流不应小于出线电路的负载电流。出线电路的负载电流应在相关技术资料中给出。

额定分散系数适用于在额定电流下运行的成套设备 (In A) 。

注:额定分散系数可以表明多个功能单元在实际中没有同时达到满负荷或断续地承载负荷的情况。

4.2.3. 4 额定峰值耐受电流 (Ipk)

额定峰值耐受电流应不小于电路所连接的电源系统中的预期短路电流峰值。额定峰值耐受电流应用额定短路耐受电流乘系数n获得。系数n的标准值和相应的功率因数见GB7251.1—2005中表4。

4.2.3. 5 额定短时耐受电流 (Icw) (成套设备中一条电路的)

额定短时耐受电流应不小于连接到电源每一点的电路的预期短路电流的有效值。

成套设备不同的Icw值对应不同的持续时间 (例如0.2s, 1s, 3s) 。

对于交流, 额定短时耐受电流值是交流分量的有效值。

4.2.3. 6 成套设备的额定限制短路电流 (Icc)

额定限制短路电流不小于成套设备的短路保护装置的动作时间内所能承受的预期短路电流的有效值。

短路保护器件的特性应由成套设备制造商给出。

4.2.4 额定频率 (fn)

成套设备的额定频率是指电路所标明的并与其使用条件有关的频率值。如果成套设备的电路设计了不同的频率值, 则应给出各条电路的额定频率值。

注:频率值允许限制在电路中内装电器元件相应的国家标准所规定的范围内, 如果成套设备的制造商没有其他规定, 则限制在额定频率的98%～102%范围内。

4.2.5 其他特性

应给出以下特性:

a) 功能单元在特殊使用条件下的附加要求 (例如:配合形式, 过载特性) ;

b) 污染等级;

c) 为成套设备所设计的系统接地型式;

d) 户内和/或户外的安装条件;

e) 固定式或可移动式;

f) 电击防护措施;

g) 防护等级;

h) 专业人员使用或非专业人员使用;

i) 电磁兼容性 (EMC) ;

j) 特殊使用条件 (如适用) ;

k) 外形设计;

l) 机械冲击防护 (如适用) 。

4.3 成套设备的铭牌和标志

4.3.1 一般要求

成套设备上应有能保持长久、坚固、容易辨认, 且醒目清晰的铭牌和标志。这些铭牌和标志应标出安全使用盛成套设备所必需的主要特征。其位置应该是在成套设备安装好后, 易于看到的地方。

4.3.2 铭牌

每台成套设备应配置一至数个铭牌, 以下资料应在铭牌中标出:

a) 成套设备制造商的名称或商标;

b) 型号或标志号, 或其他标记, 据此可以从成套设备制造商获得相关的资料。

如果适用的话, 以下关于成套设备的附加资料也应在铭牌中给出:

c) 产品依据的标准编号;

d) 鉴别生产日期的方式;

e) 额定电压;

f) 短路耐受强度和短路保护器件的种类;

g) 电击防护措施;

h) 外形尺寸 (包括突出部分, 例如手柄、覆板、门) ;

i) 质量 (超过30kg) 。

4.3.3 标志

成套设备应设置辨别电路、电器元件及共保护器件的标志。成套设备中电路、电器元件的标志应与随同成套设备提供的线路图上的标志一致。如果需要, 成套设备还应标志严禁打开门、覆板的警示, 以及必要的操作程序、操作方向的标志及紧急情况下的操作提示等。

4.4 装卸、安装、操作与维修使用说明书

成套设备制造商应在其技术文件或产品目录中规定成套设备及其中电器元件的装卸、安装、操作与维修要求。

如果有必要, 说明书中应包括成套设备的装卸、运输、安装和操作的正确方法, 这些方法对合理、正确地运输、装卸、操作、安装和使用成套设备是极其重要的。

如果有必要, 应在成套设备制造商的文件或说明书上给出起吊的正确方法和起吊装置及其吊索尺寸及关于怎样装卸成套设备的信息。

如果有必要, 应规定与成套设备的安装、操作和维修有关的EMC措施。

如果一个被规定用于环境A的成套设备将要用于环境B, 那么在使用说明书上要包括以下的警告:

本产品适用于环境A。在环境B使用本产品可能会产生有害的电磁干扰, 在此情况下用户应采取适当的防护措施。

必要时, 上述文件中应给出推荐的维修范围和维修周期。

如果元器件的布置使电路的识别不很明显, 则应提供相关的资料, 如电路图或表格。

4.5 元器件和/或部件的识别

4.5.1 在成套设备中, 应能识别出单个电路和它们的保护器件、部件。所用的标识应与图纸上的标志一致。

4.5.2对于能根据使用人员的选择置于不同运行或功能状态的器件, 必须具有能够清楚表明所选择的状态并加对标记。为此目的的设置的器件 (例如测量仪器、功能选择开关) 其定量或定性的指示值要有足够的精度。

4.5.3受成套设备本身的条件限制, 不能直接在成套设备上标识时, 则须用其他能清楚、可靠的有效表达方式 (如用操作说明书或安装使用说明书的书面表达方式) , 将需注意的事项通告使用人员。

4.5.4对指定的颜色规定明确的含义, 采用安全色标来传递安全信息, 可提高操作人员的安全性。成套设备用按钮、指标灯和导线的颜色标记、标识见表2。

4.5.5电气设备的接线端、接地、危险等标记应符合表3和表4的规定。对特殊的操作类型和运行条件等应做扼要说明。

(待续)

低压成套控制设备 篇2

5.1 材料和部件的强度

5.1.1 一般要求

成套设备应由能够承受在规定的条件下可能产生的机械应力、电气应力及热应力的材料构成, 以保证成套设备及其部件的结构和安装方式能安全恰当地组装和连接。为了减少对可能产生于电气装置的各种危险以及外部对其的影响, 还要求应采取必要的防护措施。

成套设备壳体的外形和结构应适合其用途。这些壳体和结构件可以采用不同的材料, 例如:金属的、绝缘的或它们的组合材料等。

5.1.2 耐腐蚀

为了确保防腐, 成套设备应采用合适的防腐材料或在裸露的表面涂上防腐层, 同时还要考虑使用及维修条件。

5.1.3 耐紫外线辐射

对于用合成材料制作的或用金属材料制作但完全用合成材料包覆的, 且用于户外安装的成套设备的壳体和外装部件, 应由能抗紫外线 (UV) 辐射的材料构成。

5.1.4 绝缘材料的耐热和耐着火性能

5.1.4.1 一般要求

由于内部电气的作用, 绝缘材料会受到热应力的影响, 这种变化会降低成套设备的安全性, 因此绝缘部件的功能不应该受到正常使用的发热、非正常发热和着火的影响。

5.1.4.2 绝缘材料耐热性能

制造商应给出证明成套设备所选用的绝缘材料温度指标的依据。如果没有此数据, 成套设备的绝缘材料应能承受至少持续70℃的高温, 应用试验来验证绝缘材料的耐热性。

5.1.4.3 绝缘材料耐受非正常发热和着火的性能

由于内部电效应, 用来作为固定载流部件的绝缘材料需要承受热应力, 其损坏会影响成套设备的安全性能, 这类绝缘材料部件不应再现遭受非正常发热和着火的有害的影响。

制造商可以提供有关绝缘材料适合性的数据以证明符合其要求。如果没有此数据, 对成套设备的绝缘材料承受的灼热丝顶部的温度应如下:

——用于固定载流部件的部件: (960±15) ℃;

——用于固定在嵌入墙内的部件: (850±15) ℃;

——其他部件, 包括保护导体和嵌入阻燃墙内的部分: (650±10) ℃;

注: (PE) 保护导体不作为载流部件考虑。

5.1.5 部件的机械强度

所有的壳体和隔板包括门的闭锁装置和铰链, 应具有足够的机械强度以能够承受正常使用时和短路条件下所遇到的应力。

可移动部件的机械操作, 包括所有的插入互锁, 在成套设备安装好之后, 应保证操作机构的良好性能。

5.1.6 起吊装置

如果需要, 成套设备的壳体上应装配支撑最大允许负载所需的部件, 配备合适的起吊装置, 以保证成套设备的运输安全。

5.2 防护等级

5.2.1 对机械冲击的防护

成套设备的壳体应提供防止机械撞击的防护等级, 如果需要, 应按GB/T 20138—2006的规定执行。

5.2.2 防止触及带电部件以及外来固体的侵入和液体的进入

成套设备的IP代码通常是指防护外部尘埃或颗粒以及潮湿的气体进入内部或防护空间, 而不会造成任何有害的影响。当成套设备在其正常使用条件下, 应不会造成成套设备操作人员接触到任何危险的带电体。

