地铁设计中低压配电箱的选型研究

王业篷

（山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

1863年，英国伦敦成为世界首个地铁线路开通运行的城市。此后，美国、法国、德国等欧美国家相继开始修建地铁。1971年1月北京地铁1号线开通运营，是我国建成的首条地铁线路。近年来，随着我国经济实力和社会发展水平的不断提升，地铁工程建设也呈现出爆发态势，据统计，目前我国开通或修建地铁的城市已超过40个。地铁的供配电系统是保障地铁正常运行的基础设施之一。供配电系统承担为地铁列车和车站机电设备提供电能的任务，低压配电箱是供配电系统的重要组成部分，是保证地铁各种用电设备安全、连续正常使用的基础。因此，合理选用低压配电箱就显得尤为重要。

1 低压配电箱电气参数要求

低压配电箱为封闭式成套设备，其功能为向地铁车站及区间动力、照明用电设备提供电源及其控制。

1.1 低压配电系统参数

地铁工程中，三相四线制是低压配电系统最常使用的模式；TN-S是主要采用的接地保护型式。系统参数应满足表1要求。

表1 低压配电系统参数

1.2 基本技术参数

基本技术参数如下：额定电压为AC220/380 V；额定频率为50 Hz；防护等级为地下区间隧道、高架区间、车站户外安装的 IP65，水泵房、风道、风机房、冷冻站安装的IP55，车站设备及管理用房、走廊、公共区安装的IP42。

2 低压配电箱主要元器件要求

低压配电箱是多种元器件构成的装置，主要包括断路器双电源互投切换装置、电涌保护器、负荷隔离开关等。其中断路器又分为塑壳式断路器和微型断路器等。

2.1 塑壳式断路器

塑壳式断路器应符合下列主要技术要求：

（1）满足系统电压、电流、频率以及分断能力的性能水平要求。

（2）分断能力：不小于35 kA。

（3）ICS=ICU。防护等级大于等于IP40；分为热脱扣器和电子脱扣器2种；电子脱扣器具备长延时保护、短延时保护、瞬时保护3段保护能力；其中长延时0.4～1Ir可调，短延时2～10Ir可调，大于11In为瞬时保护。热脱扣器具备长延时保护、瞬时保护2段保护能力；其中长延时0.8～1Ir可调，短路瞬动值视设定值的大小为固定值或5～10Ir可调[1]。鉴于地铁工程的特殊性，塑壳式断路器的结构应具备模块化功能，便于安装和拆除。此外，塑壳式断路器应具备加装各类辅助配件的能力，如分励脱扣器或报警触头等。辅助配件的假装不应改变原有断路器的结构和配电箱箱体型式。

2.2 微型断路器

微型断路器应满足系统电压、电流、频率以及分断能力的性能水平要求，除特别注明外，微型断路器分段能力≥10 kA，限流等级三级。微型断路器的寿命不应小于2万次，工作温度应满足当地极限温差要求[2]。微型断路器也应采用模块化安装和拆除结构，便于施工，各类附件的加装和拆除应与塑壳式断路器功能需求一致[3]。

漏电开关：为保持工作稳定性，减小占位，使用短路保护、过载保护、漏电保护等，采用一体化或组合式漏电开关，并具备漏电情况下的报警或切除电源功能[4]。

2.3 双电源互投切换装置

双电源互投切换装置采用一体化专用PC级自动转换开关电器。自动转换开关电器（Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE）的电气和机械性能应必须满足产品相关标准：GB/T 14048.11—2008、IEC 60947-6-1—2005[5]。ATSE所接负载的使用类别不低于为AC-33A。ATSE为三相四电极产品。ATSE切换时间（即全程动作时间）不大于0.2 s。 机械寿命不少于10 000次，电气操作寿命不少于1 500次。额定冲击耐受电压Uimp大于等于8 000 V。额定绝缘电压Ui大于等于660 V。ATSE具备可靠的隔离功能。ATSE有独立的灭弧接点。ATSE触头不能因为长时间不用而出现表面氧化。ATSE能够电动和手动操作。ATSE开关和控制器组件均由统一生产厂家提供以确保安全。ATSE操作机构电气机械连锁可靠，并具备防止电源同时运行的措施。ATSE切换采用自投自复、自投不自复或互为备用等方式，并现场可整定；ATSE的控制器无需外加控制电源，且具有抗电磁、浪涌、电压突波等干扰能力。ATSE控制器具备开关分合闸状态显示等，ATSE具有RS485通信接口[6]。

2.4 电涌保护器

对于低压配电系统应考虑电涌保护设置，以防止雷电电磁脉冲侵入或操作过电压。电涌保护器外壳应具有脱扣报警和熔断指示等故障报警功能，防护等级应满足IP20，外壳阻燃等级应不低于V0[7]；应具有热插拔功能；应采用标准35 mm导轨安装方式。

电涌保护器前端应成套加装电涌专用后备保护装置，该装置短路分断能力不低于35 kA，工频脱扣电流不大于3 A，耐受冲击电流不小于被其保护的电涌保护器的最大放电电流。表2为第一级 SPD 主要技术参数应满足条件，表3为第二级 SPD 主要技术参数应满足条件。

表2 第一级SPD主要技术参数

表3 第二级SPD主要技术参数

2.5 负荷隔离开关

负荷隔离开关应符合下列主要技术要求。

（1）满足系统电压、电流、频率的性能水平要求。

（2）在正常负荷下，具备接通、运行、分段电流的能力。并在非正常电流条件下（短路），能在规定时间内承载电流（可以接通，但不分断短路电流）。

（3）通电持续时间1 s，额定短时耐受电流值不得小于12倍最大额定工作电流。

（4）使用类别为AC-23B。

（5）负荷隔离开关应为耐湿热型产品。

3 低压配电箱结构、材料及工艺要求

3.1 低压配电箱结构

（1）车站及区间变电所内安装的低压配电箱（柜）箱体材料采用优质冷轧钢板，地下区间、高架区间内安装的动力照明配电箱（柜）箱体材料采用聚碳酸脂合成材料。安装在公共区墙体上的配电箱的箱门须采用厚度不小于2 mm的拉丝不锈钢板制作[8]。

（2）低压配电箱应有足够的机械强度，以保证元件安装后及操作时无摇晃、不变形。

（3）区间内检修插座箱及照明配电箱箱体材料采用聚碳酸脂合成材料，无卤素，防护等级为IP65，抗冲击等级为IK08，绝缘等级为2级，防污等级为IV级，适合有粉尘、水雾等存在的地下恶劣场所。地下区间内检修插座箱及照明配电箱采用离壁式安装方式。

3.2 保护性接地

（1）地铁工程应单独设置PE接地系统，其中，PE接地端子应采用铜排。端子排应与配电箱可靠联结，且N排和PE排应单独分开设置于配电箱2端。

（2）PE排和N排端子数量的配置要满足配电箱出线回路的要求，双电源切换箱主备进线的N线不得接在同一个N排上。

（3）各类配电箱的金属外壳及其他裸露可导电部分均应与PE线可靠连接，并应保障PE线的连续性和完整性。

（4）运输、安装等的机械应力或短路产生的热应力都不能损坏保护导体的完整性。

4 结 论

低压配电箱作为城市轨道交通供电系统的一部分，担负着分配电能和设备控制的重任。在低压配电箱选型时，应做到安全、经济、高效及稳定。在选型中应合理分析、统筹兼顾，全面分析供配电系统形式和工程实际情况，最大限度地保证城市轨道交通设备的用电安全。