高低压开关柜的结构和工艺特点的分析

郭骏彦

（大同煤矿集团机电装备同中电气有限责任公司， 山西 大同 037305）

引言

在电力系统中高低压开关柜是必不可少的装置，高低压开关柜对整个电力系统的正常运行以及电力分配都有非常重要的影响[1-2]。煤矿井下有很多机电设备需要电力供应，因此煤矿供电系统中高低压开关柜同样是重要的构成部分。随着社会的发展，人们的安全意识越来越高，对高低压开关柜各方面的要求也逐渐提高。为顺应时代发展，有必要对高低压开关柜的结构和工艺进行重新设计和分析[3-4]。对于高低压开关柜从结构角度可以将其划分成为两类，分别为抽出式和固定式。从开关柜连接方式角度可以将其划分成为三类，分别为紧固组装式、焊接式以及上述两种方式的结合形式[5-6]。设计人员在对高低压开关柜进行设计分析时，应该充分掌握不同形式和结构开关柜的特点，通过创新设计，充分发挥不同形式高低压开关柜的优势，提升其整体性能。

1 高低压开关柜的结构

1.1 高低压开关柜的结构形式

在生产制造高低压开关柜时，根据开关柜整体结构形式可将其划分成为抽出式和固定式两种类型。固定式开关柜主要应用在各种电器中，需要将高低压开关柜直接固定在对应的位置上进行工作。内部所有的元器件都是固定不动的，无法进行移动，如果某些元器件出现故障问题，则可以对其进行更换，柜体上用于安装元器件的部位也可以拆除更换。固定式高压低压开关柜外观形式比较丰富，常见的包括立体式、台式、箱式等。另外一种形式为抽出式高低压开关柜，这种结构的开关柜与固定式开关柜的区别在于柜体内部的元器件可以根据实际需要进行移动。这种结构高低压开关柜通常具备更好的环境适应性，主要用在生产器械中，能更好地满足实际生产需要。需要注意的是，在移动抽出案板元器件时应该做到轻便，完成移动抽出工作后还要保证其工作可靠性。因为抽出式高低压开关柜需要对各类元器件进行转换移动，因此对生产制作要求相对较高。只有具备较好的精确度才能保证内部元器件的调整自如。

1.2 高低压开关柜的连接工艺形式

根据高低压开关柜的连接工艺形式可以将其划分成为三类，分别为紧固组装式、焊接式和组合式，其中组合式是指焊接式和紧固组装式两种方式的结合。焊接式高低压开关柜就是利用先进的焊接技术，将存在相互位置关联的元器件进行焊接连接，以达到组装的目的。焊接式高低压开关柜的好处在于元器件之间的连接牢靠，且生产工艺简单。劣势在于开关柜内部元器件的组装精准度较低，在焊接过程中容易造成元器件变形，这对焊接操作人员技术提出了较高的要求，如果焊接质量不达标就会对元器件性能造成影响。紧固组装式就是利用元器件的结构特征以及各种连接机构对元器件进行连接，实现位置的固定。这种组装方式的优势在于连接形式灵活，有更好的工作环境适应性，可根据元器件结构特征进行灵活调节调整，尤其是常用元器件可以实现标准化设计和生产制造。与焊接式相比较而言，紧固组装式的缺陷在于连接可靠性稍低。组合式的连接方式可以充分发挥上述两种连接方式的优势，在一些部位通过焊接的方式进行连接，而在另外一些部位通过紧固组装的形式进行连接，既体现了焊接的牢靠性，又体现了组装的灵活性，具有更好的适应性。