由成套设备提供的防护等级, 应按照GB 4208用IP代码表示。

对于户内使用的成套设备, 如果没有防水的要求, 下列IP值为优选值:

IP00, IP2X, IP3X, IP4X, IP5X。

封闭式成套设备在按照制造商的说明安装好后, 其防护等级至少应为IP2X, 成套设备下面的防护等级至少应为IPXXB。

对于无附加防护设施的户外成套设备, 第二位特征数字应至少为3。

注:对于户外成套设备, 附加的防护设施可以是防护棚或类似设施。

如果没有其他规定, 在按照制造商的说明书进行安装时, 制造商给出的防护等级应适用于整个成套设备。

成套设备某个部分的防护等级与主体部分的防护等级不同, 制造商则应单独标出该部位的防护等级。

例如:操作面IP20, 其他部位IP00。

成套设备的IP等级应由试验验证来确定, 只有在进行了适当的试验或使用预装式外壳的情况下才能给出, 对没有进行过验证的成套设备, 不应给出IP值。

户外和户内安装的封闭式成套设备, 打算用于高湿度或温度变化范围很大的场所时, 应采取适当的措施 (通用和/或内部加热、设置排水孔等) 以防止在成套设备内产生有害的凝露。成套设备在任何时候, 都应保持规定的防护等级。

尽管本部分把电击防护的要求作为一个独立的项目, 但是对电击的防护也涉及在防护等级的要求中。

5.2.3 可移式部件的防护等级

成套设备所给出的防护等级一般适用于可移式部件的连接位置。

如果在可移式部件或抽出式部件移出以后, 成套设备不应保持原来的防护等级, 制造商与用户应达成采用某种措施以保证足够防护的协议。制造商给出的资料可以代替这种协议。

5.2.4 内部隔室的防护等级

IP代码的另一个作用就是标定出成套设备内部隔室的防护等级, 这包括人身防护, 并可以防止成套设备内的物体从一个隔室转移到另一个隔室。成套设备用挡板或隔板进行隔离的典型形式见GB 7251.1—2005中7.7的规定, 内部隔离形式的典型示例见GB 7251.1—2005的附录D。

5.3 电气间隙和爬电距离

5.3.1 一般要求

电气间隙和爬电距离按GB/T16935.1—2008的规定, 用来提供成套设备内的绝缘配合。

成套设备内部安装的器件, 在正常使用条件下也应保持规定的电气间隙和爬电距离。作为成套设备的组成部分的装置的电气间隙和爬电距离, 应符合相关的产品标准的要求。

考虑到壳体或内部屏障可能出现的变形, 同时也包括短路所导致的变形, 如有必要, 应采用测量的方式验证电气间隙和爬电距离。

根据GB 7251.1—2005中表14和表16的规定, 成套设备的电气间隙是依据额定冲击耐受电压确定, 爬电距离依据额定绝缘电压确定。其值在确定选取时, 应采用最高电压的额定值来确定单独电路的电气间隙和爬电距离。

电气间隙和爬电距离适用于相对相、相对中性线, 如果中性导体直接连接在大地上则为相对地及不同电路的导体之间。

对于裸带电导体和端子 (例如:与电器元件和电缆接头连接的母线) 其电气间隙和爬电距离至少应符合与其直接相连的电器元件的有关规定。

短路电流不大于成套设备标称的额定值时, 母线间、连接线间及母线与连接线间的电气间隙和爬电距离不应永久性减小至成套设备的规定值以下。由于短路导致的壳体或隔板、挡板、屏障的变形, 不应永久地使电气间隙和爬电距离减小到规定值以下。

如果成套设备包含有抽出式部件, 则有必要验证它在试验位置和分离位置时是否符合电气间隙和爬电距离的规定值。

5.3.2 电气间隙

电气间隙应足以达到能承受电路中标称的额定冲击耐受电压 (Uimp) 。电气间隙的最小值应为GB 7251.1—2005中表14的规定值, 进行过冲击耐受电压试验的情况除外。

测量电气间隙的方法见GB 7251.1—2005的附录F。

5.3.3 爬电距离

成套设备电距离的最小值应为GB 7251.1—2005中表16的规定值。

制造商依据成套设备的额定绝缘电压 (Ui) 来确定爬电距离。给出的额定绝缘电压不应小于额定工作电压。爬电距离还应符合成套设备规定的污染等级及在额定绝缘电压下的相应的材料组别。爬电距离是以预期污染等级为依据的。如果用户无异议, 制造商可以假定为污染等级3 (例如, 存在导电性污染, 或者由于凝露使干燥的非导电性污染变成了导电性污染) 。同时, 爬电距离是污染等级和所使用的绝缘材料 (材料组别) 的相比电痕化指数的函数。

在任何情况下, 爬电距离都不应小于相应的最小电气间隙。

测量爬电距离的方法在GB 7251.1—2005的附录F中给出。

注:对于无机绝缘材料, 例如玻璃或陶瓷, 不产生漏电起痕, 其爬电距离不需要大于其相关的电气间隙。但建议考虑击穿放电危险。

由于加强筋对污染物的影响以及其较好的干燥效果, 因此可以明显地减少泄漏电流的形成。如果使用最小高度2mm的加强筋, 在不考虑加强筋数量的情况下, 可以减小爬电距离, 但应不小于规定值的0.8倍, 而且不应小于相关的电气间隙。应根据机械要求来确定加强筋的最小底宽。

5.4 电击防护

5.4.1 一般要求

成套设备中的器件和电路的布置应便于操作和维修, 同时要保证必要的安全等级。

当成套设备安装在一个符合GB16895.21的系统中时, 下述要求用来确保所需的防护措施。

注:普遍可接受的防护措施可依据GB/T 17045—2008和GB16895.21—2004的规定。

那些对于成套设备特别重要的防护措施在5.4.2～5.4.3中给出。

5.4.2 基本防护

5.4.2.1 一般要求

基本防护是防止直接接触危险带电部件的一种防护。

基本防护可利用成套设备本身适宜的结构措施, 也可利用在安装过程中采取的附加措施来获得对直接接触的防护。可要求成套设备制造商给出相关资料。

例如:安装了无附加设施的开启式成套设备的场地, 只有经过批准的人才允许进入。

基本防护措施可以选择5.4.2.2和5.4.2.3中的一种或多种防护措施。如果相关标准没有规定, 则应由成套设备的制造商选择适宜的防护措施。

5.4.2.2 使用绝缘材料提供基本绝缘

危险带电部件完全被绝缘材料包覆, 绝缘材料只有在被破坏后才能去掉。

绝缘材料应采用能够承受使用中可能遇到的机械、电和热应力的材料制成。

注:例如用绝缘材料将带电部件包覆。

通常单独的漆层、搪瓷或类似物品的绝缘强度不应满足基本绝缘的要求。

5.4.2.3 挡板或壳体

靠空气绝缘的带电部件应安置在能够提供至少有IPXXB (也可按IP2X) 防护等级的壳体内或挡板的后面, 以防止触及危险的带电部件。

对不高于地面1.6m范围内的可触及壳体的水平顶部表面的防护等级至少应为IPXXD。

考虑到外部影响, 正常工作条件时, 挡板和壳体均应可靠地固定在其位置上, 使它们有足够的稳固性和耐久性以维持要求的防护等级并适当的与带电部件隔离。可导电的挡板或壳体与被保护的带电部件的距离应不小于5.3规定的电气间隙与爬电距离的值。

在有必要移动挡板、打开或拆卸壳体的部件 (门、覆板和同类物) 时, 应满足下述条件之一:

a) 使用钥匙或工具, 也就是说只有靠器械的帮助才能打开门、盖板和联锁装置;

b) 在由挡板或壳体提供基本防护的情况下, 只有在挡板和壳体复位后才可以开始供电。在TN-C系统中, PEN导体不应被隔离或断开。TN-S和TN-C-S系统中, 中性导体不需要隔离或断开。

例如:用隔离器对门进行内部联锁, 仅在隔离器断开时, 门才能被打开, 而且当门打开时, 不使用工具不可能闭合隔离器。

c) 中间挡板提供的防止接触带电部件的防护等级至少为IPXXB, 此挡板仅在使用钥匙或工具时才能移动。

5.4.3 故障防护

5.4.3.1 安装要求

成套设备应依据GB 16895.21—2004进行设计安装并采取相应的防护措施。对于一些特殊用途的安装场合 (如铁路、船舶等) , 防护措施应由成套设备制造商与用户协商而定。

