低压综合配电箱温升影响因素研究

低压综合配电箱温升影响因素研究

摘要：通过对低压综合配电箱（JP柜）的质量抽检，发现温升试验的不合格率相对较高，过高的温升可能会对设备的稳定和安全运行构成威胁。本文分析了JP柜中塑壳断路器温升超标的主要原因，并提出了一系列关于JP柜中塑壳断路器的选用建议以及结构优化措施，旨在降低温升并提升设备的整体性能。

关键词：低压综合配电箱（JP柜）；温升；实验

引言

  低压综合配电箱（JP柜）是一种包含低压开关设备、无功补偿装置、台区智能融合终端等关键元件的成套低压设备，被广泛应用于电力和工业领域中。温升作为JP柜安全性能的关键指标，一旦超过限值将对设备的稳定和安全运行构成严重威胁，因此，深入分析低压综合配电箱温升影响因素，对于提升设备质量及整体性能具有重要意义。

1 低压综合配电箱温升实验方法

本文中JP柜温升试验技术标准是参照GB 7251.1—2013执行的，在低压综合配电箱温升实验中，提出了三种温升实验方法：

（1）验证方法a：同时验证功能单元及成套设备

进线与出线电流：试验时，进线电路和所有出线电路都承载额定电流，即假设所有出线都同时满载工作。

分组测试：如果进线或配电母线的额定电流小于所有出线电路额定电流的总和，需将出线电路分组进行试验，确保每组中的出线电路额定电流总和不超过进线或配电母线的额定电流[1]。

适用性：该方法特别适用于分散系数为1的成套设备，即所有出线电路在满载时都达到相同的电流水平。

（2）验证方法b：分别验证各功能单元和成套设备

功能单元验证：单独测试每个功能单元，确保其在额定电流下工作正常。

成套设备验证：在成套设备中，进线电路承载额定电流，而出线电路则根据分散系数分配电流。这适用于分散系数小于1的情况，即不是所有出线都同时满载。

适用性：该方法更适用于分散系数小于1的成套设备，能够更准确地模拟实际使用情况。

（3）实验方法C：分别验证功能单元、主母线、配电母线及整个成套设备

主母线与配电母线验证：单独测试主母线和配电母线在额定电流下的性能。

功能单元验证：单独测试每个功能单元在额定电流下的性能。

整个成套验证：整体测试，进线电路承载额定电流，出线电路则根据分散系数分配电流。

适用性：该方法特别适用于模块化系统，能够更全面地验证每个组件以及整个系统的性能。

标准中三种实验方法的区别如下表1所示：

表1 标准中三种实验方法的区别

试验项目                         试验方法a          试验方法b      试验方法c

进线额定电流验证           √√√

出线额定电流验证           √√√

主母线额定电流验证                                      √

配电母线额定电流验证                                    √

分散系数乘以额定电流验证                    √√

2 JP柜温升实验研究

2.1 试品参数

文中选取了3台容量为400 k VA的JP柜作为研究对象，这些JP柜的配置均设计为1个进线口和3个出线口，其中，进线部分使用熔断器式的隔离开关，额定电流设定为800 A。出线支路有一条大电流出线支路（C1），额定电流为630 A；而另外两个支路（C2和C3）为小电流出线支路，额定电流均为400 A。

2.2 JP温升实验

在温升测试中，按照当前的测量要求和方式，对3个JP柜的进线开关和C一分开关各增加了360A的电压，并使用了红外线检测仪测量高温分布状况。而通过实验观测，可以看到过热探测现象主要集中在出线电路上的塑壳断路器的进线接线端子处，这一情况有可能是由断路器内发生的能量向外界传输而引起的。试验的结果如表2至表4所示。

