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对GB7251.1标准的理解与设计实践

对GB7251.1标准的理解与设计实践

2006/5/31 8:53:00
1 概述 抽出式功能单元是低压成套开关设备中重要的组成部分之一,而抽出式功能单元的机械设计也是成套设备设计中难度较大的部分。 GB7251.1《低压成套开关设备和控制设备第1部分:型式试验和部分型式试验成套设备》是设计依据。只有正确地理解设计标准,才能首先从设计上达到标准的要求。检验设计是否达到标准,则需要更广泛的技术支持。抽出式功能单元的机械设计也要遵循这个技术规律。 本文试图从对标准的理解,电气性能对机械设计要求,以及设计实践等方面谈抽出式功能单元的机械设计中对标准的理解与设计实践。 2 对标准的理解 2.1 标准对功能单元总的要求 标准中规定的抽出式部件在不同位置上的电气状态见表1(引自GB7251.1)。
讨论功能单元机械设计时,应该对相关的术语有所了解。这些术语如下。 功能单元:它是成套设备的一个部分,由完成同一功能的所有电气设备和机械部件组成。 辅助电路:用于控制、测量、信号、调节、处理数据等电路上的所有导电部件。 试验状态:功能单元主电路已断开(但不需形成隔离),而与其相关的辅助电路已接通,并允许对其内部的器件进行操作试验时的一种状态。 分离状态:抽出式功能单元的主电路和连带的辅助电路被分离(隔离)的一种位置。 连接状态:抽出式功能单元的主电路和连带的辅助电路为其正常功能连接好的一种位置。 连接位置:抽出功能单元为保证其正常的设计功能而处于完好的连接状态的一种位置。 试验位置:抽出式功能单元的一种位置,在此位置上,有关的主电路已与电源断开但没有必要完全形成隔离距离,而辅助电路已连接好,允许对抽出式部件进行运行试验,此时抽出式功能单元仍与成套设备保持机械上的连接。不利用抽出式功能单元的任何机械运动,而利用操作适当部件亦可实现主电开路。 分离位置(隔离位置):抽出式功能单元的一种位置,在该位置时,主电路和辅助电路的隔离距离已达到要求,而抽出式功能单元与成套设备仍保持机械连接。此隔离距离亦可以靠操作适当的部件来达到,而不是靠抽出式部件的任何机械运动。 移出位置:抽出式功能单元移至成套设备外部,并与成套设备在机械上和电气上均脱离的一种位置。 2.2 抽出式功能单元机械设计中位置与解锁的要求 2.2.1 抽出式功能单元的位置要求 位置设计是指移出位置、分离(隔离)位置、试验位置和连接位置。 移出位置和连接位置比较容易理解。试验位置时,功能单元一次进线插件要与主回路处于分断(但不要求安全隔离距离)状态。对于控制用功能单元一般要求试验位置时容许开关的合分闸(空载),而对配电用功能单元来说,则可以不要求如此。 对于暂不投人使用的抽出式功能单元,可将其置于分离位置。或者,在试验某一回路时,可将其他回路置于分离位置。因此,分离位置因使功能单元的一次和辅助回路(二次)均与主电路处于隔离状态。 标准要求,上述4个位置均应设有可靠的定位,即在某一位置时不能将抽出式功能单元从一个位置移至另一个位置。在这个问题上,有着不同的理解和看法。即定位时如何防止从一个位置移至另一个位置,既要定位准确,又要定位不动,因此,建议理解为“不借助工具(器械)不能”。应该看到IEC439标准实施后,新设计的产品基本上都设计成“借助工具(器械)”。 标准要求,所有位置要有明显标识。 2.2.2 抽出式功能单元的位置锁定要求 除移出位置外,分离(隔离)位置、试验位置和连接位置都有可能被要求在定位后锁定。因此,抽出式功能单元的机械设计应该能满足这一要求。 标准规定,开关处于合闸状态时,无论在试验位置和连接位置,都不容许功能单元被抽出或移动,即抽出式功能单元既不能被抽出,也不能从一个位置移至另一个位置,这就是位置锁定。 2.2.3 抽出式功能单元的位置锁定的解锁要求 标准规定,被容许的人员借助钥匙或工具,可以将锁定解除。当恢复操作时,锁定必须恢复。不得设计成使用手就可以实现解锁要求。 如果在解除锁定的过程中,被容许的人员有可能触及带电的部件,则要求在被容许的人员和带电部件之间加一隔离屏障或挡板。 2.3 抽出式功能单元电击防护的要求 电击防护可以理解为一种安全设计。所谓的安全,应该是指设备的安全和人身的安全,需要特别强调的是,人身安全是首要的。 电击防护要求设计往往是多重的,至少在机械上和电气上都要考虑电击防护措施,在人易于触及到的带电部件的周围,如果允许采取一种以上的措施时,也应该采取不少于两种防护措施。 电击防护要求设计按直接接触防护、间接接触防护的顺序进行,也就是说,在设计上首先要考虑采取直接接触防护。 