郑州大学-远程教育学院电气工程与自动化论文NEW11.doc

1、1郑州大学现代远程教育毕 业 论文题 目：论述高压开关柜制造设计注意事项入 学 年 月 : 2015 年 3 月姓 名 : 学 号 : 专 业 : 电气工程学 习 中 心 : 浙江今明指 导 教 师 : 完成时间 2017 年 3 月 2 日2目 录摘要.3关键词.31开关柜结构设计的依据的相关标准.41.1温升试验.41.1.1温升试验的相关标准数据.41.1.2有关温升试验在设计中的注意点.41.1.3如何让开关柜通过温升试验？.41.2燃弧试验.51.3防护等级.51.3.1防护等级.51.3.2关于防护等级，作一般了解.51.3.3防护等级需重点关注的地方.61.3.4运行连续性的丧失

2、类别定义.61.4动热稳定.61.5运行环境.71.5.1温度.71.5.2 湿度.71.5.3 海拔.71.5.4 地震烈度.71.5.5 污秽等级.72 开关柜结构设计的优化.82.1 关于柜体的结构.82.2 绝缘距离.82.3 五防联锁功能.82.4 高压开关柜的接地.9结语.10参考 文献.11致谢.11评审表.123摘 要开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载. 开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等

3、功能。关键词高压开关柜；防护；设计；标准；接地；防护；4开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载. 开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。1 开关柜结构设计的依据的相关标准：IEC 62271-200：2003额定电压 1kV 及以上至 52kV 交流金属封闭开关设备和控制设备GB3906-2006 3.6 kV40.5 kV 交流金属封闭开关设备和控制设备DL/T 4042007 3.6kV-40.5kV

4、交流金属封闭开关设备和控制设备标准中所规定的主要质量关注点：1.1 温升试验1.1.1 温升试验的相关标准数据:1.1.2 有关温升试验在设计中的注意点：试验应该在最苛刻条件的元件和布置方案上进行。应该在规定的相数下，通以 1.1 倍额定电流。应该模拟现场正常的运行条件。以外壳周围的空气温度作为基准进行折算(外壳温升 30K，南网 20K）。51.1.3 如何让开关柜通过温升试验？铜排载流量的核算。核算时不仅要核算额定电流，还要注意短时耐受电流的影响；铜排螺栓的选型要注意满足 GBJ149 的要求。电磁感应、涡流现象的防止。当额定电流小于 1250A 时，一般采用固定板开缺口的方式；当额定电流

5、达到 1600A 以上时，就必须使用镁铝合金或不不锈钢等非导磁材料。加快散热（如表面涂黑、中隔离板开孔、顶板加孔等）额定电流超过 3150A，则柜体必须加强制风冷（重点要注意动静触头盒、手车真空泡）1.2 燃弧试验可以采取其它措施对运行人员在内部电弧情况下提供尽可能安全的保护，这些措施的目的是限制内部故障的对外影响。例如以下措施：使用光传感器、压力传感器、热传感器或母线差动保护快速切除故障，缩短故障时间；选用适当的熔断器与开关装置组合，以限制允通电流和故障持续时间；利用快速感应、快速合闸装置（灭弧器）将电弧快速转移到金属短接回路以快速限制电弧；遥控；压力释放装置；只在前门关闭时才能将可抽出部件

6、从工作位置移到其它位置或由其它位置移到工作位置。1.3 防护等级 1.3.1 防护等级 1）开关柜外壳的防护等级为 IP4X，其含义为门关上时能防止直径大于 1 毫米的灰尘等物进入开关柜内部。（与我们工作相关的主要将门的嵌条敲好、上散热窗时将铁丝网压好）2）当开关门打开时，防护等级为 IP2X，其含义是防止直径大于 12.5 毫米，长度超过80 毫米的物体进入开关内部（在我们日常工作时，就是当柜门打开时，用手指不能伸进手车面板后面，以防发生意外）1.3.2 关于防护等级，有时在技术协议中还会有以下的标准出现，作一般了解：61）IP3X，防直径大于 2.5 毫米以上的物体2）IP42，柜倾斜 1

7、5时防止滴水进入；3）IP41，柜防止垂直滴水进入。1.3.3 防护等级需重点关注的地方：1）电缆室与前下门之间的隔板，有时为了走线，容易将开孔开大；2）前门关门操作时，挡片与门之间的缝隙过大；3）门上的黑色嵌条在横、竖交接存在缝隙；4）风机的通道。1.3.4 运行连续性的丧失类别定义：根据主回路隔室打开时其它隔室和/或功能单元是否可继续带电划分的设备类别。10KV ,35KV 高压开关柜属于高压带电设备，为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜时，我们必须考虑柜体防护等级的要求，对于 10KV 固定式开关柜如 GG-1A-10，XGN2-10,必须满足防护等级 I