5.4.3.2 自动断电保护

5.4.3.2.1 一般要求

每台成套设备应有保护导体, 便于电源能自动断开, 以提供如下保护:

a) 防止成套设备内部电路故障引起的后果 (例如:基本绝缘损坏) ;

b) 防止通过成套设备供电的外部电路故障引起的后果 (例如:基本绝缘损坏) ;

保护导体的具体要求见5.4.3.2.2和5.4.3.2.3。

保护导体 (PE、PEN) 时鉴别要求见GB 7251.1—2005中的7.6.5.2和本部分的表2。

5.4.3.2.2 防止成套设备内部电路故障对保护导体的要求

成套设备所有的裸露导电部件应连接在一起, 并连接至供电保护导体上, 或通过接地导体与接地装置连接。这种连接可以用金属螺钉、焊接或其他导体实现, 或通过单独的保护导体实现。GB 7251.1—2005表3适用于采用单独保护导体的情况。

注:需要对成套设备的金属部件进行预处理, 尤其是用耐磨涂覆层, 如采用粉末喷涂处理。

应按照GB 7251.1—2005的8.2.4.1验证成套设备的裸露导电部件与保护电路接地的连续性。

为保证其保护电路连接的连续性, 应满足如下要求:

a) 当把成套设备的一部分取出时, 如例行维修, 成套设备的其余部分的保护电路接地连续性不应中断。

如果采取的措施能够保证保护电路有持久良好的导电能力, 而且载流容量足以承受成套设备中流过的接地故障电流, 那么, 组装成套设备的各种金属部件则被认为能够有效地保证保护电路的连续性。

注:除非是为特殊用途设计, 否则软金属管不可以作为保护导体。

b) 在盖板、门、遮板和类似部件上面, 如果没有安装超过特低电压 (ELV) 的电气装置, 通常的金属螺钉连接和金属铰链连接则被认为足以能够保证电的连续性。

如果在盖板、门、遮板等部件上装有电压值超过特低电压限值的器件时, 应采取附加措施, 以保证接地连续性。这些部件应按照GB 7251.1—2005中表3A配备保护导体 (PE、PEN) , 此保护导体的截面积取决于电器元件工作时的额定电流In。如果器件的额定电流不大于16A, 则为此用途而设计的等效的电连接方式 (如滑动接触、防腐蚀铰链) 也认为是满足要求的。

不能用装置的固定安装方式与保护电路连接的, 应采用符合GB 7251.1—2005中表3A规定的导体连接到成套设备的保护电路上。

成套设备的裸导电部件在下述情况下不会构成危险, 则不需与保护电路连接:

——不可能大面积接触或用手抓住;

——或由于裸露导电部件尺寸很小 (大约50mm×50mm) , 或被固定在其位置上, 不可能与带电部件接触。

这适用于螺钉、铆钉和铭牌, 也适用于接触器、继电器的衔铁、变压器的铁芯 (除非它们带有连接保护电路的端子) 、脱扣器的某些部件等, 不论其尺寸大小。

如果可移式和/或抽出式部件配备有金属支撑表面, 而且它们对支撑表面上有足够的接触力, 则认为这些支撑面能充分保证保护电路的接地连续性。

5.4.3.2.3 防止成套设备的外部电路故障对保护导体的要求

成套设备内部保护导体的设计应使它们能够承受在成套设备的安装场地可能遇到的由于外电路故障引起的最大热应力和电动应力, 导体结构部件可以作为保护导体或其中的一部分。

原则上, 除了以下所提到的情况外, 成套设备内的保护电路不应包含分断器件 (开关、隔离器等) :

——只有经过批准的人才可以借助工具来拆卸保护导体的连接片 (这些连接片可能是为了满足某些试验的需要) ;

——当利用连接器或插头、插座切断保护电路连续性时, 只有当带电体已经不带电了, 保护电路才可以断开, 在带电体重新通电之前必须保证恢复保护电路的连续性。

如果成套设备中的结构部件、框架、外壳等是由导电材料制成的, 则保护导体不须与这些部件绝缘。对某些保护器件的导体包括连接到单独接地极的导体应绝缘。这适用于电压操作故障的检测装置也适用于变压器中性线的接地连接。

与外部导体连接的成套设备内的保护导体 (PE、PEN) 的截面积应不小于GB 7251.1—2005附录B中的计算公式规定求得的值。所应考虑的最大的故障电流、故障持续时间以及相关带电导体的短路保护器件 (SCPDs) 的限值见GB 7251.1—2005中8.2.3.2.4。

对于PEN导体, 下述补充要求应适用:

——最小截面积应为铜10mm2或铝16mm2;

——PEN导体的截面积不应小于所要求的中性导体截面积;

——结构部件不应用作PEN导体, 但铜或铝制安装轨道可用做PEN导体。

——在某些应用场合, 例如大的荧光照明装置, PEN导体的电流可能达到较高值, 可以根据成套设备制造商与用户之间的专门协议, 配备其载流量等于或高于相导体的PEN导体。

外部保护导体端子的详细要求见GB 7251.1—2005的7.1.3。

5.4.3.3 电气隔离

成套设备电路的电气隔离是用来防止因电路的基本绝缘损坏而触及带电的裸露导电部件时出现电击电流。

5.4.3.4 用全绝缘进行防护

采用“全绝缘”防护的成套设备称为Ⅱ类设备。

采用全绝缘防护必须满足以下要求:

a) 元器件应用双重或加强的绝缘材料完全封闭。壳体上应标有从外部易见的符号“回”。

b) 壳体上应不存在因导电部件穿过而可能将故障电压引出壳体外的部位。

这就是说, 对金属部件, 例如由于结构上的原因必须引出壳体的操作机构的轴, 应按成套设备中所有电路的最大的额定绝缘电压和额定冲击耐受电压与带电部件绝缘。

如果操作机构是用金属做的 (不管是否用绝缘材料覆盖) , 应按成套设备中所有电路的最大额定绝缘电压和最大额定冲击耐受电压提供的绝缘等级。

如果操作机构主要是用绝缘材料做的, 若它的任何金属部件在绝缘故障时变得易于接触, 也应按成套设备中所有电路的最大额定绝缘电压和最大额定冲击耐受电压与带电部件绝缘。

c) 成套设备准备投入运行并接上电源时, 壳体应将所有的带电部件、裸露导电部件和附属保护电路的部件封闭起来, 以使它们不被触及。壳体提供的防护等级至少应为IP2XC (见GB4208) 。

如果保护导体需要与成套设备外的负载连接, 则该成套设备应配备连接外部保护导体的端子, 并用适当的标记加以区别。

在壳体内部, 保护导体及其端子应与带电部件绝缘, 并且裸露的导电部件应采用与带电部件相同的方式进行绝缘。

d) 成套设备内部的裸露导电部件不应连接在保护电路上, 也就是说裸露导电部件不包括在保护电路的防护措施中, 这同时也适用于内装电器元件, 即使它们具有用于连接保护导体的端子。

e) 如果成套设备的门或覆板不使用钥匙或工具就能打开, 则应配备用绝缘材料制成的挡板, 它不仅提供非故意触及可接近带电部件的防护, 而且也可防止非故障触及在打开覆盖后接近裸露导电部件。因而, 无论如何此挡板不使用工具应不能拆卸。

5.4.4 稳态接触电流和电荷的限制

如果成套设备内部含有断电后还存有稳态接触电流和电荷的装置 (如电容器) , 则要求装有警示牌。

用于灭弧和继电器延时动作等的小电容器, 不应认为是有危险的器件。

注:如果在切断电源后的5s之内, 由静电产生的电压降至直流60V以下时, 非故意的接触不认为是有危险的。

5.4.5 对经过允许的人员接近运行中的成套设备的要求

根据成套设备制造商与用户的协议, 经过允许的人员接近运行中的成套设备必须满足GB 7251.1—2005中7.4.6.1～7.4.6.3中的一项或几项要求。这些要求应作为5.4电击防护措施的补充。当经过允许的人员获准接近运行中的成套设备时, 可借助工具或用解除联锁的方法打开柜门进行工作。当柜门重新闭合时, 所有联锁应自动恢复。

低压成套控制设备 篇3

关键词：低压成套开关设备,故障电弧,引弧试验,改造设计,防护措施

0 引言

低压成套开关设备主要负责低压配电系统中的控制、保护、监测、转换和分配。低压成套开关设备覆盖到了生产现场、公共场所、住宅等场所,可以说,只要有电就会有低压成套设备,据统计我国电力约80%是由低压成套设备提供。低压成套开关设备的发展根植于工业材料、低压电器、加工工艺、基础设施建设和人民的用电生活,所以从某一层面上可以看出低压成套开关设备的水平间接反映了国家的经济实力、科技水平、生活水平。

