低压开关柜标准化设计分析
许继电气股份有限公司、杭州泰姆电气有限公司、浙江天正电气股份有限公司、浙江永继电气有限公司、温州圣普电气有限公司的研究人员卢慧强、肖朋等，在2019年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，低压开关柜作为配电网的重要组成部分，其标准化程度低已经成为制约行业发展的重大因素。通过标准化的设计，提升各个厂家设备的通用性及互换性，不仅可以提高低压配电柜的整体质量，还能提高用户满意度。
经过几十年的发展，我国低压成套技术已经取得极大提升，在容量、安全性、可靠性等方面已经极大地缩小了与国际先进技术的差距。近年来，我国电网投资力度不断加大，基础配电网建设得到显著发展。但总体用电水平与国际先进水平相比仍然存在着差距，例如城乡区域发展不均衡，供电质量亟待改善。
提升输配电能力，建设技术先进、环境友好的配电网是我国电力工业目前的首要任务。低压配电柜作为配电网的重要组成部分，其制造水平直接影响我国配电系统的稳定及质量。低压成套设备的发展已经到了瓶颈期，其标准化程度低及行业通用性弱已经成为制约行业发展的重大因素。
1 低压开关柜标准化现状
低压配电柜产品符合GB 7251.1—2013《低压成套开关设备》（IDT IEC 614391，2011）标准规定。在电力系统中，从发电系统到输电系统再到配电网以及电能转换的过程中，低压配电柜产品起着开断、控制以及保护用电设备的作用，主要适用于建筑、基础设施建设、能源、工业控制等各种不同场合。
目前，国内常见的低压开关柜主要有以下4种： ①MNS型抽屉式开关柜；②GCK低压抽出式开关柜；③GCS型低压抽出式开关柜；④GGD型交流低压配电柜。
在低压柜国产化生产过程中，经过不断的摸索、改进，其结构越来越契合国人的操作习惯，实用性及可操作性也越来越高。低压成套行业进入门槛较低，随着经济社会的进步，涌现出越来越多的成套设备生产厂家，在开放性的设计、个性化的生产、使行业繁荣的同时，随之而来的问题也越发突出。通用性差，标准化程度低，且各个厂家生产质量良莠不齐，没有完善的淘汰机制，对整个行业来说，都是极大的隐患。
另外，低压成套设备的利润较低，也是制约行业发展的一大因素。生产厂与项目所在地之间往往距离较远，造成设备的售后及维护费用较高，产生的后果是售后服务不积极，用户体验满意度差，极大的损害制造厂甚至整个行业的信誉。
低压柜在设计之初，已经做到部分标准化，比如柜体高度统一为2200mm，标准柜体宽度尺寸包括600mm、800mm及1000mm，抽屉的宽度及深度等。但是在柜体内部元件分布，功能单元结构、尺寸以及一二次接口等方面都是各个厂家根据自己的能力或者设计习惯进行设计，导致低压柜行业通用性极低。一旦设备出现问题，用户就需要找原厂家进行维修或者更换，如果原厂家被注销，就需要新的供应商通过现场测量原柜尺寸，以保证柜体能顺利并柜。
通过对诸多问题的分析，低压柜的标准化需求愈发明显。通过标准化的设计，提升各个厂家设备的通用性及互换性，不仅可以提高低压成套设备的整体质量，而且在售后距离较远时，可以寻找其他设备生产厂进行就地售后，既提高了售后效率和用户满意度，又能降低售后费用。
2 低压开关柜标准化设计
低压柜标准化设计应按照安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换、合理分级、广泛适用的原则进行，应兼顾制造厂水平与用户体验满意度两方面，通过改进与调整整体提高低压开关柜的标准化程度。根据设备需求程度的不同，主要进行柜体、一次接口、二次接口低压抽屉柜的标准化设计。
2.1 柜体的标准化
1）柜体材质需要进行统一的要求，不同材质使用的拼装方式使柜体外观及结构不一致，所以材质的统一是设备互换性的基础。目前有两种选择：
①MNS、GCK采用由敷铝锌板折成的C型材，GCS采用由冷轧钢板焊接而成的8MF型材；
②MNS、GCK及GCS柜均使用C型材，但是MNS、GCK使用的C型材模数为25mm，GCS所使用的C型材模数为20mm。门板的材质应考虑到柜体外观颜色及防腐性能的要求，宜采用冷轧钢板，喷塑防腐处理。柜体主框架结构材料厚度要求为2.0mm，隔板、挡板等非承重钣金件厚度要求为1.5mm。
2）柜体底部地基安装固定孔位置的标准化。设备的安装都要固定在地基上，由于各个厂家地基固定孔的不一致，目前项目基础施工前都需要联系设备厂家提供地基图，进行电缆沟及固定槽钢的施工，以方便后期设备的顺利安装，因此，安装孔得到标准化以后，业主根据标准图纸即可直接施工，减少了沟通的环节，可以节约施工工期，降低施工安装风险。
2.2 功能单元标准化
功能单元的标准化包括结构和尺寸的标准化，其中结构又包含进线框架断路器的安装结构、馈线抽屉回路结构、馈线固定分隔式结构。尺寸的标准化包括确定母线安装位置，进线框架断路器安装高度，双框架馈线柜断路器安装高度，以及不同抽屉单元所占的高度。另外，柜体门板的高度及厚度需要作出统一要求，以从外观上提高柜体的标准程度。
表1 抽屉单元规格表
2.3 一次接口标准化
一次接口方式包括：①进线方式；②进线柜与变压器并柜的接口方式；③主母线系统。低压柜常见的进线方式包括铜排柜顶进线、铜排柜侧进线、电缆柜顶进线以及电缆底部进线等。进线柜与变压器的接口方式应被确定是柜顶母线桥架进线还是侧边直接并柜。
若采用柜顶桥架进线方式，则柜顶顶板需要确定进线孔位置尺寸及防护方式；若采用直接并柜侧进线的方式，则需要低压柜侧边封板配铜排进线孔。通用方式是低压柜铜排侧伸出柜体200mm，在变压器内搭接。
主母线系统建议按三相五线制，电流规格根据系统额定电流确定，按常见系统电流规格，可以确定800A、1250A、1600A、2000A、2500A及3200A等常见的系统电流铜排规格。根据调研数据，大部分厂家采用镀锌圆角铜排，便于加工与连接。考虑到系统的安全稳定性能，应根据额定电流的不同确定母排系统短时耐受电流值。
表2 主母线规格对照表
2.4 二次接口标准化
二次接口应确定断路器及智能仪表的通信接口方式，目前常用的是RS 485通信，通信口与二次端子之间采用屏蔽线连接。进线柜仪表需满足电流、电压、频率、功率、功率因数以及无功电度等参数的测量，同时配置断路器状态量输入。母联柜及馈线柜仪表需满足回路电流、电压等参数的测量要求。进线柜柜前上方应设置仪表室，预留电度表、接线盒、采集器的安装位置。对计量要求较高时应设置独立的计量室，并配铅封锁。
仪表、分/合闸按钮及指示灯应按标准排列，仪表元件数量应做统一要求。二次回路导线线径要求是，控制回路采用1.5mm2导线，测量回路电流、电压分别采用2.5mm2、1.5mm2导线，计量回路电流、电压分别采用4mm2、2.5mm2导线，通信回路采用1mm2屏蔽线。计量回路应按相序分色，其余回路无需按相序分色。
表3 电缆线径对照表
低压成套设备的标准化是一个系统性的课题，低压设备柜型复杂，元件繁多，涉及范围较广，还有很长的路要走。标准化需要全行业的共同努力，共同推进。