試論高壓開關(guān)柜的電氣設(shè)計(jì)
2023-06-11 1047
前言
高壓開關(guān)是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電.輸電.配電.電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷.控制或保護(hù)等作用，電壓等級在3.6kV～550kV的電器產(chǎn)品，主要包括高壓斷路器.高壓隔離開關(guān)與接地開關(guān).高壓負(fù)荷開關(guān).高壓自動(dòng)重合與分段器，高壓操作機(jī)構(gòu).高壓防爆配電裝置和高壓開關(guān)柜等幾大類。高壓開關(guān)制造業(yè)是輸變電設(shè)備制造業(yè)的重要組成部分，在整個(gè)電力工業(yè)中占有非常重要的地位。下文主要對高壓開關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行探討，以供大家技術(shù)交流。
1.電氣開關(guān)柜設(shè)計(jì)基本思路
電氣控制柜設(shè)計(jì)的基本思路是一種邏輯思維，只要符合邏輯控制規(guī)律.能保證電氣安全及滿足生產(chǎn)工藝的要求，就可以說是一種好的設(shè)計(jì)。但為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求，必須進(jìn)行合理的電氣控制工藝設(shè)計(jì)。
2.電氣控制柜設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
電氣控制柜總體配置設(shè)計(jì)是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖形式來表達(dá)的，圖中應(yīng)以示意形式反映出各部分主要組件的位置及各部分接線關(guān)系.走線方式及使用的行線槽.管線等。
電氣控制柜總裝配圖.接線圖(根據(jù)需要可以分開，也可并在一起)是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成為一個(gè)完整系統(tǒng)的依據(jù)。總體設(shè)計(jì)要使整個(gè)電氣控制系統(tǒng)集中.緊湊，同時(shí)在空間允許條件下，把發(fā)熱元件，噪聲振動(dòng)大的電氣部件，盡量放在離其它元件較遠(yuǎn)的地方或隔離起來;對于多工位的大型設(shè)備，還應(yīng)考慮兩地操作的方便性;控制柜的總電源開關(guān).緊急停止控制開關(guān)應(yīng)安放在方便而明顯的位置。總體配置設(shè)計(jì)得合理與否關(guān)系到電氣控制系統(tǒng)的制造.裝配質(zhì)量，更將影響到電氣控制系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)及其工作的可靠性，操作.調(diào)試.維護(hù)等工作的方便及質(zhì)量。
2.1 電氣控制柜組件的劃分
由于各種電器元件安裝位置不同，在構(gòu)成一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)時(shí)，就必須劃分組件。劃分組件的原則是：
(1)把功能類似的元件組合在一起。
(2)盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，同時(shí)把接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中。
(3)讓強(qiáng)弱電控制器分離，以減少干擾。
(4)為力求整齊美觀，可把外形尺寸.重量相近的電器組合在一起。
(5)為了電氣控制系統(tǒng)便于檢查與調(diào)試，把需經(jīng)常調(diào)節(jié).維護(hù)和易損元件組合在一起。
2.2在劃分電氣控制柜組件的同時(shí)要解決組件之間.電氣箱之間以及電氣箱與被控制裝置之間的連線方式，電氣控制柜各部分及組件之間的接線方式一般應(yīng)遵循以下原則：
(1)開關(guān)電器.控制板的進(jìn)出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接，這可按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端頭或接線鼻子。
(2)電氣柜.控制柜.柜(臺)之間以及它們與被控制設(shè)備之間，采用接線端子排或工業(yè)聯(lián)接器連接。
(3)弱電控制組件.印制電路板組件之間應(yīng)采用各種類型的標(biāo)準(zhǔn)接插件連接。
(4)電氣柜.控制柜.柜(臺)內(nèi)的元件之間的連接，可以借用元件本身的接線端子直接連接，過渡連接線應(yīng)采用端子排過渡連接，端頭應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接線端子處理。
2.3關(guān)于防護(hù)等級的要求。
高壓開關(guān)柜屬于高壓帶電設(shè)備，為了防止人體接近高壓開關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開關(guān)柜時(shí)，我們必須考慮柜體防護(hù)等級的要求。當(dāng)然開關(guān)柜設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以追求更高的防護(hù)等級，但存在的問題是隨著防護(hù)等級的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所以不能一味追求高的防護(hù)等級，一般以IP3X和IP4X為宜
