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试论高压开关柜的电气设计
发布时间:2014-9-5    浏览次数:108

前言

高压开关是指用于电力系统发电.输电.配电.电能转换和消耗中起通断.控制或保护等作用,电压等级在3.6kV~550kV的电器产品,主要包括高压断路器.高压隔离开关与接地开关.高压负荷开关.高压自动重合与分段器,高压操作机构.高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分,在整个电力工业中占有非常重要的地位。下文主要对高压开关柜电气设计需要注意的事项进行探讨,以供大家技术交流。

1.电气开关柜设计基本思路

电气控制柜设计的基本思路是一种逻辑思维,只要符合逻辑控制规律.能保证电气安全及满足生产工艺的要求,就可以说是一种好的设计。但为了满足电气控制设备的制造和使用要求,必须进行合理的电气控制工艺设计。

2.电气控制柜设计的注意事项

电气控制柜总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的,图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系.走线方式及使用的行线槽.管线等。

电气控制柜总装配图.接线图(根据需要可以分开,也可并在一起)是进行分部设计和协调各部分组成为一个完整系统的依据。总体设计要使整个电气控制系统集中.紧凑,同时在空间允许条件下,把发热元件,噪声振动大的电气部件,尽量放在离其它元件较远的地方或隔离起来;对于多工位的大型设备,还应考虑两地操作的方便性;控制柜的总电源开关.紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。总体配置设计得合理与否关系到电气控制系统的制造.装配质量,更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性,操作.调试.维护等工作的方便及质量。

2.1 电气控制柜组件的划分

由于各种电器元件安装位置不同,在构成一个完整的电气控制系统时,就必须划分组件。划分组件的原则是:

(1)把功能类似的元件组合在一起。

(2)尽可能减少组件之间的连线数量,同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中。

(3)让强弱电控制器分离,以减少干扰。

(4)为力求整齐美观,可把外形尺寸.重量相近的电器组合在一起。

(5)为了电气控制系统便于检查与调试,把需经常调节.维护和易损元件组合在一起。

2.2在划分电气控制柜组件的同时要解决组件之间.电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线方式,电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则:

(1)开关电器.控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接,这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子。

(2)电气柜.控制柜.柜(台)之间以及它们与被控制设备之间,采用接线端子排或工业联接器连接。

(3)弱电控制组件.印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接。

(4)电气柜.控制柜.柜(台)内的元件之间的连接,可以借用元件本身的接线端子直接连接,过渡连接线应采用端子排过渡连接,端头应采用相应规格的接线端子处理。

2.3关于防护等级的要求。

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。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IP3X和IP4X为宜

2.4注意绝缘距离。

我们在设计开关柜时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,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。
2.5 设计时要注意爬电距离。

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Ⅱ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。

2.6 五防联锁功能,确保安全。

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:高压开关柜应具备防止误拉合断路器,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),防止误入带电间隔等五种防误措施。为了实现五防功能,各个厂家各种型号的开关柜,如GG—1A.XGN2.JYN.KYN柜机械联锁制作各有特色,且功能齐全,其目的都是为了防止现场工作人员的误操作。

2.7 注意温升。

电力系统开关柜中,各电器元件在正常工作时均有不同程度的发热,所以国标GB3906中,对于开关柜各组件的温升做出了明确的要求,即柜内各组件的温升不得超过该组件相应标准的规定,对于可触及的外壳和盖板的温升不得超过20K。主回路的温升在额定电流和频率下应遵守GB763《交流高压电器在长期工作时的发热》的规定。

为了达到温升的限制条件必须做好以下几点:制造上加强开关柜制造工艺(如母线搭接面上镀银,烫锡);设计上避免涡流现象的发生或采用不导磁材料;大电流增加风冷装置。

2.8 高压开关柜的接地设计。

开关柜中各电器元件均为带电体,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,该接地母线应与接地网相连;开关柜中各电器元件的接地必须与专用接地母线相连。

3.结束语

随着我国电力事业的发展,开关柜市场的竞争越来越激烈,用户对产品的要求也越来越高。高压开关柜的设计应更趋向于市场化.人性化.合理化。作为设计人员需要不断学习国家标准,借鉴国外大公司先进经验,设计出更优质.更安全的产品。
 
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