在低压成套开关设备中,内部故障电弧事故极少发生,但它一旦发生,将对人身及设备造成极大的危害。目前,内部引弧试验主要在中高压成套开关设备上进行,主要用于设计、制造能耐受内部故障电弧的中高压成套开关设备。本文依据国家标准GB/Z 18859—2002《封闭式低压成套开关设备和控制设备在内部故障电弧情况下的试验导则》与最新的IEC标准IEC/TR 61641修订版,对低压成套开关设备进行内部故障引弧试验,并对试验结果进行分析。

1 内部故障电弧介绍

如果低压成套开关设备发生内部故障电弧,产生包括压力、热效应、辐射、弧光及声响等效应。当发生内部电弧故障时,低压成套柜内燃烧的电弧温度快速上升,并加热周围的空气,以致使空气膨胀,并产生巨大的压力,从而使封闭的成套开关设备内外产生压力差,就很可能会导致门被爆开并且可能附带一些部件从低压成套柜内部飞出[1]。由焦耳定律公式W=I2Rt可知,当导体的电阻一定时,电流通过导体产生的能量跟电流强度的平方成正比、跟通电时间成正比。如图1所示,当燃弧持续时间越长,所释放的能量指数级上升,且所释放的能量破坏力惊人。由于目前的变压器保护策略从检测故障电流到切断故障电流的时间一般会超过100 ms,如若发生内部故障电弧,就可能造成事故发生。

2 内部故障引弧试验

目前对于低压成套开关设备,内部故障引弧试验不是强制性认证试验,是属于自愿性认证试验,造成了国家标准GB/Z 18859有一定的年限。本文主要依据国家标准研究低压成套开关设备的内部引弧试验,选用样机的型号规格为GGD3,主母线:In=2 500 A,Icw=65 k A,Ue=AC 380 V,Ui=660 V,50 Hz。进行试验的成套设备已完全装配好,内部元器件按正常使用情况下安装。经制造厂认可,试验参数为AC 380 V/50 k A,试验通电设置持续时间施加0.3 s。选择的裸铜引燃线尺寸与试验电流(有效值)的大小相关:当试验电流I≤25 k A时,导线截面选择0.75 mm2;试验电流25 k A<I≤40 k A时,导线截面选择1.0 mm2;当试验电流I>40 k A时,导线截面选择1.5 mm2。因此,本试验选择的导线截面为1.5 mm2。

内部故障引弧试验在d1~d7处进行引弧试验,如图2所示,几乎每个隔室都进行了引弧试验,利用一根1.5 mm2裸铜线以最短距离将三相短接起来,短接过程中绝缘盖板、套管不应被损坏、移去或穿孔。国家标准对试验结果按以下5个准则评价。

准则1:成套柜的门、盖板等没有被打开,处于正确的使用状态。

准则2:大的或有锋锐边缘的(如用金属或塑料制成的观察窗、压力释放阀、盖板等)等有可能造成危险的部件没有飞落。

准则3:成套设备可自由触及的外壳表面上没有孔洞。

准则4:成套设备周边垂直放置的指示器没有被点燃。

准则5:外壳的可接近部件的等电位连接仍然有效[2,3]。

当试验结果符合以上5个准则,则内部故障引弧试验通过。关于试验合格判据,可以通俗地理解为,试验中的指示器(即在模拟使用中成套设备周围的人员或物)未点燃,指示器点燃就意味着人员受伤或物损坏;可触及的设备外壳不允许有打开和孔洞,试验后外壳的可接近部件的等电位连接有效等都是为了保证操作人员的安全。

3 试验现象分析

成套设备样机进行内部故障引弧试验的波形图如图3所示,一些点(如d1、d2、d3、d4处)的引弧点试验过程中并未产生持续0.3 s的燃弧,而其他的引弧点试验过程中会出现长时间的燃弧。当引弧试验持续时间未能达到0.3 s的一半时熄灭并没有再引燃,且试后符合试验评价的准则,应需在同一个引弧点上重复进行一次引弧试验,但同一引弧点最多仅需进行两次引弧试验。在进行第二次试验前,成套设备应保持第一次试验所产生的损伤状态,不能进行任何人为的修复。通电时间小于0.15 s的引弧试验后,没有造成任何不符合标准的现象出现,则需要重复一次试验。对于同一台成套设备进行多个点的引弧试验,可以在进行新一点的引弧试验之前对成套设备进行必要的修复工作,确保在进行新一点的引弧试验之前成套设备的性能处于正常状态。

图3 b)显示持续0.3 s燃弧产生的高温、冲击力是巨大的,试验将线路垂直母线铜排的底部烧毁,产生的冲击力将锁住的柜门炸开,其电弧效应产生的破坏力极大,从而造成试验的失败。

4 样机优化改造设计

封闭式成套开关设备内部故障电弧发生的主要原因可归纳为以下几种原因:设备正常工作使用下,有动物、工具、有机物残渣等外物进入;设备自身材料或机械设计缺陷;工作人员的误操作;未进行有效地设备维护,故障未及时维修解决[4,5]。为避免内部电弧故障的发生,结合试验所呈现的现象进行研究分析后可得出采用如下措施:(1)利用隔板进行隔离,将开关设备分隔为母线、功能单元、仪表及电缆出线等隔室,并在隔板上加个绝缘隔弧板进行全绝缘隔离,柜体内部导电部位进行全绝缘设计,各功能室相互间的这种空间分隔并绝缘减少了故障电弧产生的可能性。(2)开关设备中电器元件、引出端子及母线的设计采用比标准高的电气间隙与爬电距离,减少故障电弧产生可能性。(3)采用合理的泄压通道,快速泄压,有条件情况下强制通风冷却装置,可将电弧产生的冲击力从泄压通道释放,避免对柜体造成损伤。(4)保护开关电器快速分断(或使用限流保护开关电器,限制短路电流从而降低电弧能量),这样可限制故障电弧的强度,限制故障电弧可以减轻灾害的程度。(5)加强螺栓连接部位的接触压力,按规定保证螺栓连接的转矩和转角,以避免因为导体间接触不良引起电弧的产生。通过上述的优化改进后,样机再进行内故障引弧试验,引弧试验都能快速分断故障电弧,其试验波形图如图4所示,最终样机顺利通过了试验。

5 结语

近年来,随着生产工艺技术及低压电器技术的快速发展,低压成套开关设备极少发生内部电弧故障,但不能完全避免电弧故障发生,在运行使用过程中,有可能因人员操作不当、固体绝缘材料的损坏、过电压等因素引发内部电弧故障。因此,本文利用GGD成套开关设备作为样机进行内部故障引弧试验并研究分析,得出符合内部电弧故障试验要求的成套设备应达到以下要求:充分理解标准,成套设备按试验标准设计开发;设计合理的泄压通道;柜内增加绝缘挡弧板防止内外部件烧毁;保护开关电器快速短路分断,能在100 ms内检测并分断短路故障电流。

参考文献

[1]田广青.中低压开关柜内部故障电弧光保护系统[J].电工技术,2004(10):62-64.

[2]IEC/TR 61643—2008 Enclosed low-voltage switchgear and controlgear assemblies—Guide for testing under conditions of arcing due to internal fault[S].

[3]GB/Z 18859—2002封闭式低压成套开关设备和控制设备在内部故障引起电弧情况下的试验导则[S].

[4]蔡彬,陈德桂.中压开关柜中内部电弧故障的计算方法和防护措施[J].高压电器,2003,39(1):8-11.

