直流配电箱结构设计

设计是完全符合通信行业标准的要求， 在一些方面的指标远远大于标 备用电源分配列柜》， ， 中华人民共和国信息产业部．
准的要求， 进一步提高了其使用性和安全性。
［ ２］ 侯 振 义 、夏 峥 ， 《通 信 电 源 站 原 理 及 设 计 》， 人 民 邮 电 出 版 社 ， ２００２
四 、主 要 零 件 结 构 设 计 分 析
足 导 电 性 能 要 求 。要 满 足 导 电 性 能 最 关 键 的 是 导 电 材 料 的 选 择 。根 据
欧姆定律：
Ｉ＝ Ｕ
（ １）
Ｒ
根据相关标准△Ｕ 不大于 ０．３Ｖ， 按照机房设备的电流要求及设计
方案确定总电流值不大于 ３００Ａ， 因此将 Ｉ＝３００Ａ、△Ｕ＝０．２Ｖ 代入公式，
计算得 Ｒ＝０．０００６７Ω。
图５
门板受力后其构件有无变形可以采用实验的方法进行检验：
图４
在门板闭合时用卡尺测量门板最外端位置与箱体的缝隙应不大
根据均匀电场下绝缘电阻与绝缘厚度成正比， 与导体面积成反
比， 即：
ＲＶ＝ρＶ Ａδ
（ ４）
式中： ρＶ—体积绝缘电阻系数（ Ω·ｍｍ） δ— 绝 缘 厚 度
Ａ— 导 体 面 积
综合强度等方面因素， 图中垫柱采用 φ１６ｍｍ 尼龙， 高度为 ２３ｍｍ。
经查尼龙的绝缘电阻系数为 １０１２～１０１４Ω·ｍｍ （ 计算时代入其下限值） ，
经计算 ＲＶ＝３．１４Ｘ１０１０ 欧姆。 为了避免因装配失误而造成的固定螺钉短接， 设计中在安装底板
与螺钉之间加入聚四氟乙烯绝缘垫， 最薄处厚度为 １．２５ｍｍ， 经查聚四
氟乙烯的绝缘电阻系数为 １０１５～１０１６Ω·ｍｍ （ 计算时代入其下限值） ， 经
２．安 装 底 板 设 计 在早期配电设备中， 安装底板多采用酚醛布板作为基础加工材 料， 这样做是为了更好的满足绝缘性能及抗电强度。但是选用酚醛布 板作为底板材料不仅给加工带来了很大的不便， 而且在加工过程中污 染环境， 使其成为制约整个配电箱加工的瓶颈。通过前文的分析， 采用 钢板和绝缘零件结合的结构方式完全能满足标准要求的绝缘性能及 抗电强度， 因此在配电箱的设计中采用了钢板作为安装底板的加工材 料。 安装底板作为箱体中电气元件的支托， 其设计要考虑电气元件排 列的合理性以及方便电缆敷设， 通过前文对其整体方案的设计， 可以 确定各个元件之间的相对安装关系（ 如图 ２） ， 因此只需在相应位置冲 孔用于固定电气元件即可。 五 、小 结
门 板 的 设 计 首 先 要 满 足 的 是 其 使 用 性 。中 华 人 民 共 和 国 通 信 行 业 标准 ＹＤ／Ｔ９３９－ ２００５ 中对门板作 了 详 细 的 规 定 ： 门 的 开 启 角 应 不 小 于 １１０°， 间 隙 不 大 于 ２ｍｍ， 因 此 在 门 板 的 设 计 中 采 用 了 暗 转 轴 的 结 构 方 式（ 如图 ５） ， 转轴采用可活动式， 便于安装拆卸。为了使电流电压指示 更加方便直接， 设计中将电压、电流表固定于门板中间偏上的位置。为 了使门板的结构设计更加合理， 设计时对门板构件的承载能力进行了 分析和实验。
２．采用内嵌式结构， 使整机外形美观大方， 安全性 能 好 ， 同 时 门 板
式得 ｔ＝０．１５６ｍｍ， 远小于绝缘垫最小处的厚度。
开启角可达 １２０°， 方便用户操作。
为更好的验证设计方案， 采用实验的方法进行测量， 使用绝缘测
３．内 部 布 线 空 间 充 裕 ， 电 缆 敷 设 空 间 合 理 ， 并 设 有 专 门 的 缆 线 固
不宜采用， 因此选用纯铜板来做为内部熔断器之间的连接导体。
关于导电体的截面积选择， 可根据电流矩法计算， 根据欧姆定律
Ｉ＝Ｕ／Ｒ 得出
△Ｕ＝ＩＲ＝ ＩρＬ ＝ ＩＬ
（ ２）
Ｓ ｒＳ
式中： △Ｕ—允许电压降
Ｉ—电流
Ｒ—导线电阻
ρ—导体的电阻率（ Ω·ｍｍ２／ｍ）
ｒ—导体电导率（ ｍ／Ω·ｍｍ２）
Ｓ—导体截面积（ ｍｍ２）
图１ 根据设计方案的分析及用户机房配置要求确定配电箱的总体布 置图如图 ２ 所示
图２ 同时作为配电设备， 应满足和直流电源分配柜同样的行业标准， 具备其同样的电气性能：
⑴直流电压降（ ２０℃） ： 直流供电回路从输入端到各分路输出端 电
压降， 在额定电压和额定电流条件下应不大于 ０．３Ｖ；