2 抽出式高低压开关柜的工艺特点

从工艺特征角度看，抽出式高低压开关柜表现出很多特性。以下从四个方面进行分析：首先，在设计制造抽出式高低压开关柜式时，内部结构元器件通常都是通过紧固组装的连接方式进行连接，且在设计阶段就在开关柜结构上设计了一定数量的安装孔位，这些孔位都是根据实际需要设计，所以能够适应各种使用需要。其次，抽出式结构设计比较合理，将主线室设计在整个柜体的上部区域，各种线路全部布置在主线室内，保证线路的整齐不混乱。电器室位于整个柜体的中部位置，在内部布置各种类型的元器件，实现对外部机电设备的电气控制。柜体下部位置还留有一定的区域空间，主要作用是布置电缆。柜体不同区域使用钢板进行隔开，保证了每个区域的独立空间，提升了柜体的安全性能。可以看出，抽出式开关柜整体结构设计合理。如图1 所示为典型抽出式高低压开关柜的结构图。再次，抽出式高低压开关柜中设计有很多抽出案板，将元器件安装固定在案板上，案板都可以抽出，但是对案板都设计了机械锁，此项设置可以保障案板的使用安全，充分发挥其功能。最后，在设计案板高度和宽度时应该确保所有案板的规格尺寸相等，需要对案板的总数量进行控制。基于上述的抽出式高低压开关柜的工艺特点分析可以看出，这种方式的开关柜总体工艺结构相对复杂，在设计制造过程中有很多要求，过程复杂，这势必会在很大程度上提升高低压开关柜的生产制造成本，不利于其推广使用。

图1 典型抽出式高低压开关柜结构图

3 固定式高低压开关柜的工艺特点

设计人员在对固定式高低压开关柜进行设计制造时，如何保障开关柜的散热问题是设计制造的重点问题之一。因为散热问题是固定式开关柜的缺陷之一，散热性能越好，能够将开关柜内元器件在工作过程中产生的热量及时散发出去，保障内部元器件的使用性能。相反，如果不能及时将热量散发出去，轻则影响元器件的使用性能，重则会造成元器件的损伤。一旦开关柜内元器件由于散热问题导致无法正常工作，就会影响高低压开关柜的使用性能，进而对煤矿井下供电系统产生影响，矿井的生产工作无法得到有效保障。对于高低压开关柜的散热问题，设计人员应该专门设计一个散热通风窗口，通过这个窗口，及时将开关柜内的热量散发出去，避免柜内温度过高，对元器件性能产生影响，达到延长开关柜及元器件使用寿命的目的。固定式高低压开关柜各个部分都是相对固定的，但是在设计时还是需要对开关柜顶部外壳进行可拆装设计，即顶部外壳应该做到随时可拆。这样设计的目的有两个，其一是方便安装开关柜内的元器件，在对开关柜内的元器件进行安装时，可以通过顶部位置窗口进行安装；其二为方便日常的检修维护，当开关柜需要检修或维修时，就可以将顶部外壳拆下来，通过这个窗口对内部元器件进行维护和检修。另外，在固定式开关柜外壳上还会设计吊环，由于开关柜质量较大，需要利用专门的器械设备通过吊环对开关柜进行搬运和吊装。和抽出式开关柜相比较而言，固定式开关柜内部工艺结构相对要简单很多。因为内部元器件都是相对固定的，不需要考虑其抽出移动问题。简单结构不仅方便其设计制造，而且在后期维护方面也要简便很多，生产制作及其维护成本相对较低。

4 结语

基于上述分析可以看出，抽出式和固定式高低压开关柜各自都具备有一定的优势和缺陷。固定式开关柜结构简单，但功能受限，使用场景较窄，且存在散热问题。抽出式开关柜结构相对复杂，但功能相对比较灵活，能够适应很多的场景。在矿井供电系统中选用高低压开关柜时，通常都是综合考虑实际情况，将抽出式和固定式开关柜进行结合使用，以充分发挥两种结构形式高低压开关柜的结构和工艺优势，使之更好地服务于煤矿生产实践。这对相关业务人员的综合素质提出了较高的要求，因此业务人员应该在实践中不断总结经验，以提升自身能力，设计制作出性能更优的高低压开关柜。