一种低压综合配电箱温升性能提升优化.pdf

74电工电气 (2023 No.7)王新杰，李腾虎(河南平高通用电气有限公司，河南 平顶山 467000)一种低压综合配电箱温升性能提升优化0 引言低压综合配电箱是按照电气接线要求将低压开关设备、连接导体、计量和测量装置、电能配变终端、保护电器和辅助设备组装在封闭箱体中，具有计量、测量、控制、保护、电能分配、无功补偿等集成功能的一种低压成套开关设备。该产品广泛应用于农村、城镇的配变台区智能化改造和建设，安装于变压器 0.4 kV 出线侧。作为一种低压成套开关设备，温升试验是其一项重要的型式试验。综合配电箱一次开关设备及连接导体全部安装在封闭箱体中，箱体防护等级要求达到 IP44，温升和防护等级是一对矛盾，要满足温升试验要求就要对一次设备选型、连接导体规格布置、箱体通风进行优化设计，达到一种最优解。1 样机结构配置及温升试验方案综合配电箱容量主要有 400 kV A 和 200 kV A两种规格，箱体外壳采用 2 mm 厚 304 不锈钢制造，其一次系统配置见表 1。某厂家已对进线开关采用刀熔开关配置进行多次温升试验验证并都合格。在同样的箱体中，进线开关更换为 4P 塑壳断路器，出线开关等其他设备保持一致，按照 GB/T 7251.12013低压成套开关设备及控制设备 第 1 部分：总则的要求，两者不能等效，需要重新开展验证。样机按最严苛的 400 kV A 配置方案开展验证，进线开关采用 630 A 塑壳断路器(4P)，并选用两个厂家样品。进线塑壳断路器进出线铜排选用TMY 40 mm8 mm，主母铜排选用 TMY 60 mm6 mm，进线塑壳断路器与主母排过渡铜排采用 TMY 40 mm8 mm；出线开关采用 1630 A+2400 A 3P+N 剩余电流保护器，630 A 剩余电流保护器进出线铜排选用 TMY 40 mm8 mm，400 A 剩余电流保护器进出线铜排选用 TMY 30 mm8 mm。箱体采用1 350 mm(长)700 mm(宽)1 200 mm(高)标准箱体，箱体侧板开有百叶窗，百叶窗内部布置有防水挡板，上盖门檐下部开通风孔，门檐内部有金属丝网及防水挡板。温升试验采用 ZD-SDDL 温升试验系统，采用热电偶测温。试验电流按额定电流630 A 进行，三相试验电流从进线开关上端铜排接入，从出线 630 A 剩余电流互感器出线铜排接出并短接。进出线引线采用2185 mm2温升试验软电线，长度 2.5 m。温升布点如图 1 所示。表1 低压综合配电箱一次系统配置容量/(kVA)进线开关出线开关补偿系统400800 A或630 A刀熔开关(3P)或630 A塑壳断路器(4P)出线3回路1630 A+2400 A3P+N(剩余电流保护器)/3P电子式塑壳断路器带补偿，补偿容量120 kvar200630 A或400 A刀熔开关或400 A塑壳断路器(4P)出线3回路1400 A+2250 A3P+N(剩余电流保护器)/3P电子式塑壳断路器带补偿，补偿容量60 kvar图1 一次系统温升布点图a1a2a3进线侧进线单元QFTA2应急电源接口a4a5QF11630 AQF2 1400 AQF3 1400 A出线单元无功补偿单元QF4避雷器避雷器熔断器N一种低压综合配电箱温升性能提升优化75 电工电气 (2023 No.7)2 初步温升试验数据分析2.1 温升试验数据两个进线塑壳断路器厂家样品分别开展了温升试验，温升各点位实测数据结果见表 2 和表 3。由表 2 可知，厂家 A 的进线 630 A 塑壳断路器的进出线端温升超标，另外出线剩余电流保护器的 B 相进线端接近上限值。由表 3 可知，厂家 B 的进线630 A 塑壳断路器的进线端温升接近上限值。2.2 温升情况分析1)电器件本身发热是造成电器件进出线端温升超标的主要原因。进线塑壳断路器和出线剩余电流保护器是比较紧凑的低压断路器，其自身发热是一次主回路的主要热量来源。成套设备厂家一般不自产低压断路器，而是从专业生产厂商采购。专业生产厂商在断路器型式试验时一般在空气中开展温升试验，由于空气中散热条件好，温升值能满足标准要求。而将低压断路器放入不同的成套开关设备中，由于箱体结构及布置的不同，散热条件也不相同，但都相比空气中散热条件要差很多，相应的温升值要比空气中试验时要高很多。不同生产厂家生产的低压断路器内部结构、材料选取、生产工艺等不同会使其自身回路电阻、散热条件不同，也就导致通流时的发热量和空气中的温升值不同，装到成套开关设备中同等条件下的温升值也不近相同。本次试验选取的进线塑壳断路器厂家 A 就比厂家 B 的温升要高，也说明了厂家 B 要比厂家 A 生产的塑壳断路器温升控制要好。2)铜排规格选择不足，传导热量能力偏小是造成电器件进出线端温升超标的第二个因素。铜排是在成套开关设备中承担着电流的汇集、分配和传送功能，在发生短路故障时要承受短路电流造成的发热和电动力作用。铜排规格的选择需要综合考虑额定电流和短路电流、环境温度、铜排的安装方式，同时兼顾项目的经济性。本次试验中主母排的温升值都合格，说明主母排和进线塑壳断路器与主母排过渡排选型合理。