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摘要：电气开关柜是电力系统中最为重要的设备之一，因为电气开关柜的质量优劣，直接关系到电力系统的正常运行。因此电气开关柜从设计上就充分考虑电气开关柜的运行电压、使用环境、内部结构等有可能影响电气开关柜正常运行的不利因素，而根据电气开关柜的不同分类，开关柜有很大的差别。
关键词：电气；高低压；开关柜；设计
前言
随着社会经济和科学技术的快速发展，生产生活用电量大幅度增长，对供用电质量的要求也越来越高，如何保障电力系统安全、经济、可靠的正常运行越来越受重视。在电力系统中，高低压开关柜是重要组成设备，其电气设计好坏对电力系统供电具有直接的影响作用，所以为了保障电力系统正常运行，切实提高电力系统运行效率，必须科学合理的对高压开关柜电气进行设计。
一、电气开关柜的部件
电气开关柜的部件根据开关柜的功能和工作电压不同有所变化，但是大体上包括几大类分别是：柜体、梁架、各种面板、开关柜门、支架和配件。一般小型开关柜柜体是整体结构，而大型和高压开关柜采用可拆卸式柜体。开关柜的梁包括横梁、纵梁、内横梁、电缆梁、刀开机构梁、挂料梁、母排梁等；面板包括顶板、底板、侧板和隔板；柜门包括：仪表门、前下门、后上门、后大门左、后大门右支架包括：角支架、单门支架、双门支架。
二、电气开关柜各部件在设计时的要求
1、电气开关柜柜体的设计
低压电气开关柜的柜体设计一般为整体设计，柜体材料应采用冷弯钢板材，开关柜柜体及门板采用2.0mm优质冷轧钢板，如果没有特殊要求应尽可能少用或不用焊接。柜体整体应具有一定的强度，能够承受一定的外力冲击。柜体在设计中要考虑柜内各种电气配件的发热问题，柜体的扇热一般采用自然风冷散热方式，如开关柜的符合较大可采用风扇强制散热。在自然散热方式中，开关柜应在柜体的上下和两侧均应设置散热孔槽，以便形成自然空气对流，热空气从上端孔槽排出，冷空气从下端孔槽流入。同时柜体的防护等级最低为IP4X。
2、梁架的设计
在高压电气开关柜设计上一般采用框架结构，外部安装顶板和侧板，柜体骨架一般分为横梁和纵梁，开关柜的横梁和纵梁都应采用开口型钢，在梁架上设置标准安装孔，实现框架的灵活组装和拆卸，同时在梁架设计上要实现标准化，同一系列的开关柜梁架要统一，在设计精度上要高，提高梁架的互通性。目前电气开关柜多采用抽屉式功能结构，因此开关柜的内横梁要满足抽屉式功能模块支撑的要求。电缆梁、电容器梁、刀开机构梁和挂料梁这些功能梁要有一定的机械强度，同时采用开口型钢，在梁上有预留小孔，满足安装时固定螺丝的需要。开关柜在设计母排梁时根据开关柜的功能，将母线设计为柜顶式和柜后式，梁架要有足够的强度，提高母排的抗电动能力。同时要有一定的空间，避免相间空气击穿的高强度短路。必要时设计保护功能的隔板，隔板必须是高阻燃、高绝缘的非金属材料，一旦发生故障能够抵御电弧放出的热量。母线连接孔一律倒角45度，母线上接二次线时一律用M5螺钉，钻4、两孔套丝。母线弯曲时原则上不允许热加工，但不热加工不能满足弯曲形状和尺寸要求时，其弯曲部分的加热温度不准超过下列数值：铜母线：350℃；铝母线：250℃。
3、开关柜柜门的设计
开关柜的仪表门在设计上要根据开关柜的功能布置好各种仪表，在仪表门上要做好安装仪表的预留孔，并且适当设计一些预留孔，便于以后开关柜设备增添或功能改变时仪表的安装，同时要注意仪表布置上的美观。仪表门的材料要选用高强度的冷弯钢板，在仪表门门沿上要设置橡胶条，防止仪表门在开关过程中对仪表造成损害，同时也提高了开关柜的防护等级。在开关柜的前中门设计上要突出对人员的安全性考虑，防止操作人员误入带电区间，特别是高压开关柜应设置与断路器或隔离开关的机械联锁装置，确实实现这些带电设备，确实处于断路状态才能打开开关柜门。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆柜体门的开启应转动灵活，开启角度不得小于90°，在开闭过程中不应损坏喷涂层。门的缝隙应调整一致，低压开关柜同一缝隙均匀差<1mm，平行缝隙均匀关<2mm，高压开关柜平行缝隙均匀差<3mm，门锁上后手柄前后推拉其移动量低压开关柜不超过2mm，高压开关不超过3mm，还应有相应的防护要求，