低压成套开关设备可靠性问题研究 篇4

1 常见低压成套开关设备主要优缺点简述

1.1 固定式成套开关设备 (GGD、DXG等) 的优缺点

(1) 固定式成套开关设备优点:结构较简单, 综合造价较低, 性价比高, 通风散热性能好, 连线清晰, 电缆接头较少。

(2) 固定式成套开关设备缺点:内部开关设备在柜内是用紧固件固定的, 柜门与断路器间没有闭锁机构, 操作安全性要靠操作规程来保证;结构间相互影响较大, 一个回路或某个设备出现故障, 往往会影响其他正常回路的正常运行, 同时某个回路需要试验或维修时, 往往会需要整个柜子停电试验检修, 影响到柜子内部其它回路或设备的正常运行。

1.2 抽屉式成套开关设备 (MNS、GCS、GCK等) 的优缺点

(1) 抽屉式成套开关设备优点:成套开关柜柜门与断路器间存在联锁结构, 一旦断路器处于合闸运行工况则柜门无法打开, 操作安全性在电气上有闭锁保证性能;柜内各回路间不存在直接关系, 一旦某回路出现故障或进行试验检修, 则只需抽出该回路间隔, 不影响其他正常回路或设备的正常运行;相同规格的抽屉柜均具有兼容性和互换性, 便于检修, 一旦某个抽屉回路出现故障则可以采用备用抽屉间隔进行临时替换, 可以方便、迅速地采用备用抽屉柜将故障抽屉柜替换, 更换较方便, 停电时间较短, 连续可靠供电效果较好。

(2) 抽屉式成套开关设备缺点:通风散热条件不太优越, 柜内温度通常较高, 在很大程度上影响导电体及开关元件通流能力的高效发挥;制造成本偏高;内部接线结构较复杂, 在安装过程中易出现接装位置错位、插不到位等问题;操作簧片性能要求较高, 易出现断裂、接触不良等问题;由于是密封结构, 母排、断路器等导体和设备的运行温度监测较困难。

2 影响低压成套开关设备可靠性的主要因素研究

低压成套开关设备运行的安全可靠性与它的方案设计、材料选择、生产加工、装配调试等均有密切的联系。避免或降低上述各环节中可能给开关柜带来的安全隐患, 将对低压配电系统实现降低电能输送成本、提高供电可靠性、提高优质服务水平、降低终端用户用电经济效益等目标均具有较高的工程实践应用研究意义。

2.1 原材料选用不当引起导电回路过热, 降低开关设备可靠性

在低压配电系统中, 一些大电流、关键的成套开关设备的连接回路主要采用铜导体 (如:开关柜) , 但在实际开关设备生产过程中发现, 一些冶铜企业所提供的铜排和制品纯度不高, 质量偏差, 严重影响到导电体的电导性能。一般开关设备厂商缺少专门的电导率检测设备, 从而造成一些质量不合格的铜产品进入到生产工序中, 利用此类铜材制成的母线或触头由于自身电阻较大而无法承受额定的载流量, 导致开关设备在实际投运后发热温升效应严重, 轻则发热量增加, 造成电能资源浪费;重则会出现发热过高引起开关触头、母排出现烧损, 引起火灾, 造成巨大的社会经济损失[1]。

2.2 装配不当引起导电回路过热, 降低开关设备可靠性

GCK、GCS等移开式开关柜一次断路器手车的动、静触头插入深度不够, 触头接触压力不足, 就容易引起动、静触头接触不良, 出现发热、烧损、拉弧等问题。但一些生产厂家在产品出厂时, 只是简单凭借动、静触头中心线一致等经验进行判断, 没有认真测量触头插入深度和接触压力, 在产品图纸、检验文件中不标注插入深度。仅仅以测量开关回路的直流电阻代替上述检查, 进而造成给成套开关设备埋下较大的质量隐患。断路器回路中动、静触头间接触性能不好, 接触电阻值就会越大, 相应在运行过程中发热性能就越强, 就可能引起其运行发热温度超过标准 (主触头温升75℃) , 的最高运行发热温度规定指标。工程中引起触头温升的主要表现为以下多个方面。

(1) 断路器触头片压紧弹簧压力不够、运行过程中出现氧化老化损坏、磨损等, 造成动、静触头接触面接触性能降低, 有效接触面减少。

(2) 低压成套开关设备其设备支撑架构的综合强度不够大, 造成抽屉柜内断路器在运行过程中, 在热、磁、重力等作用下出现座架变形, 使得一次插入触头深度不够, 与导电板间不能有效接触。

(3) 运行维护措施不到位, 外部污秽尘埃等进入开关柜内部, 触头接触面不清洁, 油腻灰尘多, 断路器触头有效接触面降低, 导电灰尘引起闪络, 烧损触头表面甚至整个触头。

如某额定电流为1250A的断路器开关柜而言, 在进行不同插入深度的电阻试验时, 各项指标均满足要求, 但进行各插入深度点的对地试验时, 发现触头盒内存在闪络问题, 结合温升试验发现触头接触点温升存在异常问题。因此, 在低压成套开关设备出厂试验和交接试验时, 除了要检测断路器设备插入深度的电阻值外, 还需配合对地试验等测试指标, 准确判断断路器触头插入深度是否满足相关指标要求, 以提高开关设备的整体安全可靠性。

2.3 绝缘材料不合格引起开关事故, 降低开关设备可靠性

从实践工作经验可知, 由于绝缘材料阻燃性能不合格等引起低压成套开关设备出现事故的案例不少, 如:在实际生产制造过程中, 没有严格按照工艺要求进行绝缘处理, 进而影响开关柜的整体绝缘性能, 并在外界潮湿空气作用和内部强烈的电、磁、热作用下, 开关柜整体绝缘性能不断降低, 直接影响到开关设备的供电安全可靠性。另外, 要加强绝缘材料的养护工作, 用于防水、防尘, 以及提高开关设备防护等级的密封条等, 其在实际应用过程中容易发生老化, 应在一年左右进行更好处理, 以提高开关柜整体防水、防尘能力, 确保开关设备具有较高的供电安全可靠性。

3 结语

低压成套开关设备其设计、生产制造、选型使用、检修养护等技术水平的高低, 直接影响到开关设备功能的正常发挥和供电的安全可靠性。因此, 在上述各环节中, 必须针对可能出现的安全隐患加强监督管理, 有效提高开关设备的供电安全可靠性, 确保供电具有较高的优质服务水平。

摘要：在对常见低压成套开关设备主要优缺点进行简单阐述后, 对于影响低压成套开关设备可靠性的主要因素进行了详细探讨研究, 以期在各环节中加强监督管理确保开关设备具有较高的安全可靠性。

关键词：低压成套开关设备,固定式,抽屉式,可靠性

参考文献

低压成套控制设备 篇5

一、风险监测的意义

风险监测是一项具有科学性的工作, 所以在进行检测时务必做到真实、客观, 注重实效性和过程的完整性, 对于监管部门和各级政府而言, 风险监测是一项极其重要的工作, 主要是因为风险监测的结果能够促进安全性和预防危害, 所以在检测时一定要严谨。低压成套产品质量检测的依据是以“早发现、早判断、早预测、早处理”为基本原则, 通过科学的检测过程能够有效实现闭环式风险监测工作。目前我国智能电网的不断发展和用户用电量的不断提高, 人们对低压成套控制设备和开关设备的安全性和可靠性有了更高的要求。在实际应用中母线架因其无法承受电器短路时所产生的巨大动应力和热应力, 会逐步扩大故障的范围, 从而导致线路无法正常的运行, 又如低压成套产品配件的控制设备和开关设备在尺寸是否符合规范、母线架质量是否有保证以及安装方式是否正确等等, 这些种种因素对低电压成套设备的正常运行起到决定性作用。低电压成套开关设备应用的范围比较广、生产量多, 所以要对低电压成套控制设备和开关设备进行风险监测, 又因为低电压成套开关设备应用的范围比较广, 人们对其产品质量要求也不断提高, 所以对其进行风险监测是很有现实意义。

二、低压成套控制设备和开关设备用母线架

进行风险监测的原因主要包括三点: 若母线架的工艺或材料在使用不当时, 就会损坏短路电路中的某些电路元件, 甚至使母线架变形以及绝缘破坏等, 这是由于短路电流产生的巨大热效应和电动效应所导致的。如果低压配电路发生短路故障, 就会导致短路电流不断增加, 甚至可能达到几万或者几十万安培, 这会严重损坏低压成套控制设备和开关设备。

低压成套开关设备有多种类型的漏电保护电器、控制与保护电器、熔断器、微电子以及低压电器和其他电子所集成。如果母线架强度没有达到所要求的标准就很容易导致故障温度升高, 影响设备的安全性。为了防止热效应所带来的影响, 电器的绝缘材料应该具有非常耐火、耐高温的能力, 从而避免热效应损坏电器安全性的绝缘部位, 也避免了在非正常火和热的作用下不会使电压成套开关设备和控制设备实效。

在生产的过程中, 所以要进行低压成套控制设备和开关设备的风险监测, 主要是因为在目前我国只有低压成套控制设备和开关设备的行业标准, 并没有国家标准。可以通过参考JBIT10316 - 2002 低压成套控制设备和开关设备母线架标准中5.2. 8 条款进行短路耐受强度验证的检测以及5. 2. 2 条款进行着火危险性能试验。

