低圧スイッチギアのキャビネット構造とプロセス特性

I. 序章

キャビネットの構造は低圧スイッチギアの基本的な基盤を形成し、キャビネット製造技術はすべての基礎となる基礎です。構造的なエンクロージャーとして、キャビネットはさまざまな電気ユニット（標準化されたタイプ、モジュール組み合わせ、機能配分など）の機能統合要件を満たすだけでなく、固有のキャビネット要件（堅牢性、信頼性、整った外観、調整の容易さなど）も満たす必要があります。異なる生産者間でのキャビネット構造要件と製造能力の違いにより、製造プロセスは厳格に標準化することはできません。しかし、キャビネット生産において広く適用可能で重要な技術的特性が存在します。これらの主要な特徴は、以下にキャビネット構造選択と組み合わせて簡単に紹介します。

II. キャビネットの構造と技術的特性

キャビネットの構造とその製造プロセスは、一般的に構造形式、接続方法、および材料選択によって区別できます。

1. 構造形式による分類

(1) 固定型：

この設計では、各電気部品がキャビネット内の指定された位置に確実に固定されます。キャビネットの形状は通常直方体（例：パネル型またはボックス型）ですが、台形（例：コンソール型）も使用されます。このようなキャビネットは単独でも並べることも可能です。

寸法と幾何学的精度を確保するため、部品は通常段階的に組み立てられます。典型的には、2つの側面パネルまたは左右のセクションをまず形成し、それから完全なキャビネットに組み立てるか、外部寸法要件を満たした後、内部部品を順次接続します。キャビネットのエッジを形成する部品の長さは正確でなければならず（許容誤差は負の値として考慮）、全体的な幾何学的寸法と外観を確保します。2つの側面パネルは中央で膨らむことがないようにして、配置時の適切な揃えを可能にします。

設置の観点からは、底面にはたるみがあってはなりません。揃えと設置時には水平な基礎が不可欠ですが、基礎の平坦性とキャビネット自体には固有の許容誤差があります。揃え時に横方向の偏差を最小限に抑える必要があり、累積するとキャビネットの変形、母線接続への影響、部品設置のずれ、応力集中、さらには電気設備の寿命短縮につながります。そのため、揃え時には最も高い基礎点を基準にして、その後のユニットを徐々にレベル合わせし延長します。基礎の平坦性が理想的で予測可能である場合、中心から外に向かって拡張することで累積誤差を均等に分散させることも可能です。

調整を容易にし、許容誤差の累積を補うために、キャビネットの幅の許容誤差は通常負の値として規定されます。すべてのキャビネット部品を組み立てた後、寸法と幾何学的要件を満たすために成形が必要になることがあります。標準化または大量生産のキャビネットの場合、構造の一貫性を確保するために適切なジグや治具を十分に考慮する必要があります。治具の基準面は理想的にはキャビネットの底面であり、治具内の位置決めブロックはアクセスと操作が容易なように配置されるべきです。輸送や設置中に変形しやすい外部ドアなどの部品は、最終設置時に一様に調整されます。

(2) 引き出し型：

引き出し型スイッチギアは、固定されたキャビネット本体と回路遮断機などの主な電気部品を含む取り外し可能なユニットで構成されています。取り外し可能なユニットは、挿入と取り外し時に取り扱いが容易で、設置時に確実に位置付けられ、同じタイプと仕様の他のユニットと互換性がある必要があります。引き出し型スイッチギアのキャビネット部分は固定キャビネットと同様に製造されますが、互換性の要件により、キャビネットはより高い精度を持ち、関連する構造部品は十分な調整を可能にする必要があります。

引き出し型低圧スイッチギアの製造特性は以下の通りです：(1) 固定部と可動部は共通の基準データを持つ；(2) 専用の標準工具を使用して関連部品を最適な位置に調整する（標準キャビネットフレームと標準引き出しを含む）；(3) 重要な寸法は許容誤差を超えてはならない；(4) 同じタイプと仕様の引き出しの互換性は信頼性が高い。

2. 接続方法による分類

(1) 組み立て溶接構造：

利点は加工が容易で、強度が高く、信頼性が高いことです。欠点は許容誤差が大きく、変形しやすく、調整が難しく、見た目が良くないことです。また、溶接後のプレート処理ができません。さらに、溶接治具には特定の要件があります：

• 高い剛性で、ワークピースの変形に影響されにくい;

• 溶接収縮を補償するために、公称ワークピース寸法よりも少し大きい;

• フラットでシンプルで操作が容易で、回転機構を最小限に抑えて損傷を防ぐ;