4、开关柜顶板和侧板的设计
柜体的顶板在设计上应该便于拆卸，便于现场母线的装配和调整，顶板和侧板可为全通风型，侧板、顶板的材料要选用高强度的冷弯钢板，其厚度不小于2.0mm，其表面的涂覆层质量要保障均匀、附着力强、喷涂层厚度达到规定要求，色彩一致并符合规定，喷涂层不能有皱纹、流痕、针孔、气泡透底，无划痕等。平整度总的要求是每米内的凹凸不超过+11nm。
5、开关柜支架的设计
电气开关柜内部电气元件水平安装时离不开支架，水平安装支架的两端在设计上要与梁架适应，以便支架为可卡住开关柜主体梁架上，并且可沿着梁架上下滑动的卡槽。这样每次调整支架的时无需反复地去拆卸固定螺丝，使得更换元件变得更加灵活。电缆安装支架距柜底高度不小于300mm。当间隔的电缆较多（3根及以上），在开关柜电缆室设置母线排，母线排距柜底高度不小于5001m。
6、开关柜的接地设计
为保障设备和人员的人身安全，开关柜必须设计沿开关柜宽度方向的专用贯通式接地母线，接地母线必须与接地网相连。金属壳体或可能带电的金属体（包括因绝缘由损坏可能会带电的金属体）与接地螺钉问，必须保证具有可靠的电气连接，其与接地螺钉问的连接电阻实测值不得超过O.01。接地螺钉应不小于M12，一次设备接地均采用编结铜扁线，但必须有接地标识（接地标牌或接地色标）。压接头搪锡，截面不小于32mm。
三、开关柜结构设计与制造具体分析
1、结构形式筛选
对于不同类别的开关柜都有着特定的形式标准，这就需要对元器件的特点以及电路设计进行细致化的分析来对加工形式进行筛选。一般情况下对于大型元件考虑到元件重量较大一般都会采用焊接方式来进行处理。若元件需要进行经常性的移动工作则需要采取组装式方法进行。在某些情况下可能对开关柜的精度并无太严格的要求，那么在进行加工时则可以采取箱式结构进行把握，前提是元件数量较少。当元件构成较为复杂时，就会造成设计过程中会产生极大的变动性，为了降低变动性操作所带来的影响则应该利用组装式。
2、结构设计注意事项
当开关柜类型基本确定以后应该严格按照相关标准如国家标准、行业标准等进行设计，同时根据用户需求来进行参数设定。高度上应该遵循简便操作为原则并且让整个开关柜能够便于控制与维护。对出线孔位置进行合理性的把握，另外采取相应的密封性设计对进线进行妥善的保护。
3、电气性能设计分析
电弧是电气设备运行过程中必然会产生的为了让开关柜的抗电弧能力得以提升可以在开关柜内部结构中采取金属隔板来进行隔离，另外配合电弧检测装置来对导电体进行绝缘处理。在以上基础上构建泄压通道来提升开关柜的安全性。在设计过程中要求提升人身防护等级并防止外来物从一个单元置于另外一个单元，对危险需要采取隔离处理。
四、结束语
开关柜在整个电力系统中具有十分重要的作用，它可以保证电能的良性分配以及合理输出，是工业化用电的基础保障之一。在开关柜设计过程中应该按照相关标准进行设计，在满足需求和标准的情况下再根据用户提出的要求进行结构优化，从而提升开关柜的性能让正常用电得到保证。
参考文献
[1]张永峰.开关柜结构设计与制造的分析与实践[J].机电工程，2009，01：108-110.
[2]司立立.对高压开关柜电气设计中注意事项的几点探讨[J].商品与质量•建筑与发展，2013（07）：494.
论文作者:曹兆敏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
标签：开关柜论文; 电气论文; 母线论文; 支架论文; 顶板论文; 仪表论文; 电力系统论文; 《电力设备》2016年第4期论文;