12KV户外箱式环网柜设计.docx

12KV户外箱式环网柜设计.docx

《12KV户外箱式环网柜设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《12KV户外箱式环网柜设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

12KV户外箱式环网柜设计

摘要

本次毕业设计是关于12KV户外箱式环网柜的设计，首先对户外箱式环网柜作了简单的概述；接着分析了该户外箱式环网柜的方案布局及工作原理，然后根据这些设计准则按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的户外箱式环网柜各主要组成部件进行选型设计。

目前，户外箱式环网柜正朝着高安全性，低成本，维修方便的方向发展，近年来出现的新型户外箱式环网柜就是其中的一个。

在户外箱式环网柜的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造户外箱式环网柜过程中存在着很多不足。

本次设计是关于12KV户外箱式环网柜结构的设计，通过对传统的12KV户外箱式环网柜结构进行了优化，使得此种类型的12KV户外箱式环网柜的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。

关键词：

户外箱式环网柜，方案，结构，价值

Abstract

Thisgraduationdesignisa12kVoutdoorboxtyperingnetworkcabinetdesign,firstofalltooutdoorboxtyperingnetworkcabinetmadebriefoverview;thenanalyzestheoutdoorboxtyperingnetworkcabinetlayoutandworkingprinciple,andbasedonthesedesigncriteriainaccordancewiththegivenparametersrequirementsdesign;then,thechoiceofoutdoorboxtyperingnetworkcabinetthemaincomponentsselectiondesign.Atpresent,theoutdoorboxtyperingnetworkcabinetismovinginthedirectionofhighsecurity,lowcost,convenientmaintenance,inrecentyears,theemergenceofanewtypeofoutdoorboxtyperingnetworkcabinetisoneofthem.Inthedesign,manufactureandapplicationofoutdoorboxtyperingnetworkcabinet,atpresent,thereisstillabiggapbetweenourcountryandforeignadvancedlevel,andtherearemanyproblemsintheprocessofdesigningandmanufacturingtheboxtype.

Thisdesignisa12kVoutdoorboxtyperingnetworkcabinetstructuredesign,throughoptimizationoftraditional12kVoutdoorboxtyperingnetworkcabinetstructure,makingthistypeof12kVoutdoorboxtyperingnetworkcabinetusingawiderrange,moreflexible,andhasacertainreferencevalueforfuturedesignandselection.

Keywords:

outdoorboxtyperingnetworkcabinet,scheme,structure,value

目录

摘要I

AbstractII

1引言1

1.1课题的来源与研究的目的和意义1

1.2户外箱式环网柜国内外研究现状3

1.3本课题研究的主要内容3

2户外箱式环网柜总体结构的设计5

2.1户外箱式环网柜的结构设计7

2.2户外箱式环网柜的主要特点8

2.3户外箱式环网柜的主要参数9

2.4户外箱式环网柜的主要功能9

3各主要零部件的设计10

3.1钣金箱体的设计12

3.2断路器的选型14

3.3电流表的选型15

3.4电压表的选型17

4设计总结18

结论19

致谢20

参考文献21

1绪论

1.1课题的来源与研究的目的和意义

随着国际标准化（SIO）的实施，世界户外箱式环网柜以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国一家专业生产户外箱式环网柜的公司将新开发的户外箱式环网柜应用到欧美市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。

继美国的这家生产户外箱式环网柜的公司之后，日本的古来森公司也看到了户外箱式环网柜的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制户外箱式环网柜，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。

当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行户外箱式环网柜的研发工作。

现在国外等著名户外箱式环网柜的品牌中，都有户外箱式环网柜的销售，全世界户外箱式环网柜的应用越来越广泛。

有一点值得注意的是，户外箱式环网柜的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此户外箱式环网柜是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。

西方资本主义国家有巨大的户外箱式环网柜销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。

机械研究领域的发展与时俱进，一些专业知识是必不可少的。

但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。

封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。

因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。

人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。

机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。

在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。

户外箱式环网柜自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在电力方面，但传统的户外箱式环网柜由于安全系数不高，维修困难，有好多工厂仍然采用传统的环网柜，而以往传统的户外箱式环网柜的安全系数比较低，容易引发事故，所以此次设计的户外箱式环网柜，在传统的户外箱式环网柜的基础上进行改进创新，应用合理的结构，从而来克服以往的户外箱式环网柜所不能克服的问题，对后续的户外箱式环网柜的设计制造有一定的参考意义和价值。

在现代社会中，电是我们生产和生活中，不可或缺的能源，现代人几乎无法想象没有电的生活是什么样的情形。

而无论是家庭用电还是工业用电，都离不开电气设备的作用。

电气设备保证了我们正常的生产和生活。

而环网柜就是其中非常重要的一环。

环网柜（RingMainUnit）是一组输配电气设备（高压设备开关）装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。