• 支持材は慎重に選択し、溶接腐食を防ぎ、検査と調整が容易に行えるようにし、必要に応じて防錆パッドを追加する。

溶接変形は、溶接ゾーンでの分子の熱膨張により発生し、冷却時に微視的な移動が残存応力を生じます。変形を軽減するためには、成形プロセスを考慮する必要があります。一般的な方法は以下の通りです：

• テストを通じて変形範囲を予測し、溶接前にワークピースを反対方向に事前変形させる;

• 溶接後に過調整を修正する;

• 相対的に収縮した領域をハンマーで叩いたりプレスしたりしてストレスをバランスさせる;

• 溶接後に相対的に膨らんだ領域を加熱して均一な収縮を達成する;

• 必要に応じて全体熱処理を行う。

また、溶接ポイントの選択、溶接シームの向き、溶接順序、スポット溶接の位置づけは、溶接後の変形に影響を与えます。適切な処理により変形を減少させることができます。

(2) ファスナー接続：

利点は、プレート処理済み部品に適しており、調整と仕上げが容易で、部品設計が標準化され、生産前の在庫が可能で、フレームの寸法許容誤差が小さいことです。欠点は溶接に比べて強度が低く、部品の精度要件が高く、製造コストが相対的に高くなることです。ファスナーは通常標準部品で、一般的なねじ、ナット、リベット、ブラインドリベット、調整可能なクランプナット、プリテンション付きプルナット、自己ねじ切りねじなどが含まれます。特殊用途のファスナー（多くの輸入低圧キャビネットで使用されるものなど）もあります。

技術的特性：成形には治具を使用し、位置決めには工具を使用します。必要に応じて圧力洗浄器を使用します。リベット接続は通常穴あけが必要で、プレート処理済み部品のメッキを保護する必要があります。精密CNCセンターや専用機械で加工された部品の場合、接続孔径がファスナー径に対して僅かなクリアランスを維持している限り、治具なしでワンステップで組み立てることができます。ガイドと位置決め部品の固定には、専用測定工具で最初に位置を設定し、その後標準工具で検査します。

(3) ハイブリッド接続（溶接とファスニング）：

この方法は上記の両方の方法の利点を組み合わせています。キャビネットの接続点では溶接を使用し、変更や調整が必要な部分ではファスナーを使用します。大型キャビネットは溶接後にメッキするのが難しいため、表面は塗装することが多いです。プレート処理済み材料で作られた屋外キャビネットで溶接が必要な場合は、溶接部位を熱金属スプレーで処理することができます。

3. 部品材料による分類

(1) 断面材料：

これらには角鋼、チャンネル鋼、特殊形状鋼管、特殊チャンネル鋼が含まれます。角鋼やチャンネル鋼で作られた部品は通常溶接で結合されます。加工時には接続端が密着し、隙間が極小である必要があります。そうでないと、溶接品質と変形に影響します。

特殊形状鋼管は溶接またはファスナーで接続することができます。接続部品には通常、強くて精密な専用フィッティングが必要です。そうでないと、キャビネットの外観が損なわれます。均一な特殊形状鋼管と均一に配置された（モジュラー）穴と標準コネクターを使用することで、モジュラーキャビネットの組み立てが可能になり、設計、部品準備、生産計画が簡素化されます。ただし、この方法では多くの穴が必要となり、大部分が未使用のままで、空間的な柔軟性が制限されます。

製造特性：部品とコネクターの汎用性と精度を確保します。基本的なキャビネット構造は通常、パネルで補強されます。特殊形状鋼管以外にも、Cチャネルやリブ付き長方形鋼管が使用されます。Cチャネルはメッキに適していますが、リブ付き長方形鋼管はピーリング後に残留酸によってメッキ後に錆びることがあるため、選択には注意が必要です。

(2) 板金部品（Cチャネルとリブ付き長方形鋼管を除く）

これらは要求に完全に応じて形成でき、既成のプロファイルからの制約はありません。この構造設計は高いエンジニアリング労力を必要としますが、一度標準化されるとバリエーションは最小限になります。主な構造部品は通常溶接され、変更や調整が必要な部分ではファスナーを使用します（例：低圧制御箱とコンソール）。

板金構造は主に溶接で一体的に形成されるため、溶接による収縮や膨らみに対処する必要があります。溶接ポイントは均等に配置し、溶接シームは滑らかで、溶接後の成形を行い、エッジは直線で、両側の中間部は前面と背面のエッジを超えて突出してはなりません。内部パーティションがある場合は、両側が適切に成形された後に溶接します。

コンソール型制御キャビネットは板金部品に最適です。複数のユニットを並べる場合は、テーブルトップの揃えと位置決めは全行が配置された後にのみ行います。

III. 結論

上述のように、キャビネット構造の選択はスイッチギアの機能要件だけでなく、製造プロセスの制約によっても決定されなければなりません。製造技術の水準は直接キャビネットの構造設計と材料選択に影響します。