8、P3X 的要求，移开式 JYN 和 KYN 系列如 JYN2-10,KYN1-10,KYN11-10,KYN28-10 等必须满足防护等级 IP4X 的要求,对于 35KV固定式开关柜如 XGN17-40.5 等必须满足防护等级 IP3X 的要求，移开式柜如 GBC-40.5,JYN-40.5 必须满足防护等级 IP3X 的要求, 移开式 KYN 系列开关柜如 KYN10-40.5,KYN61-40.5 必须满足防护等级 IP4X 的要求。 当然开关柜设计时，我们可以追求更高的防护等级，但存在的问题是随着防护等级的提高，生产成本相应提高，散热条件变差，所以不能一味追求高的防护等级，一般以IP3

9、X 和 IP4X 为宜即可。1.4 动热稳定含义：热稳定电流和动稳定电流都是反映开关的性能的重要参数。热稳定电流是断路器在规定的时间内允许通过的最大电流，它表明开关能够承受断路电流热效应的能力。动稳定电流则是有开关机械强度决定的最大短时电流值，三相短路冲击电流不超此值时，开关不会因电动力的作用损坏。它反映了开关的机械强度抗击电动力的能力。7当开关的短路开断电流超过 40Ka 时，要注意以下问题：1 绝缘子、触头盒、穿墙套必须选用高抗弯力的产品；2 主母线、主接地母线的选用，不仅要考虑额定电流，还要考虑峰值耐受电流；3 母排分布间距要尽量缩小，相间铜排避免使用宽度相对。1.5 运行环境开关柜在运

10、行过程中，主要受到以下几个环境因素的影响：1.5.1 温度开关柜正常的工作温度-15C- +40C，如温度过高，则导体表面氧化加剧，电阻增大。温度过低，则热缩套管及绝缘板等绝缘件老化加速，最终导致放电等事故的发生。当环境温度升高时，要对导体的载流量数据进行校正。如果 30C 时其系数为 1，则35C 时为 0.94、40C 时为 0.87、45C 时为 0.79。1.5.2 湿度正常的工作为日平均相对湿度为 95%以下，月平均相对湿度为 95%以下。过湿的环境易在绝缘件或导体的表面产生凝露，如果加上环境中存在灰尘，就会在绝缘件相间或相对地之间产生放电。中国有许多地区的湿度较高，温度波动速度快且

11、幅度较大，开关柜在这种气候环境下运行，就有凝露的危险，因此开关柜在备用和运行状态下，用户应保证加热器全天候投入！但负荷电流 1250A 以上的开关柜在运行状态下，加热器可不投入。1.5.3 海拔高海拔地区空气稀薄,随着海拔高度增加,大气的压力下降,从而其相对密度也下降,电介质所受束缚力减小，游离的机会增大，空气的绝缘能力下降，导致电气设备外绝缘的放电电压下降，需要采用加强绝缘绝缘型配置，加大空气绝缘距离。高海拔条件的绝缘修正系数 Ka=1/(1.1-H/10000)，如：H=1200 米，Ka=1.02。1.5.4 地震烈度不超过 8 度。真正的抗震柜通常底盘固定在一个焊接的槽钢架上，柜子框架

12、上要多加很多的加强件。在实际工作中，我们还要关心仪表室的防震。通常通过在仪表室网格板上增加防震橡胶圈来实现。1.5.5 污秽等级：与之关系最密切就是爬电距离的概念爬电距离.电力系统是供电部门的核心系统，不能有丝毫的马虎，用户往往追求高可靠性，在爬电距离方面对我们制造厂家提出了十分严格的要求，实践中我们要符合以下8条件：高压开关柜中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及有机绝缘件)的外绝缘爬电比距 (高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比) 在级污秽对于纯瓷绝缘为 18mm/kV，对于有机绝缘为 20mm/kV。为了满足以上要求我们所采取的措施是，要求配套厂家增大增加绝缘子的伞群，另外在开关柜使用环境

