周明权

摘 要：本文分析了低压配电柜设计相关问题，包括低压配电柜的一致及互换性，电流额定数据的选择，配电柜的额定分散系统等。

关键词：配电柜;电流;额定

低压配电柜是低压配电系统实现配电功能的主要电气设备，广泛应用于发电厂、变电站、工矿企业及各类电力用户的低压配电系统中，用作电能的分配、控制、保护和监测。本文所说的低压配电柜，也包括配电板。配电板是一种带有开关或保护器件（例如熔断器或小型断路器），并带有一条或多条进出线电路，以及用来连接中性导体和保护电路导体端子的成套设备。它可以带有信号和其他控制器件，配电板常称配电箱。

由于使用场所和业主要求的千差万别，使得低压配电柜的设计较为复杂，不仅难以具有通用性，而且需要较长的设计周期。在传统的低压配电设计过程中，只有所有外部供电资料、负荷资料、配电方案、业主要求等确定后，才可能完成低压配电柜的设计，而且随着设计的深入，业主、工艺及其他相关专业会不断地修改对电气专业的设计输入资料，这也使得低压配电柜的接线图在设计完成前很难确定，上述情况对工程建设的进度控制带来重大挑战，特别是中大型工程。事实上即使设计完成了，在实施和运行过程中电气专业的设计输入仍然会不停变化，因此设计低压配电柜是业主、设计、施工、运行、维护各方都非常关注的一个重点。

1 低压配电柜的一致及互换性

对于指定的低压标准配电柜，其外形尺寸、外部接口应是相同的，以保证配电柜的一致及互换性，这是设计低压标准配电柜的一个基本原则。满足了上述原则，就可以使采购的配电柜的外形尺寸、外部接口与供应商无关，可以圆满地解决多家供应商供货产品不一致的问题。为达到上述目的，设计师在选择标准配电柜的柜体型号时应与业主充分沟通，慎重确定。

2 低压配电柜的电流额定数据的选择

变电所等重要场所常采用低压主配电柜，在标准化时柜体的电流额定数据应尽可能统一。当变压器容量差别不大时，建议统一为一种规格，当变压器容量差别较大时，可考虑分为二种规格。一般情况下，当考虑采用低压标准配电柜时，变压器的容量规格也宜尽量统一，避免出现过多的变压器容量规格。

低压主配电柜内一般有两类母线：水平母线（主母线）和垂直母线（配电母线）。制造商提供的与母线相关的3个重要电流额定数据是：额定电流（In）、额定峰值耐受电流（Ipk）、额定短时耐受电流（Icw）。对于主母线，国产品牌产品的额定电流常见规格为1600A、2000A、2500A、3200A、4000A，合资或进口品牌低压柜主母线的额定电流可达7000A，一般情况下选择主母线时考虑的主要因素是变压器容量，对于配电母线，国产品牌低压柜的额定电流常见规格为1000～1600A，合资或进口品牌低压柜的额定电流可达4000A，一般情况下选择配电母线时考虑的主要因素是出线回路负荷的大小和数量。在负荷较多且电流较大时，宜选择配电母线较大的开关柜，以方便使用。

主母线和配电母线额定电流初选后，应按最不利的运行情况进行Icw、Ipk的校验，其中Icw是短路热稳定的校验，Ipk是短路动稳定的校验，两者不能相互替代。在变压器容量较大或并列运行时，仅按额定电流选择母线往往不能满足动、热稳定要求。笔者认为低压柜内主母线及配电母线的额定短时耐受电流Icw均不应小于柜内实际的短路电流有效值。对于Icw，制造商给出的短路持续时间一般为1s，而低压开关柜在选用B类断路器时，延时时间一般为0.4～0.8s，这种情况下开关柜实际的短路耐受电流可根据I2t=常数进行折算。