三、低压成套控制设备和开关设备空壳体

低压系统的电气传动、配电和自动控制设备等都是属于低压成套开关设备的范畴, 而且生产量大, 应用面广。目前智能电网的提出和用户用电量的提高, 能够有效促进低压成套开关设备的发展。进行风险监测的主要原因有以下两点: 某些设备的壳体由于承受外部负载的影响, 导致设备的正常运行, 壳体的裂痕和变形受到产品工艺和材料质量的影响。目前, 我国企业都要进行低压成套控制设备和开关设备的风险监测, 主要是因为我国只有低压成套控制设备和开关设备的行业标准, 并没有国家标准。当材料在具有一定的腐蚀性环境中就会造成壳体外观出现裂纹、锈斑或者其他的损坏, 从而影响了空壳体的绝缘性, 甚至导致低压成套设备的损坏。通过接线端子和导线连接成一个能够完成配电和电能输出的任务, 然后再将其安装在保护壳体内的组合体或单体。从中可以看出, 进行必要的风险监测是很有意义的。

综上所述, 目前我国智能电网的不断发展和用户用电量的不断提高, 低压成套开关设备越来越受到人们的关注。在低压系统的配电、自动控制设备以及电气传动等都是低压成套控制设备和开关设备的具体表现, 低压成套设备生产量大, 运用面也比较广。但是在目前我国的低压成套控制设备和开关设备还是存在许多不足, 这就需要我国质量检测机构不断提高风险监测能力, 同时不断完善企业管理理念和提高企业研发能力, 只有这样我国的低压成套控制设备和开关设备的产品质量才会不断提高。

摘要：低压成套开关设备的试验环节, 能够保证低压成套开关设备的质量与使用的寿命。本文首先介绍了低压成套产品的概念及其代表性产品, 然后通过研究和分析发现低压成套产品所存在的问题, 最后以低压成套控制设备和开关设备用空壳体和线架为例子进行了研究分析, 发现低压成套设备存在的风险, 并对其进行了风险检测, 阐述了其检测的意义与质量提升的策略。

关键词：低压成套开关设备,试验,产品质量

参考文献

[1]林友福, 陈敏.浅谈低压成套开关设备的智能化走势[J].中国新技术新产品.2015 (09) .

[2]朱占春.低压成套开关设备的计量检测可靠性研究分析[J].科技传播.2013 (09) .

[3]徐才胜.关于低压成套开关设备的认证适用范围等问题探析[J].机械工业标准化与质量.2012 (03) .

低压成套控制设备 篇6

低压成套开关设备在低压供电系统中负责电能的控制、保护、测量、转换和分配。由于低压成套开关设备深入到生产现场、公共场所、居民住宅等地点, 可以说凡是使用电气设备的地方都应配备低压设备, 我国电能的80%左右都是通过低压成套开关设备供出, 低压成套开关设备的发展源于材料工业、低压电器、加工工艺和设备、基础设施建设和人民的生活水平, 所以低压成套开关设备的水平从一个侧面反映了一个国家的经济实力与科学技术、生活水平。

1 绝缘配合的基本原理

绝缘配合意指根据设备的使用条件及周围环境来选择设备的电气绝缘特性, 只有在设备的设计基于其期望寿命中所承受的作用强度时, 才能实现绝缘配合。绝缘配合的问题不仅来自设备外部而且还来自设备本身, 是一个涉及各方面因素, 须加以综合考虑的问题, 其要点分为三部分:一是设备的使用条件;二是设备的使用环境, 三是绝缘材料的选用。

1.1 设备的使用条件

设备的使用条件主要指设备使用的电压、电场、频率。

1.1.1 绝缘配合与电压的关系。

在考虑绝缘配合与电压的关系中, 要考虑在系统中可能出现的电压、设备产生的电压, 要求的持续电压运行等级, 以及人身安全、事故的危险性。

(1) 电压与过电压的分类, 波形。

a持续工频电压, 有着恒定r、m、s的电压;

b暂时过电压, 较长持续时间的工频过电压;

c瞬态过电压, 几毫秒或更短的持续时间的过电压, 通常是高阻尼的振荡或非振荡的。

———缓波前过电压:一种瞬态过电压, 通常是单方向的, 到达峰值的时间为20μs

———快波前过电压:一种瞬态过电压, 通常是单方向的, 到达峰值时间为0.1μs

———陡波前过电压:一种瞬态过电压, 通常是单方向的, 到达峰值的时间为Tf≤0.1μs, 总持续时间<3ms, 并带有叠加振荡, 振荡频率地30kHz

d联合 (暂时、缓前波、快波前、陡波前) 过电压。

根据上述的过电压类型, 可描述出标准的电压波形。

(2) 长期的交流或直流电压与绝缘配合的关系, 要考虑额定电压、额定绝缘电压、实际工作电压。在系统正常、长期运行过程中, 主要要考虑额定的绝缘电压和实际工作电压, 而这一点除了要满足标准的要求外, 更要注意考虑我国电网的实际情况。在目前我国电网质量尚不高的情况下, 设计产品时, 对绝缘配合而言, 实际可能出现的工作电压更重要。

(3) 瞬态过电压与绝缘配合的关系, 这与电气系统内被控过电压的条件有关。在系统和设备中, 存在多种形式的过电压, 要全面考虑各种过电压的影响, 在低压电力系统中, 过电压可能会受到各种多变因素的影响, 所以, 系统中的过电压的是通过统计的方法来评定, 反映了一种发生概率的概念, 并可通过概率统计的方法来决定是否需要保护控制。

1.1.2 设备的过电压类别

根据设备的使用条件, 要求的长期持续电压运行等级, 将直接由低压电网供电设备的过电压类别分为Ⅳ级。过电压类别Ⅳ级的设备是使用在配电装置电源端的设备, 如电表和前级电流保护设备。过电压类别Ⅲ级的设备是安装在配电装置中的任务, 以及设备的使用安全性和适用性必须符合特殊要求者, 如配电装置中的开关电器。过电压类别Ⅱ级的设备是由配电装置供电的耗能设备, 如家用和类似用途的负载。过电压类别Ⅰ级的设备是连接在将瞬态过电压限制在相当低水平的设备, 如具有过压保护的电子电路上。对于不直接由低压电网供电的设备, 必须考虑到系统设备可能出现的最高电压及各种情况的严重组合。

电场情况分为均匀电场与非均匀电场, 在低压成套开关设备中, 一般认为是处在非均匀电场情况下, 关于频率问题, 目前尚在考虑中, 一般认为低频对绝缘配合影响不大, 但高频还是有影响的, 尤其是对绝缘材料。

1.2 绝缘配合与环境条件的关系

设备所处的宏观环境影响着绝缘配合, 从目前实际应用与标准的要求来看, 气压的变化只考虑到海拔高度引起的气压的变化, 日常的气压变化已经忽略, 温度与湿度的因素也已忽略, 但如果有更精确的要求时, 这些因素也还是应予以考虑。从微观环境上讲, 宏观环境决定了微观环境, 但微观环境有可能会好于或坏于宏观环境设备, 外壳不同的防护等级、加热、通风、灰尘都有可能影响微观环境, 微观环境在相关标准有明确规定, 这就为产品的设计提供了依据。

1.3 绝缘配合与绝缘材料

绝缘材料的问题相当复杂, 它不同于气体, 是一种一旦遭到破坏便不可恢复的绝缘介质, 即使偶然发生的过电压事件也有可能造成永久损坏, 绝缘材料在长期的使用中, 会遇到各种各样情况, 如放电事故等, 而绝缘材料本身由于长期积累的各种因素, 如热应力、温度, 机械冲击等应力, 又会加速它的老化过程。对于绝缘材料来讲, 由于品种的多样性, 其衡量绝缘材料的特性指标虽多, 但不统一。这就为绝缘材料的选择和使用带来一定难度, 这也就是目前从国际上对绝缘材料的其它特性, 如热应力、机械特性、局部放电等指标暂不予以考虑的原因。

2 绝缘配合的验证

目前验证绝缘配合的优选方法是使用冲击介电试验来进行, 对于不同设备可选定不同额定冲击电压值。

2.1 用额定冲击电压试验验证设备的绝缘配合

额定冲击电压的为1.2/50μs的波形。

用此波形来模拟瞬态过电压、大气过电压, 同时也包括低压设备的接通分断所产生的过电压, 冲击试验电源脉冲波形发生器其输出阻抗一般应大于500Ω, 额定冲击电压值的确定, 应根据设备的使用场合, 过电压类别和设备的长期使用电压来决定, 并应根据相应的海拔高度进行修正。目前低压成套开关设备对某些试验条件。如湿度、温度没有作出明确的规定, 但也应该在成套开关设备标准适用范围内, 如设备的使用环境超出了成套开关设备的适用范围, 则必须予以考虑修正。气压与温度的修正关系如下式:

