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摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，配电网建设越来越多。低压开关柜是配电网中的关键控制设备，其内部集成了大量线路和电力电子元器件，一旦出现故障将造成严重的经济损失。随着电力系统建设规模的不断升级扩张，传统的低压开关柜无论是在在功能上还是在性能上都已经不能满足要求，取而代之的是新型智能化开关柜。本文设计了一款智能型低压开关柜，对温度和关键电气参数进行了实时监测，提高了开关柜的可靠性和可维护性。
关键词：智能设备；低压开关柜；远程监测
引言
低压开关柜的设计过程相对复杂，要全方位考虑，充分衡量在复杂环境下各方面因素可能会对电机性能造成影响。如果能综合考评并找到最佳方案，从低压开关柜的设计方面着手，则可以更有效地提升低压开关柜的整体效能，增强低压开关柜的整体运行性能。通过这些措施，能够有效延长电器的使用寿命。
1低压开关柜结构分类
现阶段低压开关柜的具体结构类型包括固定式与抽出式。固定式结构是指将设备固定在特定位置，以提升低压开关柜稳定性。此结构为电气元件发挥功能提供空间，并且电气元件结构固定，可以得到稳固的支撑。便于日后柜体的拆装，提升电气元件维护工作开展的便利性。当前固定式柜体结构，依据形状与大小的不同，可以划分为立式、箱式以及台式。抽出式柜体具有可移动性特点，有利于更换电器元件，但是需要在具体设计期间充分考虑柜体的稳定性以及运行安全性，在确保柜体稳定安全的前提下，进行柜体内部的移动性设计。
2智能低压开关柜详细设计
2.1温度监控模块设计
温度监控模块主要由通信接口、电源模块、信号采集单元以及开关量输出等部分组成。智能开关柜直接由主母线引出220V交流电源线，首先由变压器对高压信号进行降压，再采用LM3173芯片对输出电压进行稳压调节，最后为单片机提供最佳的工作电压和电流。这种设计无需引入外部电源，避免了重复更换和维护蓄电池的麻烦。温度采集单元采用了MF521033950型热敏电阻，该器件在常温下的电阻值约为10k，或以满足-20-120℃的快速温度响应，测量精度也比较高，同时具有非常紧凑的结构设计，不占用过多空间。热敏电阻将温度变化转化为阻值的变化，最后通过电流变换到电压信号，再由高精度A/D转换器进行数字化，完成温度的采集。单片机与传感器之间采用RS232串行通讯，单片机根据传感器地址来识别传感器，并对温度信号进行实时处理，当温度超过阈值时，启动风扇进行散热；当温度低于阈值时，启动加热器进行升温，使低压开关柜始终工作在最佳条件下。在发生故障或定期停电维修期间，需要对远程开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。本系统采用TLP521型继电器，该器件是一种光电耦合器，具有光电隔离的好处。将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制。
2.2紧固件拼接式的框架
相比较焊接方式而言，紧固件拼接式的框架优点更多，因为各个零部件的制作是通过标准化生产制成，部件精准度高、误差小，调整方便，可以对某一缺陷结构进行配料。但是要实现成功配对，就必须按照严格的参数标准生产零部件。也就是因为需要高度精确，这种类型的框架造价更高。
2.3电弧故障保护
电流在气体介质中通过时，会产生电弧现象。柜体内若产生电弧现象，极易对电气元件的运行产生影响，限制电子元件性能的发挥。所以，在具体结构设计期间，需充分认识电弧的危害性，结合具体情况设计出具有良好电气元件保护能力的结构。对于柜体结构材料，尽可能选择绝缘隔离材料，有效隔离带电导体，避免在设备运行期间出现柜体带电现象，大幅降低电弧现象的出现概率，提升柜体结构的整体安全性。需要注意，因柜体内部空间有限，设备运行期间若产生电弧现象，极易在柜体内部发生二次危害。
要想避免上述现象，需在结构设计中结合实际，科学设置泄压通道，避免电弧伤害。
2.4合理划分功能单元
低压开关柜主要有抽取式和固定式两种结构，在内部结构设计过程中都需要充分考虑结构形式，从而进行分层分区的结构设计，减少运行过程各部件之间的干扰，保证电力系统的运行效率，很大程度上降低安全事故发生。同时根据不同开关功能具体划分不同区域，为每个开关组件及配件提供不同区域，保证每个区域都代表不同的功能单元，最大程度地实现科学划分，保证每个功能单元安装在最恰当的位置，既可以提供便利的使用条件，又可以提升维修效率，避免开关和线路出现混乱情况，以确保电力系统运行的安全性和稳定性。
2.5柜体框架形式
以制作工艺为角度分析，柜体框架形式分为焊接框架、紧固件拼接式框架、焊接与紧固件拼接融合框架。针对焊接框架而言，柜体框架的固定借助焊接工艺，具有制作简单、坚固性强等特点，但是因制作工艺的限制，框架接控过程中极易出现偏差，并且电气元件的固定效果不佳。并且受温度、湿度等因素的影响，极易产生虚焊、变形等现象；紧固件拼接框架具备误差小、调整便捷等特点，若柜体框架某部分发生损坏，仅需更换损坏部分紧固件即可。但是该类型框架成本较高，并且对紧固件参数配置标准较高；焊接融合紧固件拼接框架可以实现上述二者制作工艺优势的融合，为低压开关柜内部电气元件的稳定运行提供保障。
2.6绝缘性能及其抗过电压
若柜体设计不合理，则无法为设备内部电气元件营造稳定、安全的运行环境。所以需要注重提升柜体结构绝缘效果，在具体设计中合理应用屏蔽式固体绝缘技术，达到提升柜体绝缘性能的效果。与此同时，合理地将气体绝缘开关设备与空间绝缘开关设备集成设置于柜体内部，将其应用到内部所有功能单元中，可实现对整体绝缘性能的提升。通过该技术的应用，为柜体内部电气元件提供安全稳定的空间，促使开关柜的运行更为安全、稳定。
3智能低压开关柜的应用
本文设计的智能低压开关柜在某市郊区行政村的配电网中进行了应用，在高温和冰雪天气下均可实现自动温度控制，多次在雷击的情况下成功实现自动分闸，并在值班人员的远程操控下快速准确地完成了合闸。应用结果表明，低压开关柜运行稳定可靠、操作维护方便、控制响应快速准确，显著提升了所在配电网的安全性能，大大降低了不必要的人力维护劳动强度和高额运维成本，取得了较好的经济效益，得到了用户的认可。
结语
综上所述，低压开关柜是电力系统的重要组成部分，在电能运输和配送过程起到至关重要的作用。随着现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的快速发展，许多电力设备制造企业开始投入大量的资金对新型智能开关柜进行研发，不断采用新技术新工艺，低压开关柜变得越来越智能化，为智能电网和其它电气系统的建设注入了新的活力。在工业化和城市化不断深化的未来，电力系统的规模将更加巨大，这为智能化低压开关柜的发展提供了广阔的市场空间。
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