2.4注意絕緣距離。
我們在設(shè)計(jì)開關(guān)柜時(shí)必須滿足一下絕緣距離的要求：如單純以空氣作為絕緣介質(zhì)且海拔高度在1000m時(shí)，對于10kV相對地，及相與相之間滿足大于等于125mm,35kV相對地，及相與相之間滿足大于等于300mm，但若海拔高度超過1000m時(shí)，應(yīng)按GB3906的要求對絕緣距離給予修正。但有時(shí)受配電室地方的限制，我們所制作開關(guān)柜的外形尺寸往往不能滿足絕緣距離的要求，所以可以采取以下幾種方法來解決絕緣問題：
第一，在金屬封閉高壓開關(guān)柜中，采用非金屬的絕緣隔板，以此來加強(qiáng)相間或相對地絕緣，達(dá)到縮小對絕緣距離的要求。但必須注意10kV時(shí)帶電裸導(dǎo)體與該絕緣板間應(yīng)保持不小于30mm，在40.5kV時(shí)帶電裸導(dǎo)體與該絕緣板間應(yīng)保持不小于60mm。該方法的缺點(diǎn)是絕緣隔板受使用環(huán)境影響很大，存在絕緣老化的問題。
第二，使用熱縮套管把高壓帶電導(dǎo)體整個(gè)熱縮起來，實(shí)踐中10kV要確保絕緣距離不小于100mm,35kV要確保絕緣距離不小于200mm。缺點(diǎn)是熱縮套管同樣存在絕緣老化的問題，隨時(shí)間推移絕緣強(qiáng)度會降低。
綜上所述，在設(shè)計(jì)許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣來滿足絕緣的要求。
2.5 設(shè)計(jì)時(shí)要注意爬電距離。
電力系統(tǒng)是供電部門的核心系統(tǒng)，不能有絲毫的馬虎，用戶往往追求高可靠性，在爬電距離方面對我們制造廠家提出了十分嚴(yán)格的要求，實(shí)踐中我們要符合以下條件：高壓開關(guān)柜中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機(jī)絕緣件)的外絕緣爬電比距 (高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比) 在Ⅱ級污穢對于純瓷絕緣為18mm/kV，對于有機(jī)絕緣為20mm/kV。為了滿足以上要求我們所采取的措施是，要求配套廠家增大增加絕緣子的傘群，另外在開關(guān)柜使用環(huán)境較潮濕的場所，為了防止發(fā)生凝露，在開關(guān)柜中的電纜室，斷路器室加入帶溫控裝置的加熱器。
2.6 五防聯(lián)鎖功能，確保安全。
開關(guān)柜能否可靠安全的運(yùn)行，五防聯(lián)鎖是十分重要的，國家標(biāo)準(zhǔn)對開關(guān)柜的五防聯(lián)鎖有明確的要求，所以我們在設(shè)計(jì)制造開關(guān)柜時(shí)必須遵守以下原則：高壓開關(guān)柜應(yīng)具備防止誤拉合斷路器，防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)，防止帶地刀閘(或接地線)送電，防止帶電合接地刀閘(或掛接地線)，防止誤入帶電間隔等五種防誤措施。為了實(shí)現(xiàn)五防功能，各個(gè)廠家各種型號的開關(guān)柜，如GG—1A.XGN2.JYN.KYN柜機(jī)械聯(lián)鎖制作各有特色，且功能齊全，其目的都是為了防止現(xiàn)場工作人員的誤操作。
2.7 注意溫升。
電力系統(tǒng)開關(guān)柜中，各電器元件在正常工作時(shí)均有不同程度的發(fā)熱，所以國標(biāo)GB3906中，對于開關(guān)柜各組件的溫升做出了明確的要求，即柜內(nèi)各組件的溫升不得超過該組件相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對于可觸及的外殼和蓋板的溫升不得超過20K。主回路的溫升在額定電流和頻率下應(yīng)遵守GB763《交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱》的規(guī)定。
為了達(dá)到溫升的限制條件必須做好以下幾點(diǎn)：制造上加強(qiáng)開關(guān)柜制造工藝(如母線搭接面上鍍銀，燙錫);設(shè)計(jì)上避免渦流現(xiàn)象的發(fā)生或采用不導(dǎo)磁材料;大電流增加風(fēng)冷裝置。
2.8 高壓開關(guān)柜的接地設(shè)計(jì)。
開關(guān)柜中各電器元件均為帶電體，為了保證檢修時(shí)人身的安全，所以各電器元件必須安全可靠接地。在設(shè)計(jì)制造開關(guān)柜時(shí)必須做到以下幾點(diǎn)：沿所有開關(guān)柜的寬度方向設(shè)有專用貫通的接地母線，該接地母線應(yīng)與接地網(wǎng)相連;開關(guān)柜中各電器元件的接地必須與專用接地母線相連。
3.結(jié)束語
隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，開關(guān)柜市場的競爭越來越激烈，用戶對產(chǎn)品的要求也越來越高。高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)應(yīng)更趨向于市場化.人性化.合理化。作為設(shè)計(jì)人員需要不斷學(xué)習(xí)國家標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國外大公司先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì).更安全的產(chǎn)品。
