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低压成套开关设备的现状与发展走势

2013年7月25日 0:00:00

 

福建省产品质量检验研究院 电器产品检验研究所

 

一、 概述
        低压成套开关设备是由一个或多个低压开关元器件和与之相关的控制、测量、信号、保护及调节装置等设备,由制造厂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,它主要可由主电路和二次辅助回路组成。
        低压成套开关设备是由不同类别的过程产品构成的,服务、软件、硬件或流程性材料体现了其产品的主成成分。例如,智能型开关柜是由硬件(低压电器开关元件)、流程性材料(注塑件,绝缘支撑件等)、软件(如智能控制器控制软件和使用手册)及服务(如销售人员所作的操作说明)等所组成。
        低压成套开关设备通常为额定电压交流不超过1000V,频率不超过1000Hz,直流不超过1500V的低压成套开关设备。低压成套开关设备适用于与发电、输电、配电和电能转换的设备以及控制电能消耗的设备配套使用的成套设备,也适用于频率更高的装有控制及功率器件的成套设备,但在这种情况下需满足相应的附加要求。
二、低压成套开关设备的类别和系列
        低压成套开关设备按标准可分为以下几个部分:
        (1) 低压成套开关设备:
        低压成套开关设备包括交流低压配电柜(屏)、动力配电柜(箱)、低压抽出式开关柜无功功率补偿装置等。
        a交流低压配电柜(屏)是适用于发电厂、变电所、工矿企业等电力用户,在交流50Hz、额定工作电压380V、额定电流至3150A的配电系列中作为动力、照明及配电设备的电能转换、分配与控制之用。
        b动力配电柜(箱)适用于发电厂、工矿企业和高层建筑。作为交流50Hz、额定电压380V或660V、额定电流至630A的三相三线、四线、五线制的低压配电系列中动力及照明设备的配电之用,同时还可以作为低压控制系统中部分鼠笼型和绕线型电动机的控制之用。
        c低压抽出式开关柜适用于发电厂、石油、化工、治金和纺织行业。高层建筑等行业的配电系统及在大型发电厂、石化系统等自动化程度高,要求与计算机联接的场所,作为三相交流频率为50(60)Hz、额定工作电压为380V(660V)、额定电流为4000A及以下的配电、电动机集中控制、无功功率补偿使用的低压成套配电装置。

 


  
         (2) 母线槽:
        母线槽按绝缘方式分为密集绝缘型母线槽、空气绝缘型母线槽、滑触式母线槽和耐火型母线槽。
        密集绝缘型母线槽适用于交流三相四线、三相五线制,频率为50~60Hz,额定电压至660V,额定工作电流为250A~5000A的供配电系统,作为工矿、企事业和高层建筑中供配电设备的辅助设备,特别适合于车间和老企业的改造。
        空气绝缘型母线槽主要应用于高层建筑、宾馆、商场、办公室、学校和医院等中小负载但分支多的照明系统及用电场所。
        滑触式母线槽可分为两种,即配电母线槽和照明母线槽。
        耐火型母线槽即为国家标准(GB7251.2)中指出的在着火中能保持电路完整性的产品。该产品适合安装在大型商场、超市、宾馆、机场、港口、医院、体育场馆、仓库、油品行业及工矿企业等易燃场所。


 
        (3) 非专业人员使用的配电箱:
        a 照明配电箱,作为对用电设备进行控制、配电,对线路的过载、短路、漏电、欠电压起保护作用,
        b 照明计量电表箱,适用于住宅建筑及办公写字楼用电的电能集中计量管理,根据设计需要安装脉冲型电能表,实际计算管理,并留有安装遥测、遥讯设备的位置。


 
        (4) 建筑工地用配电装置:
        目前建筑工地用配电装置有总电源配电箱、计量配电箱、分配电箱和插座箱等,用于建筑施工现场临时低压配电,它具有防雨、防尘及安全保护性能。适用交流50Hz、额定工作电压380V的交流系统中的动力配电、控制、照明和电能转换之用。