它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。

环网柜出现的时间不算长，却得到了广泛的使用，这主要是由于新发展起来的工业企业和事业单位的建筑物，从供配电的角度来看，以中，小型容量为大多数其配电变压器一般不超过1250KVA，长期稳定供电，高压开关不频繁操作。

对于这类用户，环网柜的性能虽不是最完美的，但却是足够可以胜任的。

随着大规模的城市建设，大量大型高层建筑物拔地而起，变配电所往往就设在楼下，根据消防要求，变配电设备必须“无油化”，根据建设面积的合理使用，变配电设备应该“小型化”，于是环网柜或真空断路器，干式变压器，干式互感器就进入了幢幢大楼。

环网柜结构简单，运行可靠且安全，维修量很小，运行费用低，比起装有断路器的开关柜，优势很突出。

环网柜要求负荷开关具有更高的性能和更小的体积，新型的负荷开关应运而生，这又反过来带动了环网柜的技术进步，当今的环网柜不但性能优良而且系列化了，这更扩展了环网柜的使用范围。

所以为了方便用电，环网柜得到了越来越多的应用，也提高了用电的安全和稳定性，它代表了未来用电设备的发展趋势，同时也得到了越来越多的应用和推广。

1.2户外箱式环网柜国内外研究现状

目前，由于SF6气体的化学特性非常稳定，采用SF6作为绝缘媒介或主要绝缘媒介的气体绝缘环网柜在国内，国际都得到广泛的应用，但是SF6气体分解难且为公认的温室气体之一，一旦泄露将对人类的生存环境造成很大的潜在威胁。

随着环保观念深入人心，作为《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》缔约国的我国国家电网公司在2011年8月发布的《国家电网第一批重点推广新技项目》中，将12KV固体绝缘环网柜列入国家电网“十二五”规划，明确提出到2015年新建改造项目中固体绝缘环网柜的使用量不低于25%。

同时，由于城市工业经济发展迅速，对城市供电也提出了新的要求，更加安全可靠，环保型好，占地面积小，维护工作量小的固体绝缘环网柜也就成了新的发展趋势。

国外的户外箱式环网柜技术始于六十年代，到七十年代已经发展成熟，八十年代中期，泰国金衫公司的户外箱式环网柜的完全系数非常高。

八十年代中期后的一、两年，户外箱式环网柜的发展到了鼎盛时期，从而诞生了世界上一些著名的户外箱式环网柜厂家，1987年，日本最大的户外箱式环网柜生产公司把户外箱式环网柜投放市场，获得成功。

美洲的BDJE公司也将新开发的户外箱式环网柜投入亚洲市场取得了巨大的成功。

户外箱式环网柜自1795年被发明以来，经过两个世纪的发展，已被世界各国的电力行业广泛采用。

特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的应用，使户外箱式环网柜的发展步入了一个新纪元。

随着时代的发展，户外箱式环网柜在国外将会得到越来越广泛的应用和发展。

目前国内外常见的户外箱式环网柜有以下几种，其产品图片如下图1、2所示：

图1

图2

1.3本课题研究的主要内容

本次设计主要针对户外箱式环网柜进行设计，从户外箱式环网柜的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：

1、到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类户外箱式环网柜的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。

2、分析户外箱式环网柜的结构与参数。

3、确定设计总体方案。

4、确定具体设计方案。

5、户外箱式环网柜的装配图、零件图的绘制。

6、说明书的整理。

为了解决输电问题应用环网柜来进行解决，主要应用CAD和Pro/E等软件进行外围的钣金设计，以及内部框架及气箱机构等的设计，部分应用市场提供的成品，简化设计过程。

需要解决的问题包括：

1.建立完善的机械结构，使其能完成要求的所有动作，并有良好的可维护性。

2.使系统具有较高稳定性。

3.系统具备高可靠性和安全性。

2户外箱式环网柜总体结构的设计

2.1户外箱式环网柜的结构设计

本次设计的12KV户外箱式环网柜主要包括钣金箱体、SF6负荷开关,套管接头,电缆附件,带电指示器,短路指示器等，下图3即为该户外箱式环网柜的结构简图：

图3

2.2户外箱式环网柜的主要特点

户外箱式环网柜应具备以下基本特点:

1采用ABBSafe模块,免维护设计.

2户外型,全绝缘,全密封结构,可触摸型式,安全可靠,免维护,体积小,重量轻,结构紧凑,安装简单,操作方便适用于各种恶劣环境,并满足防潮,防凝露的要求,SF6气室防护等级IP67.