K———气压与温度的修正参数

ΔT———实际 (试验室) 温度与T=20℃的温差K

P———实际气压kPa

2.2 替代冲击电压的介电试验

对于低压成套开关设备可以用交流或直流试验来替代冲击电压试验, 但是这类试验方法比冲击电压试验要严酷, 应征得制造厂的同意。

交流试验, 在交流情况下, 持续时间为3个周波。

直流试验, 每相 (正、负极) 各施加电压三次, 每次持续时间为10ms。

就目前我国的实际情况而言, 在高、低压电器产品中, 设备的绝缘配合仍是一个较大的问题, 又由于在低压成套开关设备和控制设备中正式引用绝缘配合这个概念, 只是近两年的事情。所以, 正确处理、解决好产品中绝缘配合问题, 是一个比较重要的问题。

摘要：绝缘配合问题是一个关系到电气设备产品安全性的重要问题, 历来受到来自各方面的重视。绝缘配合最早应用在高压电器产品中。我国的电器产品中, 由于绝缘系统而引发的事故占50%-60%, 又由于在低压成套开关设备和控制设备中正式引用绝缘配合这个概念, 只是近两年的事情。所以, 正确处理、解决好产品中绝缘配合问题, 是一个比较重要的问题, 应该给予足够的重视。

关键词：低压开关设备,绝缘配合,绝缘材料

参考文献

[1]IEC439-1低压成套开关设备和控制设备第一部分:型式试验和部分型式试验成套设备[S].

低压成套控制设备 篇7

随着国民经济的发展,人们对供电的可靠性要求越来越高,低压成套开关设备被广泛应用于额定电压交流不超过1 000 V,频率不超过1 000 Hz,直流不超过1 500 V的供电、配电场所,如小区配电房用的固定式开关柜、母线槽,家用的配电箱等,同时低压成套开关设备自2002年5月1日起实行强制产品认证,即“CCC”认证,未取得“CCC”认证的企业不得生产和销售。而低压成套开关设备内部母线的选择与安装及电气连接直接影响低压成套开关设备的使用性能、安全性能以及使用寿命。因此,合理地选择母线、正确安装母线及处理好母线间的电气连接对生产低压成套开关设备的企业有着重大的意义。

1 母线选择与安装及电气连接的要求

设备内部的母线选择与安装以及电气连接应保证满足下列要求:温升试验应正常,不应加速与导体相接触(或相邻的)绝缘件(材料)老化,应保证与导体相连接的电器能正常工作,尤其是具有热过载保护特性的电器元件保护动作正确;应具有足够的机械强度,能耐受电路故障时所产生的机械应力与热应力,正常工作时所产生的振动,不应造成载流部件的连接有异常变化,尤其是要避免产生共振;母线的布置与连接不应在设备内的构件或零件中产生涡流,应避免不同金属相互搭接时,接触面产生电化腐蚀作用,母线(裸露或绝缘的)的布置应使在正常工作条件下不会发生内部短路或发生短路的可能性极小,尤其是主母线以及保护电器电源侧的配电母线更应如此,导体的布置应满足产品的绝缘性能要求,即产品标准中的电气间隙、爬电距离以及支撑和紧固母线的绝缘件的介电性能。载流部件间相互连接应有足够、持久、恒定的接触压力,尤其是要考虑到不同金属(连接螺栓与导体材料)热膨胀而造成连接处接触不良[1]。

2 母线选择与安装以及电气连接的特殊性

设备内部的母线选择与安装以及电气连接的特殊性:设备内的母线选择与安装以及电气连接不当所造成的危害后果是严重的,但它一般难以在制造厂检验过程中直接发现,只有通过温升试验、主电路的短时耐受强度试验以及成套设备实际运行(甚至长期运行或电路出现故障时)才会暴露出来,正是由于这个原因,往往造成制造厂对它的危害性认识不足,经常发生导体选择、安装、连接随意性,甚至即使有典型设计方案图样、母线选择规范及母线制作、安装工艺也不去执行,总认为以前出厂的产品都未出现过重大问题。殊不知不出问题仅仅是产品在运行中未遇到电路出短路故障或运行时间太短故问题尚未暴露出来。一旦问题暴露出来才恍然大悟,或是找其他理由推脱责任。

因此,必须强调低压成套开关设备是型式试验和部分型式试验的成套设备,而主电路的短路耐受强度试验和温升试验项目,正是型式试验项目中代价最昂贵的试验项目。故在定货产品设计,应以通过型式试验定型的典型设计图样为基础,装配时要严格按定型图样、文件(如选用规范)和母线、绝缘导线制作安装工艺进行。

3 母线的选择

3.1 母线的选择与安装

GB 7251.1-2005中7.8.2明确指出成套设备内导体截面积选择由制造厂负责。除必须承载电流外,选择还受下列条件的支配:成套设备所承受的机械应力、导体的敷设方法、绝缘类型(指与导体相接触的绝缘材料耐热等级)和所连接元件种类等。

由于成套设备中导体选择涉及的问题太多了,且情况复杂,不能仅按一般承载电流来选择导体截面,有很多问题都是通过产品的型式试验最后来确定成套设备内导线截面,不具备成套设备产品设计能力的单位一般缺少通过成套设备型式试验的定型设计图样和有关资料。故一般工程设计单位习惯于按工程设计承载电流来选择成套设备内部导体截面。

导体的载流能力受成套设备在正常运行时,每条电路最高允许温度(周围环境最高允许温度+最高允许温升)的限制,而最高允许温度由下列几个因素限制:导体搭接面表面加速氧化温度,当导体在正常运行时,若其搭接处温度长时间超过加速氧化温度时,可能造成搭接触处局部过热而出现事故,对不同材质的导体其加速氧化温度不同,例如铝导体表面加速氧化的温度要比铜导体低,若搭接面采取适当措施(如搪锡)可以提高允许温度;导体承载电流后保持特定平衡温升取于承载电流所产生热量的速度和热量从导体上散失的速度之间的平衡,导体中承载电流后所产生的热量其关系式为I2R,其中I为承载电流,R为整个电路的电阻值。当成套开关设备某一电路额定电流已确定,其承载电流值I不可能改变。为了减少该电路中导体发热量,只有尽量降低整个电路中的电阻值R,而R由下列几个部分组成:导体本身的直流电阻、交流集肤效应所引起的附加电阻值、邻近效应所引起的附加电阻值导体相互连接处接触电阻以及导体所连接电器元件的电阻[2,3]。

在成套设备中热量从导体中散失通过对流、辐射、传导三种方式。在成套设备中,导体中热量的散失主要是通过对流与辐射方式。在大多数情况通过对流和辐射散失热量决定了母线系统的载流能力。而传导散失热量只有当热量可以流到导体以外吸热点或流到不同冷却能力的邻近部件中才起作用。

对流和辐射造成热量从导体中散失的比例与导体的尺寸有关,对于小导体对流成分增加,辐射成分减少,反之亦然。导体电热量散失速度取决于下列因素:开启式成套设备散热速度快于封闭式成套设备,有合理设计的通风孔成套设备,散热速度快于无通风孔或通风孔面积不足的成套设备,扁平导体垂直安装时,其散热速度要快于水平安装,涂有黑色无光泽油漆的母线散热速度快于不涂漆的母线,以及单根安装的母线散热速度快于多根母线构造的叠层汇流排。

叠层构造的汇流排承载电流能力,当多根母线平行排列使用时,总载流能力要比单根母线载流能力乘以母线数低。这是由于母线内侧的对流与辐射热能受阻所致。一般为了制造、连接简单,通常在分层母线间留有和母线厚度相等的空隙,以利散热。

母线排列方式对承载电流能力的影响,在给定温升和铜母线截面情况下,母线交流承载能力大小取决于母线排列方式。综上所述,成套设备中导体选择涉及因素很多,最后决定仅能通过型式试验结果来验证。按型式检验验证认为符合该产品标准的定型典型方案设计图样来选择,如GGD、PCL等母线图样。

与电器直接连接的导体按下列规定进行选择:电器元件使用说明书有明确规定的按使用说明书规定、电器元件使用说明书无明确规定的按下列选择:额定工作电流不大于630 A的电器元件按GB 14048.1-2006中表9~表11(即GB 7251.1-2005中的表8、表9)规定选择导体截面;额定工作电流大于630 A的电器元件按GB 14048.1-2006中表11(即GB 7251.1-2005中的表9)规定选择的导体截面,也可以按定型设计典型方案规定的母线图样。必须明确指出,与电器元件直接连接的导体和不与电器直接连接的导体,载面积要求不一样,前者不仅要考虑电器元件接线端子允许最高温升;对于具有直接热过载保护特性的电器元件,还要考虑不影响热过载保护特性,对于额定电流不大于630 A的断路器还要考虑利用它与电器直接连接的导体来限制短路分断能力的电流值。

