开关柜与配电箱知识介绍分享

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一切都是相对的，取决于视角。同样的应用一个人认为采用开关柜，而另一个人认为需要采用配电箱。

我们的第一个目标将是解决是否采用开关柜或配电箱的普遍焦虑。开关柜比配电箱更大、更昂贵，但更可靠，这似乎很直观。为了从直观过渡到现实世界，我们建立了五个应用案例条件进行比较分析。虽然这个相对较小的分析基础并不声称在统计上是精确的，但它的结构是为了保持公平的比较。

下图美标配电箱 Switchboard

下图美标开关柜 Switchgear

为了在两种类型的设备之间保持一个共同的参考领域，我们选择具有800A 框架断路器的馈线，相同的主母线（ACB 单独安装在开关设备中；塑壳组安装在配电箱），研究了 480V 和 208V 系统以及从 2000 到4000 安培不等的主母线容量。

开关设备的成本比其在成组安装的配电箱中的对应高 50% 到 100%。这自然回避了开关设备增加成本的回报问题。

根据IEEE-493-1990广泛的故障数据评估，该标准的第 3 章表 10 总结了各种电力系统设备每单位年的统计故障率。虽然开关设备不能直接与配电箱进行比较，但在配电箱等成组安装应用中使用的固定式低压断路器（600V 及以下，包括塑壳）可以与开关设备中使用的低压金属外壳抽出式断路器进行比较。配电箱的故障率约为开关柜的 156%，每次发生平均停机时间为 4 小时。尽管数据的基础是历史性的，但作者认为这是对每种产品的生产和设计理念的有效反映。

塑壳保护装置旨在尽可能经济地满足市场需求，金属外壳开关柜是为那些需要可靠性和服务连续性的应用而开发的。当上述统计数据与各个行业的预期每次事件停电成本相结合时（商业 =2,299 美元；工业 = 61,710 美元；政府 =53,455 美元；），很明显为什么关注可靠性和安全性的应用会围绕开关设备进行设计。在开关柜的使用寿命内消除一次故障事件比增加的初始投资提供的回报要多。

然而，IEEE-493 还表明，故障发生的频率远高于此，这取决于环境、维护和使用持续时间。设备内置的附加功能，例如母线上短时耐受额定值、断路器的高短时额定值、抽出式结构和完全可维护性，简单地成为所有者的额外好处。它们促进了上游和下游的协调，能够延长断路器的使用寿命并在不需要母线停电的情况下提供服务，以及增加开关柜的预期寿命。

传统观点认为配电箱总是比开关设备小得多。这些结果表明并非如此。由于选择了主要保护装置，它在开关柜的占地面积以及是否需要后部连接方面起着重要的作用。根据经验，任何大于 1.1米的开关柜深度通常都需要符合 NEC 110.26 的后部检修和后部工作间隙。如果指定了绝缘外壳主断路器，则 4000A 的主要部分尺寸可以从 1.3米减少到 1.1米。即便如此，值得注意的是，在大多数情况下，组装开关柜的排列仍然更宽，对于某些情况（延长 62%），这一点尤为明显。要吸取的教训是正确选择框架尺寸以优化占地面积的重要性。例如，额定 800A 的断路器使用与 1200A 断路器相同的框架尺寸。因此，两者都需要相同的高度间距，并且必须单独安装在1米宽的外壳中。但是，600A 断路器可以将高度间距减少 33%，并且可以双倍宽度安装在相同尺寸的外壳中。因此，在受限制的配电盘位置，将更多600A 而不是 800A 的断路器或更少的 1200A 而不是 800A 馈线应用到下游的子配电箱上有明显的优势。

配电箱无疑代表了最广泛使用的低压分配电设备，但对于其许多功能以及何时最有效地使用它们似乎存在严重混淆。

配电箱的灵活性已提高到现在可以采用螺栓固定式或插入式结构的水平。在螺栓固定式设计中，保护装置牢固地用螺栓固定在主配电母线上。插入式结构包含一个可拆卸模块，保护装置安装在该模块上，并允许它夹在主配电母线上。这种连接是通过弹簧加强型高张力钳口夹具实现的，旨在在高故障条件下更紧地夹住母线。插入式结构的主要优点是可以快速从电路板上移除保护装置，而无需从母线上松开断路器（或开关）。尽管出于安全目的需要母线中断，但此功能可最大限度地减少中断时间。此功能仅使成本增加约 2%，并且对整体配电箱占地面积大小没有影响。