 
         (5) 电缆分线(支)箱:
         电缆分线(支)箱包括地面安装式电缆分线箱CDCs,柱式电缆分线箱CDCs,悬挂式电缆分线箱CDCs,以及嵌入式电缆分线箱CDCs。户外低压电缆分线箱广泛应用于变配电站、所、工矿企业、街道两侧、住宅区、高层建筑等户外公共场所的三相低压输配电系统中,作为用电缆向其他用户或设备分配电能的成套定型产品。


 
三、 我国低压成套开关设备的现状分析
        低压成套开关设备在低压供配电系统中主要是负责完成电能的控制、保护、监测、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,可以说凡是有电的地方都要配备该设备,我国电能的80%左右都是通过低压开关成套设备提供,低压成套开关设备的发展植根于材料工业、低压电器、加工工艺和设备、基础设置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方面反映了一个国家的经济实力与科学技术、生活水平。我国低压成套开关设备产品目前的主要现状是生产厂家大量增加,产品的翻新速度加快,品种增多,产品的标准也逐步向国际标准靠拢。产品技术性能参数有了明显的提高,工厂的加工工艺及设备有了明显改进,几百家生产厂引进了国外先进的数控钣金加工设备,有些工厂钣金加工工艺已达到国际水平。另外,行业中还出现了一批型材和柜体的专业生产厂和电气辅件生产厂。
        我国的低压成套开关设备虽然在产量和产值方面有了很大的提高,但产品品种和性能还远远不能满足市场的需求。目前我国低压成套开关设备行业存在的主要问题包括以下几点。
        (1) 产品格局不够合理。低压成套开关设备应该具有多层次、多品种的特点。所谓多层次是指同类产品在技术性能、参数、功能、结构、安装等方面应有高中低的区别,以满足不同行业的使用需要。多品种是指适应不同使用环境的需要,例如防潮、防尘、防腐和防水等恶劣环境现场使用的产品。目前能供应的产品绝大多数还是一般环境下使用的产品。
        (2) 企业的独立开发能力差。本行业的特点是生产厂多,但规模大的少,绝大多数厂家技术力量薄弱,不具备产品的独立开发能力,基本上都是通过行业的技术转让或仿造等方式进行生产。因此,产品类型集中,市场竞争激烈。少数企业虽然有自行开发的能力,但由于打开市场的周期长,再加上方方面面的困难,而且一旦形成一定的市场规模后其他厂能轻而易举地进行仿造而进入市场。
        (3)产品质量差距大,名牌产品少。目前有些生产厂先后引进了高精度的钣金加工设备、装配工艺、母线加工工艺及设备。国内畅销的几种产品,也有专业型材生产厂、辅件生产厂、外壳生产厂。但大量的生产厂仍处于20世纪80年代的制造水平。
        (4)低压成套开关设备关键件和材料存在的主要问题包括以下几点:
        1) 在低压成套开关设备中使用材料的问题。
        a. 绝缘材料的强度不够、阻燃性不合格而引起低压成套开关设备事故。
        b. 绝缘材料制成的零部件绝缘性能差。主要表现在,未按工艺要求对其进行绝缘处理影响绝缘性能,或由于在潮湿的情况下使用,以致绝缘性能明显下降。
        c. 用于防水、防尘、提高防护等级的密封条,由于容易老化达不到长期使用的目的。
        d. 作为低压成套开关设备主要导电体的铜排,由于加工能力差,杂质含量超标等原因,导致载流量降低,引起发热,从而降低了装置的实际载流量,不能满足设计要求。
        2)在低压成套开关设备中使用的辅件。使用的辅件主要指一、二次接插件及接线端子等。目前我国不少生产厂商使用的一、二次接插件及接线子与国外及国内先进企业有不小的差距。
        3)在低压成套开关设备中使用的元器件。一些国产元器件的水平和质量参差不齐,也是影响我国低压成套开关设备产品质量的主要原因。
四、国外低压成套开关设备发展方向