13、较潮湿的场所，为了防止发生凝露，在开关柜中的电缆室，断路器室加入带温控装置的加热器。2开关柜结构设计的优化2.1关于柜体的结构所有开关柜的壳体必须是金属外壳，并具有一定的机械强度，柜体内的断路器室，母线室，电缆室的上方均设有压力释放通道，二次线的敷设美观并便于检查。开关柜内所有一次电器元件的安装梁必须是金属的且应可靠接地。 2.2绝缘距离由于10Kv ,35KV 开关柜用于对三相交流电进行分配，因此相间及相对地之间必须保证一定的绝缘距离，否则会引起短路，对整个电力系统造成危害。故我们在设计开关柜必须满足一下绝缘距离的要求：如单纯以空气作为绝缘介质且海拔高度在1000m 时，对于10kV 相对地

14、，及相与相之间满足大于等于125MM。35kV 相对地，及相与相之间满足大于等于300MM，但若海拔高度超过1000m 时，应按 GB3906的要求对绝缘距离给予修正。但有时受配电室地方的限制，我们所制作开关柜的外形尺寸往往不能满足绝缘距离的要求，所以可以采取以下几种方法来解决绝缘问题： 第一，在金属封闭高压开关柜中，采用非金属的绝缘隔板，以此来加强相间或相对地绝缘，达到缩小对绝缘距离的要求。但必须注意10kv 时带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30mm，在40.5kv 时带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于60mm。该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。 第二，使用热

15、缩套管把高压带电导体整个热缩起来，实践中10KV 要确保绝缘距离不小于100mm,35kV 要确保绝缘距离不小于200mm。缺点是热缩套管同样存在绝缘老化的问题。随时间推移绝缘强度会降低。 综上所述，在设计许可的情况下，尽可能地使用空气绝缘来满足绝缘的要求。 2.3五防联锁功能。开关柜能否可靠安全的运行，五防联锁是十分重要的，国家标准对开关柜的五防联锁有明确的要求，所以我们在设计制造开关柜时必须遵守以下原则：高压开关柜因具备9防止误拉合断路器，防止带负荷分合隔离开关，防止带地刀闸（或接地线）送电，防止带电合接地刀闸（或挂接地线），防止误入带点间隔等五种防误措施。比如:高压开关柜内的真空断路器小

16、车在试验位置合闸后，小车断路器无法进入工作位置（防止带负荷合闸）高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法进合闸。（防止带接地线合闸）高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时，盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁。（防止带负荷合闸）高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。（防止带电挂接地线）高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路器的工作位置。（防止带负荷拉刀闸）目前为了实现五防功能，各个厂家各种型号的开关柜，如 GG1A、XGN2、JYN、KYN柜机械联锁制作各有特色，且功能齐全。其目的都为了防止现场工作人员的误操作。2.4高压开关柜的接地：开关柜中各电器元件均

17、.为带电体，为了保证检修时人身的安全，所以各电器元件必须安全可靠保护接地。在设计制造开关柜时必须做到以下几点：沿所有开关柜的宽度方向设有专用贯通的接地母线，该接地母线因与接地网相连；开关柜中各电器元件的接地必须与专用接地母线相连。 保护接地就是将电气设备在正常情况下将不带电的金属外壳与大地作为可靠连接由接地体和引下线两部分组成。根据 IEC 的分类，图1属于 JT 系统，即中怄点非直接接地系统。当某一带电相线与外壳相碰时，接地电流将通过接触外壳的人体和电网与大地之间的电容构成回路，如图2示。使人体产生触电。为了消除这种危险，根据并联电路的分流原理，把电气设备正常情况下不带电的金属外壳与地面作可

18、靠连接，使通过人体的电流只占全部接地电流 Id 的一小部分，而达到避免人体触电的危险。显而易见，保护接地电阻及与人体电阻 Rb 是并联的，则流经人体的电流与流经接地装置的电流比为：Id、Rd 沿接地体流过的电流及其电阻；Ib、Rb 沿人体流过的电流及其电阻。从上式可知，只要 Rd Rb；（Rb 一般取1500欧）就能使渡过人体的电流 Id 达到安10全值30mA 以下。在中性点非直接接地系统中，由于存在线路对地电容，流经接地装置的电流 Id，仅为接地电容电流。因而通常在1000伏以下中性点非直接接地系统中，不会产生较大的接地短路电流（在实际设计中采用10安作为计算值）故把接地电阻规定为4欧，是容易做到的。同时，也能满足 IEC 对 IT 系统提出的：对于这类低压电力网中的电力设备的金属外壳必须个别地或成组地或共同地接地，并满足：RdIdUL，UL安全电压的临界值，对于交流为50伏（有效值），即：401040伏50伏的要求。通过上述分析可知，保护接地只适用于中性点非直接接地系统中；而且用电设备的安置位置必须是固定的。