3体积小,便于安装和操作.

4喷塑工艺和工序符合国际标准,抗腐蚀.

5以无毒,无味,绝缘强度高的SF6气体作为其绝缘介质,母排,连接件,负荷开关,全部置于SF6气包中,真正实现户外型,全绝缘,全密封结构.SF6气体年泄露率小于千分之0.25,箱体上装有SF6气体压力计和低气压报警装置,可随时检查气体压力,通过RTU可远传到控制中心.

6接线采用全绝缘可触摸式电缆头,电缆接线安全,灵活.

7环网柜应具备完善的防误操作功能.

8能够实现配网自动化.

9箱体采用覆铝锌钢板,在起吊,运输和安装时不应变形或损伤.

10外壳颜色:

军绿色,并与周围环境相协调.

11门开启角度应大于90°,并设定位装置.门应有密封措施,并装有把手,暗闩和能防雨,防堵,防锈的锁.

12箱体应设足够的自然通风口和隔热措施,以保证在正常条件下运行时,所有电器设备的温度不超过其最大允许温度.

13箱体应有可靠的密封性能,防小动物进入和防渗,漏雨水措施.

14箱门内侧应标出主回路的线路图,同时应注明操作程序和注事项.信号灯及仪表的装设位置应易于观察和安全地更换,其位置应便于巡视.电缆室的高度应满足安装,试验,维修的要求.

2.3户外箱式环网柜的主要参数

本次设计的12kV户外箱式环网柜,其技术参数除应满足应遵循的主要标准外,还应满足本标书以下要求:

项目单位参数

额定电压kV12。

额定电流A630。

频率Hz50。

额定短路关合电流kA63。

额定热稳定电流kA25。

额定热稳定时间s2。

额定动稳定电流kA63。

雷电冲击耐压、相对地kV95。

断口kV110。

1min工频耐压、相对地kV42。

断口kV48。

电缆截面范围mm250～300。

外壳防护等级不低于IP33。

电缆附件技术参数。

冲击耐压105kV,正负极性各10次,不击穿,不闪络。

直流耐压52kV（负极性）,15min,不击穿,不闪络。

局部放电15kV下放电量≤10pc。

2.4户外箱式环网柜的主要功能

智能装置提供RS485或其他通讯接口,可与外接RTU可靠通讯.提供后备电源,保证交流失电24小时内正常工作.实现"三遥"功能,具体要求如下:

遥信:

包括各进,出线开关位置,交流失压,SF6气体气压低,电池电压低等;

遥测:

包括各进,出线三相电流和三相电压等;

遥控:

环网柜自带智能装置应提供I/O扩展接口和通讯接口,受外接RTU控制,完成各路开关合,分闸操作。

3各主要零部件的设计

3.1钣金箱体的设计

本次设计的户外箱式环网柜主要应用CAD和Pro/E等软件进行外围的钣金设计，以及内部框架及气箱机构等的设计，本次设计的钣金框架如下图4所示：

图4钣金框架

3.2断路器的选型

断路器的分断能力是指该断路器安全切断故障电流的能力，分为极限分断能力Icu和运行分断能力Ics现在可以做到Icu=Ics即100%以前是Ics小于Icu简单说就是断路器能够切断的最大的短路电流，如果电流值超过分段能力则断路器不起作用，导致严重后果。

分断能力的计算方法一般就是（变压器的容量/电压）/变压器出口到断路器上口部分的电阻，所得到的就是电路发生金属性短路的短路电流，断路器的分断能力要大于这个值保证安额定短路分断能力Icn：

在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。

额定极限短路分断能力Icu：

在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。

额定运行短路分断能力Ics：

在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常关合的最电大短路峰值电流。

额定短时耐受电流Icw：

在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。

塑壳断路器分断能力的选择，取决于安装地点的短路电流值，要求断路器的分断能力应当大于安装地点的短路电流值，与所带负荷的大小关系不大。

请计算安装点的短路电流水平（KA），然后选择断路器；如果实在不会计算，此断路器如果安装在发电厂等大电力容量的地方，可以选择50KA，比较保险。

如果一般工业，选择用25-35KA也可以了。

不是的。

分断能力与短路保护动作值完全是两个概念。

分断能力是指这个断路器可以安全断开电路的最大电流。

超过此电流断路器可能发生爆炸、触头熔接而无法断开电路等现象，一般远高于短路动作值。

一般断路器来一下分断电流就报废了。

具体断路器的短路动作值要看相应的型号。

一般远小于10000A。

一般在分断试验时,60KA的分断能力,断路器会在电流上升到10-20KA时会断开。

一般断开时间在10ms之内（但这个没有具体要求）正常的短路电流,因各类断路器器不同,短路断开的时间一般也会不同,一般在20-30ms之内如果,电流上升达到53KA,一般60KA的断路器是受不了的,断路器回损坏的另外,有些使用环境需要断路器能耐受雷击电流（一般回在80-150KA之间）但因通电时间太短,（为us级）,断路器一般不会动作。