而进线开关上下端和出线开关的上端温升偏高，一方面是断路器本身发热导致，另外一方面也说明此处铜排规格偏小，传导热量能力不足，需选取规格更大一些铜排。3)箱体通风散热结构设计不合理，通风散热效果不好是设备过热的第三因素。根据热空气上升的自然对流规律，箱体内热空气都在上部聚集，如果通风效果不好的话，热空气不能顺利排出箱外，箱体底部的冷空气也进不来，这样导致箱体上部温升的叠加效应。从两次试验结果也可看出，进线塑壳断路器和出线剩余电流保护器上端的温升值都高于下端。3 改进措施及结构优化3.1 电器件选型由于一次电器件本身发热是低压成套设备发热的主要来源，因此减少其本身发热量对于降低设备温升作用明显。一次电器件选型时功能方面满足要求的同时，应考虑其温升影响，应选取型式试验报告中温升值低的产品。同时采购后需装配到成套设备内并在同等条件下开展温升试验，以验证其温升性能。通过此次试验，该规格配电箱进线塑壳断路器应选型厂家 B 的产品。3.2 铜排优化为加强进线塑壳断路器本身的热量传导，将进线塑壳断路器的进出线铜排规格改为 TMY 40 mm10 mm。出线剩余电流保护器上端铜排采用双排，规格改为 TMY 240 mm5 mm，并将此双排中间设置 15 mm 间隙，加强通风散热，如图 2 所示。表2 进线塑壳断路器厂家A温升试验记录(环境温度14.8)K序号埋点位置指标值温升值A相B相C相a1进线塑壳断路器上端70.071.375.572.6a2进线塑壳断路器下端70.070.572.070.8a3主母排65.053.254.952.8a4出线剩余电流保护器上端70.067.368.666.4a5出线剩余电流保护器下端70.061.462.862.1表3 进线塑壳断路器厂家B温升试验记录(环境温度13.2)K序号埋点位置指标值温升值A相B相C相a1进线塑壳断路器上端70.068.869.268.6a2进线塑壳断路器下端70.065.666.665.7a3主母排65.049.949.053.5a4出线剩余电流保护器上端70.066.667.265.9a5出线剩余电流保护器下端70.062.562.361.5一种低压综合配电箱温升性能提升优化76电工电气 (2023 No.7)3.3 优化箱体通风散热结构1)箱体的左右侧板上百叶窗孔增加开孔列数和排数。改进后一方面能加大箱体下端的冷空气进风量，另一方面也能增加箱体上端的热空气散出量。2)箱体底部增加支撑块，将箱体抬高 80 100 mm。配电箱正常使用时是吊装在双杆支架上，箱底距地面 2 m 左右。而在厂内温升试验时箱体整体放在地面上，箱体底部开的通风孔就没有起到通风作用。箱体底板增加支撑块后冷空气就能够从箱体底部进入，加大冷空气进风量。3)箱体隔室间隔板增加通风孔，能够将进出线发热量大的隔室热量向发热量小的隔室交换，并加速向箱体外部排出，最终降低温升。进出线开关安装板可采用上下双弯板固定或在安装板中间开孔增加进出线开关的散热。4 改进效果实施以上改进措施后，进线塑壳断路器采用厂家 B 的产品，按 630 A 额定电流再次进行了温升试验，试验数据见表 4。由表 4 可知，温升数据全部符合相关标准规范要求，并且都有一定裕度，试验合格。5 结语综合配电箱的温升试验是一项重要的型式试验项目，本文对一种进线开关采用 4P 塑壳断路器的综合配电箱开展了温升试验研究。样机选用两个厂家的进线塑壳断路器产品进行试验，结果显示厂家 A温升不合格，厂家 B 温升接近上限值，结果都不理想。随后对温升数据进行分析，找出了影响温升的三个因素，并提出了对应的改进措施，措施包括电器件选型、铜排规格和布局优化、箱体通风散热结构优化。改进后的样机取得了良好的试验结果，验证了改进措施的有效性。本文提出的温升改进措施及结构优化方法也可为其他低压成套设备降低温升提供参考。修稿日期：2023-05-22图2 出线剩余电流保护器上端铜排改进a)改进前单排b)改进后双排表4 改进后进线塑壳断路器厂家B温升试验记录(环境温度18.8)K序号埋点位置指标值温升值A相B相C相a1进线塑壳断路器上端70.062.867.261.5a2进线塑壳断路器下端70.061.966.159.7a3主母排65.049.051.947.4a4出线剩余电流保护器上端70.062.661.662.1a5出线剩余电流保护器下端70.053.353.657.6一种低压综合配电箱温升性能提升优化广告目次伊顿辉能低压电器(江苏)有限公司前插6江苏国龙电气有限公司中插1中泰机电有限公司中插2乐星电气(无锡)有限公司中插3扬州市鑫源电气股份有限公司中插4国推污染控制认证实验室(黑白广告)后插1苏州电器科学研究院股份有限公司(黑白广告)后插2常熟开关制造有限公司封面国家电器产品质量检验检测中心封二浙江金莱勒电气有限公司前插1南平德赛技术装备有限公司前插2苏州市南光电器有限公司前插3苏州电器科学研究院股份有限公司前插4苏州电器科学研究院股份有限公司前插5北京华天机电研究所有限公司后插3电工电气 征订后插4公益广告后插5江苏苏益电器股份有限公司后插6成都三方电气有限公司封三苏州电器科学研究院股份有限公司封底