众所周知,低压电器元件温升试验用的连接导体是根据试验电流值从GB 14048.1-2006中的表9~表11中选取,在规定的导体截面积条件下考核电器元件温升是否符合标准要求。由此可见电器元件的温升与所连接的导体截面密切相关。电器元件脱扣器脱扣极限和特性试验时所用的连接导体截面与温升试验时的导体截面相同。

综上所述与电器元件直接连接的导体按GB 14048.1-2006中的表9~表11规定来选择截面是合理的,但必须注意下列两个间题:对于具有直接热过载保护性能的电器元件和额定电流不大于630 A的断路器导线载面不能过大超过上述规定的截面,否则会影响电器元件的热过载保护特性和断路器分断能力;对于不具有直接热保护特性的电器以及额定电流大于630 A的断路器,其导线截面的选择,仅考虑接线端子温升,如果电器元件本身实测温升比标准规定值低很多,其导线截面选择允许比GB 14048.1-2006中表9~表11规定的小,但必须经过成套设备型式试验验证,例如:额定电流大于630 A断路器,但是它的热保护元件是接在电流互感器二次侧,仅考虑接线端温升,且元件本身实测温升比标准规定值低很多。其导线截面选择可以按产品定型设计典型方案的图样规定选择。本文表1~表4电流等级与相应导线截面的选择可以作为参考。

凡不属产品定型设计典型方案的图样规定的,例如改型设计或无典型设计定型方案母线图可参照的应按制造厂规定的《母线与绝缘导线选择规范》来选择。制造厂在制定《母线与绝缘导线选择范围》时应依据各种己通过定型试验验证的母线为基础进行计算,或依据比较有权威的工程手册推荐经过试验验证的数据,如《铜母线》英国铜开发协会(CDA)出版物等,本文表1~表4可以作为参考。

另外低压成套开关设备的母线,其表面状态应是半硬质的母线。因为表面状为半硬质的母线,既能具有一定的机械强度,又便于机械加工,若选为表面状态为软质的母线虽然便于机械加工,但机械强度难以承受低压成套开关设备故障时所产生的电动应力,当母线搭接时由于表面太软不能满足母线热胀冷缩后母搭接面可靠接触的要求。

3.2 载流部件之间的电气连接

载流部件之间的电气连接一般有以下两种:螺栓连接,螺栓连接的优点具有紧凑性、可靠性和万能性。其缺点是需要在导体上钻螺栓用孔,从而造成电流线畸变,这种连接方式与压板连接方式相比其接触压力很不规则,但目前这种方法仍被大量采用;压板连接,压板夹连接的优点便于加工,且整个搭接面均匀整齐,精心设计的夹紧装置可使接触压力非常均匀,在连接处外加紧装置也加大了散热面积而利于冷却,且易于安装施工。其缺点是压板及相关固定件的费用较高。

如何控制和降低载流导体连接处的电阻值,并在整个使用期内保持电阻值稳定是载流部件之间连接的关键,连接处电阻主要受两个因素影响:流线效应,收缩电阻Rs是由于电流通过连接处时,发生流向偏转畸变而引起的;连接处的接触电阻或界面电阻Ri是由连接处表面污染物引起的。接触总电阻Rj为收缩电阻Rs与连接处的接触电阻Ri之和。影响接触电阻主要因素有:表面条件、所加的总压力母线搭接时两个接触表面包含大量分散的接触点,当压力增大时,接触面的峰便被压扁,接触面积就增大。当母线排自然暴露在空气中,其表面很快形成一层氧化膜、水膜,在环境污染严重的地方甚至出现硫化物膜,或其他污染物质。这些氧化物、硫化物等污染物质的电阻率要比母线基底金属的电阻率大得多,因此在搭接表面就形成接触电阻;当母线在搭接之前对接触表面进行处理以防止或延缓氧化的发生是非常重要的。尤其是长期在高温或恶劣条件工作的母线显得更为重要。接触表面条件,母线接触表面应平整、清洁。所谓平整,用直尺进行透光检查,透过基本一致,用挤压而成的母线一般不需要再进行机加工,若是采用铸造而成的母线(或载流部件),如果要使连接表面足够平的话就需要机械加工,用机械方法弄平后,粗略地清理一下,不需要抛光。实践证明粗糙的表面要比光滑表面更好用。所谓清洁,即表面无污染物、氧化物、硫化物等。故母线(载流部件),不论其表面有否涂覆层,在母线搭接之前均需要进行清洁处理,使连接处的氧化层足够薄,在加上接触压力时,使接触面的峰容易变形。

在连接之前防止再氧化是非常重要的,一般情况下建议在接触表面清洁处理后,立即涂上一层很薄的高熔点胶体油或电力复合脂(导电膏),其滴点温度高达180~220℃,即使在较高的温度下也不会流淌,用螺栓把接触面上紧,当施加上连接压力时,多余的高熔点油就会被挤出来,留下的油脂可以保护连接处不恶化。若采用电力复合脂时,必须严格按涂电力复合脂工艺进行才会有较好的效果。另外电力复合脂中含有导电金属填料,该填料的电位介于铜与铝之间以还缓解铜、铝连接时电化腐蚀作用。

若采用镀锡防止表面氧化及以后性能变坏,应在接触处最后压紧之前立刻给导体表面镀锡或二次镀锡效果更好;但必须指出锡料中铝的含量增加,其导电率以及抗氧化能力都会降低,并且有减少表面镀层硬度的作用,当用螺栓把连接处压紧时会造成镀层被挤出,以致会因过热而过早失效。

若采用涂(镀)银或镀镍,在最后连接之前需要加以保护,因为它的表面镀层非常薄容易被损坏。建议在大多数情况下要尽量使用自然金属连接。

压力对接触电阻的影响,增加施加在接触面上的压力比增大接触面积对接触电阻影响更大,图1所示为压强对接触电阻的影响曲线。

从图1曲线中可以看出压强越大,接触电阻越小。所以对高效率连接通常需要大的压力。这个办法的好处是用高的压力帮助防止连接处的恶化,当压强大于15 N/mm2时,则进一步减少接触电阻作用甚微。

在大多数情况下接触压强不应取低于7 N/mm2,但接触压力也不是越大越好,在任何情况下接触压力都不应超过母线、螺栓、压板等材料的弹性极限,母线在负载下发热时由于母线材料和钢的膨胀系数不同,用螺栓固定的连接处接触压力倾向于增大,若压力超过母线的塑性极限,母线就会变形,当回到冷态后,接触压力就会下降,这时正确选择初始压力非常重要,使其在运行温度下接触压力不致过大,为了避免这个问题的发生,故接触压强应取10 N/mm2,且采用盘状弹簧圈,使其在冷态和热态的工作条件下均可保持一个恒定的接触压力。这种类型的连接处恶化,使用软质材料时似乎非常容易发生,所以成套设备中软质材料的母线LMR、TMR不宜使用。接触压力受到螺栓或压板的尺寸及个数的影响,而压板可以给出更均匀的接触压力。为了获得必要的接触压力和高效率的连接,确定所需螺栓的个数、尺寸和分布方式是非常重要的。同时还要考虑到机械方面因素。由于希望对称的缘故,搭接重叠处的长度通常做得与宽度相等,然而对薄而窄的母线,重叠长度可以增大些,以改善机械强度。

采用螺栓连接方式时,母线搭接重叠长度、螺栓尺寸及个数、螺栓分布方式和螺栓紧固力距可参见GB 50149-2010电气装置安装工程母线装置施工及验收规范。采用螺栓连接时要避免紧固螺栓间形成闭合磁路,故要求相邻螺栓垫片应有3 mm上的间隙。

4 结语

随着“CCC”认证工作的进展,低压成套开关设备自2002年5月1日起实行强制产品认证,即“CCC”认证,未取得“CCC”认证的企业不得生产和销售。而低压成套开关设备内母线的选择与安装以及电气连接是制造过程的一个非常重要的工序,如果母线的选择、安装及电气连接不当,将影响设备的使用性能、安全性能以及使用寿命。同时母线的选择还要经过热稳定验证、温升试验、电气保护特性等试验。因此在生产检验过程或工厂检查过程中上述这些问题应引起重视。

参考文献

[1]GB7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备第1部分:型式试验和部分型式试验成套设备[S].

[2]GB7251.1-2006低压成套开关设备和控制设备第2部分:对母线干线系统(母线槽)的特殊要求[S].