表2 JP柜（JP-1）温升结果

测试点        实验     允许     A相      B相     C相        结论

          电流/A   温升/K   温升/K   温升/K   温升/K

进线隔离

开关进线端   630      70       59.2     63.5     63.1        

进线隔离

开关出线端   630      70       34.8      45.0     44.1

主回路母

排连接处     630      70       35.1       40.9     50           不合格

C1断路器进线端 630      70       80.1       96.3     72.3

C1断路器出线端 630      70       66.5       82.3     69.2

外壳                   30                           19.2

把手                   25                           16.9

表3 JP柜（JP-2）温升结果

测试点         实验     允许     A相      B相     C相        结论

           电流/A   温升/K   温升/K   温升/K   温升/K

进线隔离

开关进线端     630       70       40.6     49.6     42.9

进线隔离

开关出线端     630       70       35.3     40.9     32.9

主回路母

排连接处       630       70       35.4     40.9     35.6     不合格

C1断路器进线端630       70       71.7     85.2     70.5

C1断路器出线端630       70       61.3     82.2     64.5

外壳                 30                18.6

把手                 25                17.5

表4 JP柜（JP-3）温升结果

测试点         实验     允许     A相      B相     C相        结论

           电流/A   温升/K   温升/K   温升/K   温升/K

进线隔离

开关进线端     630       70       52.3     57.1     54.6

进线隔离

开关出线端     630       70       31.4     40.6     36.0

主回路母

排连接处       630       70       25.6     34.3     29.9     合格

C1断路器进线端630       70       46.1     62.4     49.3

C1断路器出线端630       70       44.5     60.7     48.3

外壳                 30                14.6

把手                 25                10.1

2.3 C1支路塑料壳断路器温升实验

选择一台在温升试验中未达标的JP柜（型号为JP-2）和一台温升试验表现合格的JP柜（型号为JP-3），遵循GB 14048.2规范进行温升测试。结果如下表5、表6所示。

表5 JP柜（JP-2）C1支路断路器温升结果

测试点           实验     允许     A相      B相     C相        结论

            电流/A   温升/K   温升/K   温升/K   温升/K

C1断路器进线端  630       80       56.59     72.59   60.7       合格

C1断路器出线端  630       80       50.09     74.40   62.4       合格

表6 JP柜（JP-3）C1支路断路器温升结果

测试点           实验     允许     A相      B相     C相        结论

            电流/A   温升/K   温升/K   温升/K   温升/K

C1断路器进线端  630       80       33.19     48.49   35.99       合格

C1断路器出线端  630       80       36.49     50.40   39.69       合格

从表 5 的数据可以看出，JP 柜（JP-2）的C1支路所配置的塑壳断路器在敞开环境下运行时，其温升数值已经趋近于GB 14048.2标准中规定的塑壳断路器温升限值。然而，由于JP柜本身是一个密封设备，其内部环境条件与敞开环境存在差异，因此在JP柜的实际运行环境下，该塑壳断路器的温升很可能会超过限值要求，从而无法满足JP柜正常工作的温升限制条件[2]。

3 比较分析

3.1 JP柜整体尺寸对比

通过对比发现，三台JP柜外壳尺寸差异不大，对比结果如下表7所示。

表7 JP柜尺寸对比情况       mm

外形尺寸            JP-1            JP-2            JP-3

长度                1 400           1 400          1 350

宽度                1 200           1 240          1 230

厚度                800             820            790

3.2 塑壳断路器尺寸对比

通过对比发现，壳架结构的大小影响了温升的效果，较大的壳架结构温升合格。

JP-1不合格

JP-2不合格

JP-3 合格

3.3 塑壳断路器空间布局对比

对比发现，合格的JP柜内部的开关间隙比较大，提高了散热能力。合格的JP柜样品中开关之间的间隙达到了22mm，不合格的JP柜中，开关间隙则分别只有15mm和19mm。

JP-1              JP-2             JP-3

3.4 支路铜排尺寸对比

通过对比发现，温升测试合格的JP柜与不合格的JP柜相比截面较大，特别当宽度由30mm扩大到40mm时，能够增加搭接处接触面积，加大散热面积。

JP-1             JP-2            JP-3   

4 结论及建议

通过低压综合配电箱温升影响的实验结果分析，为了改善JP柜的温升问题可以采用以下措施：

（1）优化塑壳断路器工艺

扩大塑壳的空间和增加铜排的宽度，提高产品的通流能力和散热效率；优化断路器内部载流回路，减少焊接点和螺栓连接点数量；优化动、静触头及软联结等部件的焊接质量和导电体的铆接质量[3]。

（2）合理选用塑壳断路器

根据配电箱的认定电流和预期负载，选择通流能力强和发热量较低的塑壳断路器；结合断路器的热稳定性和散热性能，选择散热效率高、温升低的型号。

（3）改善配电箱整体散热条件

增加配电箱的通风口和散热孔，提高对流散热能力；安装风扇或散热片等辅助散热设备，提高散热效率；优化配电箱内部布局，减少局部升温。

（4）加强运行监测

定期对配电箱进行温升检测，了解实体测控单元的工作情况，合理调节单元内CPU配置。

参考文献：

[1]王铮.低压综合配电箱内部故障电弧防护的试验研究[J].电器与能效管理技术,2016(12):42-4555

[2]黄忠洲.低压配电箱的常见故障及原因分析研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2021(7):0275-0275277

[3]张学军.低压综合配电箱短路耐受强度影响技术分析[J].市场监管与质量技术研究,2024(1):6-8