        进入90年代后国外的低压成套开关设备主要有两方面的重大进展,其一是提高设备的故障电弧保护能力,为此在结构内部采用隔离防范措施,带电导体的绝缘隔离,外壳增设泄压装置以及电弧检测,消弧装置等,其目的就是限制电弧的产生、限制电弧的强度和持续时间。其二是保护、控制系统的智能化,以利于电能的管理,提高设备的保护性能和效率。成套设备发展的方向有着明显的时代特征,这些表现在人类科学的进步,人的认知和理念的提升,也是成套设备发展的必然阶段和必然趋势。
4.1 设计手段的提高
        国外许多生产厂家已广泛采用三维CAD 设计软件,如:IDEAS、SOLID WORKS。这些设计软件将设计、数据库、计算分析以及加工等有机地结合起来,大大加快了产品的设计速度和可靠性,降低了技术人员的劳动强度。国外一些跨国公司,如西门子、ABB 等,不仅将设计、制造有机地联系在一起,而且可以通过互联网随时与分布在世界各地的分公司制造厂联系,大大提高了产品更新的速度,可以最大限度地满足市场的需要。
4.2 设备的故障电弧防护能力
        低压成套配电设备中的电弧故障一直是困扰着设备制造厂及使用单位的一个重要问题。国外在开展故障电弧防护的研究方面,已取得了不小的进展。欧洲一些国家已建议把故障电弧防护正式列入IEC 60439标准的正式条款中,从根本上将人身安全放在首要位置。目前,国外对成套开关设备内的电弧故障采取了主动防护和被动防护两种防护措施。主动防护解决的是电弧故障的发生,也就是预防和避免电弧的发生;被动防护解决的是电弧故障发生后如何应对的问题。目前,欧洲许多厂商已主动对自己的成套开关设备进行电弧故障防护能力的试验,这无疑增加了用户对其产品的信任度,增强了产品的竞争力。
4.3 加工工艺
        在柜体方面,普遍采用无螺母连接,即所有连接都采用自攻螺钉,在承重部位采用铆螺母。采用自攻螺钉,除了加工方便、提高加工速度外,在靠墙安装柜体中还可实现正面装配和维修。在板材加工方面,除使用异型骨架之外,许多公司采用整体板材成型,这样不仅减少了许多过渡件,还提高了柜体强度。
4.4 开关设备的智能化
        低压成套开关设备智能化应从以下三个方面考虑:一是开关作为变压器、电动机、馈电线的基本控制与保护电器,应能够保障其控制和保护对象在任何工作状态下都可靠工作;二是加强对开关柜这样的机、电、磁结合的装置自身工作状态监测与控制,特别是非电量参数监控,提高其工作可靠性;三是开关柜作为基本元件,成为电网运行自动化、工厂自动化、过程控制自动化等系统的组成基础,保障上述系统的安全、可靠、经济运行。在这几个方面都达到了最佳性能指标的才能称为“智能化”低压成套开关设备。国外一些低压开关柜制造商开发的智能模块具有测量、保护、控制、显示、通讯诸功能,安装于抽屉柜的抽屉上或门上,其外形尺寸与安装方式与一般的有触点控制板一样。所以传统的操作控制方式如果要改变成智能化的控制方式在结构上不需要作任何变动。我国低压成套开关设备的研究和开发起步较晚,但在巨大的市场需求刺激下,“智能化”这一课题已成为国内科研机构和制造单位的竞相开发的热门领域。有实力的企业应融会各专业技术人才,集思广益,结合我国产品市场,设计开发具有本企业技术特色的产品、具有本企业专利技术的产品、具有前瞻性高技术含量的产品,以产品特色赢得产品市场,这是企业生产经营长远发展的目标和根本方向。

 

五、结语
        迈入21世纪,人们的观念也发生了巨大的改变,21世纪是以人为本的社会,高度强调人的主观性,人的需要,对人的保护等。所以设备的安全和可靠性被提到更高的层次上来,国家也制定了相关的新标准和各类规范来保证设备的安全和可靠性能,最大限度地提高系统和产品的运行质量和供电质量,并达到节能、环保,提高经济效益的目的,这是用户和设备制造企业共同追求的目的。红外线技术,电子在线检测技术,电磁屏蔽技术、无线通信技术等为高安全性能设备的开发提供了基础技术,今后智能化、高可靠性、少免维护型的低压成套开关设备产品的市场需求必将快速稳步增长。

 

 

 

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