但有可能对产品产生破坏。

框架电流是断路器选型时的一个重要参数，指断路器的主触头允许通过的最大额定电流。

又称为额定不间断电流指在规定条件下，电器在长期工作制下，各部件的温升不超过规定极限值时所承受的电流值。

“框架电流”与“额定电流”不同。

断路器框架电流：

断路器可以承受的最大电流。

断路器额定电流：

断路器允许长期通过工作电流。

如断路器CM1-100，额定电流有（10），16，25，32，40，50，63，80，100，但其框架电流都为100。

解释整定电流是继电保护中的一个重要术语。

其意思是，在继电保护判断跳闸时与实际电流相对比的标准值，整定值是人为规定，根据电路、电网承受能力计算出的值。

断路器产品图片如下图5所示：

图5断路器

3.3电流表的选型

电流比数表则与电流表互感器配套使用，其量程可达300、400、600（A）。

但是如何选用交流电流表和电压表，我们从以下两个方面来介绍。

1TI-A型电流表（直通）15、30、75、150、250、300、450、500、600V等规格。

电压表比数表则与电压互感器配套使用，其量程可达6000、10000、110000V以上。

这样选择是不行。

因为电磁式仪表的刻度是不均匀的，为了以小测量误差，应当使被测值在仪表刻度2/3以上区间为好。

在选择仪表时还要注意了解有关仪表的误差和准确度的含义。

一般吧仪表由于本身结构的不完善，元件间的摩擦及外磁场的影响，或者安装不当和测量方法上的缺点，导致测量结果与实际值之间的查表叫做仪表的误差。

电流表产品图片如下图6所示：

图6电流表

3.4电压表的选型

电压表并联在被测电路中，用来测量被测电路的电压值。

按所测电压的性质分为直流电压表、交流电压表和交直两用电压表。

就其测量范围又有毫伏表、伏特表之分。

按动作原理分为磁电式、电磁式和电动式等。

电压表的选择原则和方法与电流表的选择基本相同，主要从测量对象、测量范围、要求精度和仪表价格等几方面考虑。

测量精度要求不高，一般多用电磁式电压表。

而对测量精度和灵敏度要求高的，多常采用磁电式多量程电压表，其中普遍使用的是万用表的电压档。

电压表使用方法及注意事项：

（1）一定要使电压表与被测电路的两端相并联。

（2）电压表量程要大于被测电路的电压，以免损坏电压表。

（3）使用磁电式电压表测量直流电压时，要注意电压表接线端上的“+”、“—”极性标记。

（4）电压表具有内阻，内阻越大，测量的结果越接近实际值。

为了提高测量的准确度，应尽量采用内阻较大的电压表。

测量高电压时要使用电压互感器。

电压互感器的初级线圈并接在被测电路上，次级线圈额定电压为100伏，与量程为100伏的电压表相接。

电压表指示值乘以电压互感器的变压比，为所测实际电压的数值。

图所示为带有电压互感器的测量接线图。

电压互感器在运行中要严防次级线圈发生短路，通常在次级线圈中设置熔断器作为保护。

电压表产品图片如下图7所示：

图7电压表

5设计总结

本次设计的题目是户外箱式环网柜的设计，经过查找各类资料和参考文献，到今天总算完成了，通过本次设计，再次提出了利用绘图软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。

关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。

该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。

地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。

学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。

在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。

在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。

因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。

看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。

部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。

一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交，可理解性和实体模型。

特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。

在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。

如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。

由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。

一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。

一组视图：

一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。

尺寸：

尺寸的确定和零件的形状各部分的位置

技术要求：

表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。

标题栏：

注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。

单击[新建]图标以显示新的文件系统，SolidWorks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。

总结

直到今天，我的毕业设计总算完成了，心里充满感概和辛酸。

这几个月以来，我一直不断地查询与设计相关的各种资料和文献，通过仔细分析和研究，我的论文总算完成了，再这里感到百感交集，今天，我的论文总算接近尾声了，心里充满了辛酸和苦辣，觉得自己大学四年所学的知识还远远不够，有的必要的需要掌握的知识也没有掌握好，只有希望以后自己更加努力工作，在工作中成长，在工作中学习，这样自己才会不断地进步，不断地提高自己，从而来实现自己的人身价值