⑵绝缘电阻： 各带电回路与地之间的绝缘电阻应不小于 １０ＭΩ；
试仪 ５００Ｖ 直流挡在常温和环境实验后测量绝缘电阻， 所测结果测量 定结构， 使维护管理更方便。
绝缘 电 阻 为 １０６ＭΩ， 所 测 结 果 也 远 大 于 行 业 标 准 ， 与 理 论 数 值 的 偏 差
４．底板采用钢板代替酚醛布板， 提高了工作效率， 节约了成本。
主要受温 度 、湿 度 等 的 影 响 ； 使 用 耐 压 实 验 仪 在 不 与 输 入 电 源 和 任 何
关键词： 直流配电设备； 配电箱； 导电性能； 绝缘性能； 抗电强度 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ｆｏｒ ＤＣ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｄｉｓｔｒ ｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｈｅｓｔ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈｅｓｔ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｒｏｊｅｃｔ， ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 、Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｄｉ－ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔ．
年．
配电箱作为一种小型的机电一体化的设备， 除了充分考虑电气性 ［ ３］ 《电 线 电 缆 手 册 》编 写 组 ， 《电 线 电 缆 手 册 》， 机 械 工 业 出 版 社 ， １９７８ 能要求外， 其结构方面的设计也很重要。作为通信行业使用的低压配 年．
比较各种导电材料中， 银的导电率最小， 导电性最好， 但是其价格
昂贵， 从而导致其实用性较低， 因此不适合选用； 而纯铜的导电性仅次
于银， 具有良好的导热性， 并且其价格比银低的多， 比较适合选用。通
常连接总保险和支路的材料为铜导线和铜板， 但使用铜导线连接总保
险和各支路时， 导线的两端需要进行加工， 使加工和装配工艺复杂化，
计算 ＲＶ＝５．３Ｘ１０１３ 欧姆。 绝缘强度计算的绝缘厚度为：
ｔ＝ ＵＢＩＬ×Ｋ２×Ｋ３
（ ５）
Ｅａｖ
于 ２ｍｍ。打开门板， 在其最外端底部挂 一 重 物 （ １０Ｋｇ） ， 悬 挂 一 端 时 间 （ 约 ３０ 分钟） 后取下重物， 将门板重新关闭， 测量门板和箱体之间的缝 隙大小， 与未挂重物时进行比较， 如果缝隙没有变化即△＝０， 可以证明 在加载 １００Ｎ 的情况下， 门板与其构件没有发生永久变形。
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＤＣ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈｅｓｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｄｉ－ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
一 、引 言 现 代 通 信 行 业 高 速 发 展 ， 越 来 越 多 的 小 型 机 房 、通 信 基 站 分 布 在 通信网络的终端。小型机房设备比较少， 需要提供的支路电流少， 如列 端选用直流电源分配柜就会造成不必要的浪费， 因此需要一种小型的 直流电源分配设备。 直流配电箱就是针对这种情况而设计开发的， 它能为通信设备提 供直流工作电源， 为用户的管理和维护提供直观的电流、电压指示， 也 可 根 据 用 户 需 要 提 供 各 支 路 通 断 情 况 及 声 光 告 警 指 示 。本 文 介 绍 能 提 供 电 流 、电 压 指 示 的 配 电 箱 的 设 计 。 二 、总 体 方 案 分 析 直流配电箱作为一种小型的直流分配设备， 应具备以下功能： ⑴电流分配： 对总电流进行分配， 使每一支路的电流能够满足设 备要求； ⑵总保险过流保护： 提供过流保护， 为用户的设备提供安全保障； ⑶电压、电流指示： 提供直观的电压、电流指示， 方便管理和维护； ⑷分路通断状态指示： 提供直观的分路电源通断状态指示， 方便 查找故障。 通过上述条件可以分析出配电箱的基本原理如图 １ 所示。
