中壓環(huán)網(wǎng)配電開關(guān)設(shè)備的設(shè)計與發(fā)展

鐘濱濱

摘要：本文主要針對中壓環(huán)網(wǎng)配電設(shè)備中的相關(guān)設(shè)計要求做了簡介，重點(diǎn)對絕緣機(jī)構(gòu)設(shè)計、接地開關(guān)等做了相應(yīng)論述。針對當(dāng)前城市的用電量不斷擴(kuò)大，對供電設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求，于是對未來供電設(shè)備的發(fā)展趨勢做出了推測。

關(guān)鍵詞：中壓環(huán)網(wǎng)配電設(shè)備;設(shè)計;未來發(fā)展

中壓環(huán)網(wǎng)配電設(shè)備的主要作用在于，保護(hù)供電線路的運(yùn)行安全。環(huán)網(wǎng)配電設(shè)備之中內(nèi)含負(fù)荷開關(guān)與熔斷器等裝置，可以為環(huán)網(wǎng)線路的正常運(yùn)行提供良好保障?？梢钥闯?，該設(shè)備在電力系統(tǒng)二次配件領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著十分重要的作用。該設(shè)備的購買成本與維護(hù)成本均較低，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小;同時卻具備著較高的性價比，較大的供電參數(shù)與穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。伴隨著環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)的不斷發(fā)展，該設(shè)備也逐漸被推廣應(yīng)用。

一、總體設(shè)計

環(huán)網(wǎng)配電開關(guān)的設(shè)計主要是為了滿足電力系統(tǒng)中的相關(guān)使用需求，以及符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)而制造的。該設(shè)備可以針對不同場合與不同控制對象，結(jié)合主要電器元件的自身特點(diǎn)，以此來確定功能單元的安全級別、結(jié)構(gòu)類型等。主開關(guān)大多由斷路器負(fù)荷開關(guān)組成，極個別是組合電器。在設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)首先考慮較為復(fù)雜的負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合而成的電氣回路，并以此設(shè)定總體結(jié)構(gòu)以及外形尺寸等，同時負(fù)荷開關(guān)回路與其設(shè)計相類似。根據(jù)以上內(nèi)容，可以確定大致柜型，例如負(fù)荷開關(guān)柜，多回路柜等。

在一次導(dǎo)電回路中，涉及各元件的布置與導(dǎo)體走向等方面時，應(yīng)當(dāng)充分考慮散熱能力，以及載流等問題。為了保證動熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)時，不會引發(fā)動觸頭的自動退出，應(yīng)當(dāng)使元件的布置結(jié)構(gòu)可以借助合閘時的電動力，發(fā)揮效力。在設(shè)計母線時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)通流容量推測出大致電流密度，一般選擇圓形或扁形母線。設(shè)計電連接中的動靜觸頭、固定連接和滑動觸頭時，應(yīng)當(dāng)保證其所接觸的電阻較小，接觸性良好。為了防止電化腐蝕對接觸面造成的破壞以及電阻增大等問題的出現(xiàn)，在兩種不相同的金屬導(dǎo)體進(jìn)行連接時，需采取一定的保護(hù)措施，例如在導(dǎo)體的接觸面進(jìn)行鍍銀等保護(hù)工作。

設(shè)計隔室時，應(yīng)當(dāng)保證設(shè)備與人員的安全性，便于人員進(jìn)行加工和組裝，同時有利于防止內(nèi)部故障導(dǎo)致的電弧擴(kuò)大。每個隔室都應(yīng)當(dāng)安裝壓力釋放裝置，一旦出現(xiàn)故障，該裝置可以幫助限制與釋放壓力，致使所產(chǎn)生的高壓氣體可以順著釋放通道流向柜外。并且各隔室的防護(hù)等級，應(yīng)當(dāng)保持在IP3x以上，其中的隔板可根據(jù)不同需要進(jìn)行選擇。

二、絕緣結(jié)構(gòu)

在設(shè)計開關(guān)柜時，應(yīng)當(dāng)使其保持在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的試驗(yàn)電壓之上，并且可以耐受最高工作電壓與短時過電壓。在進(jìn)行絕緣設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)首要考慮各絕緣件的工作環(huán)境，以及確定所需的材料結(jié)構(gòu)等。因?yàn)椴煌c導(dǎo)體的外型會對柜內(nèi)電場的分布產(chǎn)生直觀影響，所以，設(shè)計導(dǎo)體時應(yīng)當(dāng)使其外形保持圓滑，避免出現(xiàn)過硬的棱角。這樣才可以使柜內(nèi)電場呈現(xiàn)均勻分布。