抽出式功能单元的电击防护要求设计不考虑用安全超低压防护。 通常应该认为,设计有门类的抽出式功能单元时,首先,打开门必须使用钥匙和工具;其次,门打开时,人不能(会)触及到带电部件;第三,如果确实需要在功能单元带电的情况下打开门进行操作,也要根据操作的内容加以严格限制。 抽出式功能单元所涉及的电击防护要求主要有以下内容,这些内容在成套设备整体设计或其他部分的设计中也可以看到。 2.3.1 直接接触的防护 除非用户(工程)给出条件,或可不考虑的因素外,应按人(包括经批准的人)可能触及带电部件设计。这些设计包括:用能够承受使用中可能遇到的机械、电和热应力的绝缘材料,将带电部件完全包住,并且只有破坏这些绝缘材料后才能裸露带电部件。一般的漆层、搪瓷或类似物品因其绝缘强度不够、不能作为正常使用时的触电防护材料;利用挡板或面板进行防护,这是设计中需要周密考虑的措施之一。 应遵守的要求有:除非面板是绝缘材料制成的,所有面板的直接接触防护等级至少应为IP2X或IPXXB,金属面板与被保护的带电部件之间的距离不得小于所规定的电气间隙和爬电距离;为了保证规定的电气间隙,所有档板和面板均应安全地固定在其位置上。在考虑它们的特性、尺寸和排列的同时,应使它们有足够的稳固性和耐久性,以承受正常使用时可能出现的变形和应力。 在有必要移动挡板、打开面板或拆卸面板上的部件时,应满足下述条件之一。 1)移动、打开或拆卸必需使用钥匙或工具,即不能用手就可以直接打开。另一方面,要考虑因钥匙或工具应用对象出现机械故障时对部件的影响,如使用螺丝紧固可能会对部件的移动或解除更为可靠。 2)在打开门之前,应使所有的带电部件断电,因为打开门后有可能意外地触及这些带电部件。 如果由于操作需要的原因,允许设备带电时,经过批准的人可以接近带电部件,应该在部件上装配一个器件,这个器件使得当门重新关闭时,自动地恢复联锁。 此时要注意的是,经过批准的人接近带电部件另有规定(如带电作业)。 3)如果抽出式功能单元采用活门结构,应当设计一个内部屏障或活动挡板用来遮挡所有的带电部件。当门打开时,不会让人意外地触及带电部件。这个屏障或活动挡板应符合直接接触防护的所有要求。即它们可以被固定在其位置上,或者在打开门的一瞬间滑入其位置上,除非使用钥匙或工具,否则屏障或活动挡板不可能取下。屏障或活动挡板上一般要设置警告标志。 4)对挡板或面板里面的带电器件需要做临时处理时(例如:更换灯泡和熔芯),需要在挡板或面板里面设置一屏障。以便防止人员意外碰到不带其他保护设施的带电部件。但此屏障不必防止有关人员故意用手越过挡板去触及带电部件、不用钥匙或工具不能移动这层屏障。 2.3.2 间接接触的防护 2.3.2.1 利用保护电路进行防护 保护电路的作用是:防止功能单元内部故障引起的后果,防止向功能单元供电的外部电路的故障引起的后果。保护电路可由单独的保护导体或导电结构部件组成,或由两者共同组成。 保护电路的具体要求如下。 1)如裸露导电部件不可能大面积接触或用手抓住。或者由于裸露导电部件很小(大约50mm×50mm),或者被固定在其位置上时,不可能与带电部件接触。则不需与保护电路连接,这种情况适用于螺钉、铆钉和铭牌。也适用于接触器或继电器的衔接,变压器的铁芯(除非它们带有连接保护电路的端子),脱扣器的某些部件等,不论其尺寸大小。 2)手动操作装置(如手柄)应安全可靠地同已连接到保护电路上的部件进行电气连接,如不能做到,则应采用保护电路以外的防护措施。 3)用漆层或搪瓷覆盖的金属部件也应视作导电部件。 4)保护导体的截面和PEN导线的截面积应按标准选定。 5)在结构上采取措施,保证裸露导电部件之间,以及这些部件和保护电路之间的电连续性。为确保保护电路的连续性,所有的连接应尽量直接并有效。 保护电路的连续性涉及的方面有:从连接位置到分离(隔离位置)位置;在盖板、门、遮板和类似部件上面的金属螺钉连接和金属铰链,以及等效的电连接方式(如滑动触点,防腐蚀铰链)连接;在盖板、门、遮板等部件上装有电压值超过超低压限值的电器时;影响连续性可能遇到的最大热应力和动应力;如果将外壳当作保护电路的一部分使用时,其截面积与规定的最小截面积在导电能力方面应是等效的。 原则上,保护电路不应包含分断器件(开关、隔离器等),但当利用连接器或插头插座切断保护电路连续性时情况例外,这种情况下只有在带电导体已被切断后,保护电路才能断开,并且在带电导体重新接通以前,应先恢复保护电路的连续性。 保护导体的整个回路中,唯一允许的措施是设置连接片,这种连接片只有经过批准的人才可借助于工具来拆卸(某些试验可能需要此种连接片)。 2.3.2.2 保护电路以外的防护<
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