５．采用隐藏式， 使安装简便、美观。科
负 载 连 接 的 条 件 下 ， 在 安 装 板 与 机 架 之 间 施 加 ５０Ｈｚ、３０００Ｖ 的 电 压 １ｍｉｎ， 实验结果无击穿和飞弧现象。
● 参考文献
综合绝缘电阻和绝缘强度两方面的数据， 可以得出配电箱的绝缘 ［ １］ 陈 俊 民 等 ， 中 华 人 民 共 和 国 通 信 行 业 标 准 ＹＤ／Ｔ９３９－ ２００５《传 输 设
科技信息
○科教视野○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００７ 年 第 ２１ 期
直流配电箱结构设计
高华圣 （ 中国电子科技集团公司第 ４１ 研究所 山东 青岛 ２６６５５５）
摘要： 本文主要分析了直流配电箱的功能， 介绍了总体设计， 同 时 对 导 电 性 能 、绝 缘 电 阻 、抗 电 强 度 和 其 中 主 要 零 件 结 构 设 计 等 进 行 了 分 析。
Ｌ—导线长度（ ｍ）
其中铜的导体电导率 ｒ＝５７。
根据总 体 设 计 方 案 导 线 长 度 不 大 于 ０．５ｍ， 因 此 将 Ｉ＝３００Ａ、△Ｕ＝
０．２Ｖ、Ｌ＝０．５ 代入公式：
Ｓ＝ ＩＬ ＝ ３００×０．５ ＝１３．１６
（ ３）
△Ｕｒ ０．２×５７
因此只要导体的截面积不小于 １３．１６ｍｍ２ 即可满足要求， 在 综 合
⑶绝缘强度： 带电回路两导体之间及任一导体与机壳 （ 或地） 之
间， 按照其额定绝缘电压分级， 应能承受规定的 ５０Ｈｚ 正弦试验电压
１ｍｉｎ， 不出现击穿和飞弧现象， 漏电流不大于 １０ｍＡ。
三 、配 电 箱 关 键 件 Baidu Nhomakorabea 计
作为一个机电一体化的小型配电设备的结构设计， 首先要满足其
电气功能性要求， 即中华人民共和国通信行业标准 ＹＤ／Ｔ９３９－ ２００５《传
困难， 较好的满足了客户的要求。该产品投入市场以来， 以其优越的产 品性能、良好的产品质量及较高的性价比， 得到用户好评。该产品共有 六大优点：
１．提 供 直 观 的 电 压 、电 流 指 示 及 分 路 通 断 状 态 指 示 。
聚四氟乙烯的长期工频击穿强度为 １０ 千 伏／毫 米 以 上 ， 代 入 （ ４）
考虑各方面因素的情况下选用 δ３Ｘ４５ 紫铜排加工。
经过反复计算比较， 将导电体加工成如图 ３ 所示结构。这种结构
既符合导电性能中对导电体截面积的要求， 又很好的解决了因多个零
件组合而产生间隙， 从而导致接触面的电阻增大产生过多热量的问
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科技信息
○科教视野○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００７ 年 第 ２１ 期
题。
图３ ２．绝 缘 件 设 计 分 析 绝缘件设计的主要目的是为了满足绝缘电阻及绝缘强度的要求， 在设计过程中采用了图 ４ 所示结构来达到相应的要求。这种结构中绝 缘电阻主要分析铜导体与安装板之间的绝缘情况， 绝缘强度主要分析 底面连接螺钉与安装板之间的耐压能力。
门板是整个配电箱的门面， 门板的设计是否成功， 将直接关系到 整个配电箱的使用性能。
式中： ｔ—绝缘厚度（ 毫米）
配 电 箱 的 设 计 生 产 解 决 了 通 信 基 站 、小 型 机 房 选 用 配 电 设 备 时 的
ＵＢＩＬ—电缆的基准冲击水平（ 千伏） Ｋ２—冲击电压老化系数， Ｋ２＝１．２ Ｋ３—冲击击穿电压温度系数， Ｋ３＝１．３ Ｅａｖ— 长 期 工 频 击 穿 强 度
输设备用电源分配列柜》的电气性能要求， 在此基础上满足使用性、经
济 性 、安 全 可 靠 和 外 形 美 观 要 求 。电 气 设 计 主 要 包 括 导 电 性 能 设 计 、绝
缘性能设计、抗电强度设计， 相关零件包括导电体、绝缘件等。
１．接 入 导 电 体 设 计 分 析
接入导电体设计是配电箱设计的关键部分， 其主要目的是为了满