另外在进行水平母线规格的选择时应注意，相同规格的母线，在开关柜防护等级、通风条件不同时，其额定电流具有较大的差异，不同公司的柜体，其母线外形及结构也不相同。

3 配电柜的额定分散系数

额定分散系数是成套设备制造商根据发热的相互影响给出的成套设备出线电路可以持续并同时承载的额定电流的标幺值。对于标准配电柜，因为设计时不可能确定每个柜的计算电流，但也没有必要要求所有回路均能在额定电流下连续运行，因此额定分散系数是设计标准配电柜的一个重要概念。对于设计者和成套设备制造商而言，通过额定分散系数，规定了成套设备所设计的平均负荷条件，避免了材料和资源的低效率应用。

根据GB7251.12-2013/IEC 61439-2：2011《低压成套开关设备和控制设备第2部分：成套电力开关和控制设备》，当成套设备制造商与用户协议缺少实际负载电流的情况下，成套设备输出电路或输出电路组的设定负载可采用文中的值。对于低压标准配电柜，由于为通用设计，各个出线回路所接负荷不确定，故设计时额定分散系数建议按表1中的计算负荷值选取。

对于具有多个出线回路的低压主开关柜，低压柜配电母线额定电流的大小，实质上决定了配电柜最大的馈出电流，设计时应注意额定分散系数，使配电柜各出线回路脱扣器/熔断器额定电流之和乘以额定分散系数的数值不能大于配电母线额定电流，如一个设置4个脱扣器额定电流为630A的馈出回路的低压柜，配电母线额定电流选择1000或1600A是不恰当的，因为4×630×0.8=2016，数值大于1600。对于一般场所使用的箱型开关柜，通过柜体的最大电流计算负荷值、进线元件、上级保护元件的最大电流综合考虑。

4 配电柜的防护等级及冷却

配电柜的防护等级应根据工作环境、供电可靠性要求等因素确定。工业厂房环境较为恶劣，为防止水管破裂、漏水等因素对设备的影响，国外的低压配电柜常采用防护等级为IP54 配电柜，出线形式多采用下进线下出线方式。当配电柜防护等级较高时，应控制柜体内的温升，使保护元件的降容在可接受的合理范围内。对于防护等级较高的配电柜，建议设置机械通风，并尽量使柜内相对于周围环境的温升不超过10～15℃。

5 上下级保护元件的选择性

GB50054-2011《低压配电设计规范》第6.1.2条要求：配电线路装设的上下级保护电器，其动作特性应具有选择性，且各级之间能协调配合。非重要负荷的保护电器，可采用部分选择性或无选择性切断。

对于熔断器保护系统，按照IEC 60269标准和GB 13539系列标准生产的gG型熔断器，在额定电流大于16A时，全选择性约定电流范围为1：1.6。部分制造精度高的公司，其选择性约定电流范围可达1：1.25，如此优良的全选择性是其他保护元件难以比拟的。

对于断路器保护系统，对于过负荷保护，上下级保护电器动作特性之间的选择性比较容易实现，但对于短路保护，要做到选择性配合有一定难度，需综合考虑脱扣器电流动作的整定值、延时、区域选择性联锁、能量选择等多种技术手段，也是低压标准配电柜的设计难点。根据目前一些进口品牌的制造厂资料，上下级断路器实现选择性的必要条件是：上级壳架电流/下级壳架电流≥2，上级断路器短延时电流/下级断路器短延时电流≥1.5，上级断路器长延时电流/下级断路器长延时电流≥1.6，上述要求与熔断器相比，苛刻很多。

参考文献

[1]天津电气传动设计研究所有限公司，等.GB7251.1-2013/IEC 61439-1：2011低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]天津电气传动设计研究所有限公司，等.GB7251.3-2006/IEC 60439-3：2001低壓成套开关设备和控制设备第3部分：对非专业人员可进入场地的低压成套开关设备和控制设备——配电板的特殊要求[S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]天津电气传动设计研究所有限公司，等.GB7251.12-2013/IEC 61439-2：2011低压成套开关设备和控制设备第2部分：成套电力开关和控制设备[S].北京：中国标准出版社，2013.