空氣絕緣：當(dāng)前設(shè)計產(chǎn)品時主要采用以空氣為主體的復(fù)合絕緣，在進(jìn)行設(shè)計時，通常需要考慮到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電氣間隙，爬電距離等，以此來確定絕緣尺寸。由于近年來電場計算軟件水平的不斷提高，作為設(shè)計絕緣產(chǎn)品的輔助工具，有限元分析可以實(shí)現(xiàn)較為精確的設(shè)計。通過電場分析軟件的數(shù)值計算，可以得出絕緣薄弱環(huán)節(jié)，然后進(jìn)行布局調(diào)整或結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并結(jié)合使電場均勻分布、較強(qiáng)的電極耐受力，以及絕緣件的外部與內(nèi)部場強(qiáng)等因素，改變電場的分布，促使局部電場變得均勻，降低電場強(qiáng)度的最大值，并且建議通過屏蔽技術(shù)，使場強(qiáng)有所改善。

氣體絕緣：為了保證良好的密封性與低污染性，當(dāng)充氣柜處于低壓力范圍時，應(yīng)當(dāng)選用sf6、n2以及干燥的壓縮空氣或混合氣體作為主回路導(dǎo)體與密封箱體之間的絕緣介質(zhì)，此時仍需注意的主要問題在于，雖然充氣柜內(nèi)不具備高壓氣體，但仍需注意密封問題。雖然從宏觀上看，一旦柜內(nèi)氣體出現(xiàn)泄漏時，內(nèi)部壓力等同于外部壓力，此時氣體將不會繼續(xù)泄漏。但是從滲透角度思考，柜內(nèi)的絕緣氣體壓力仍然明顯高于柜外，所以，氣體仍將持續(xù)滲出?？墒且坏┕裢鈮毫Ω哂诠駜?nèi)時，空氣又將通過縫隙反向進(jìn)入柜內(nèi)。長此以往，雖然柜內(nèi)的壓力沒有發(fā)生變化，但是氣體成分已然發(fā)生改變，空氣所占比大大增加。

界面絕緣與固體絕緣：固體絕緣件的主要作用表現(xiàn)為，當(dāng)處于大氣中的固體絕緣件相互對接時，在接觸表面會形成一個分界面，此時如果存在空氣間隙，那么就可能會成為放電路徑與絕緣薄弱的環(huán)節(jié)。為了改善這一缺陷，可使用硅橡膠等彈性材料貼合在固體絕緣表面上，以此減小或除去分界面上的氣體間隙，提高界面絕緣能力。固體絕緣主要是通過用硅橡膠等絕緣材料對高壓元件中的帶電的芯部分進(jìn)行硫化或澆注，再在外部運(yùn)用噴鍍液態(tài)金屬等方法，構(gòu)建一接地層或半導(dǎo)電層，使用固體絕緣材料維持芯部高壓導(dǎo)體和半導(dǎo)體或接地金屬之間的耐受電壓，以此來提高安全系數(shù)。同時可以將高壓元件放在隔室的外面，增大元件彼此間的距離，便于使用。

三、機(jī)械傳動、鎖定和聯(lián)鎖

機(jī)械傳動的主要構(gòu)成有：隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器操動機(jī)構(gòu)及門連鎖等不同方面的運(yùn)動傳遞、鎖定和聯(lián)鎖。目前該部分可優(yōu)化的方向有：傳動機(jī)制的原理與布局、減少零件數(shù)量、降低操作力等，可以使受力分布合理、外觀簡潔、可操作性強(qiáng)、安裝便捷。為了避免工作人員出現(xiàn)操作中的失誤，開關(guān)柜都配備了一套預(yù)防出現(xiàn)失誤操作的聯(lián)鎖裝置。

四、可靠接地

按照相關(guān)規(guī)定，開關(guān)柜在設(shè)計之初都需配備必要的接地開關(guān)。進(jìn)行設(shè)備維護(hù)時，需要先將需要觸碰的主回路接地;在機(jī)殼外部低端，需要安裝適用于規(guī)定故障條件的接地導(dǎo)體與端子，進(jìn)行并柜時，使用導(dǎo)體連接彼此;使用接地回路連接接地開關(guān)與接地導(dǎo)體;相鄰柜、接地導(dǎo)體與接地開關(guān)之間進(jìn)行連接時，需可以承受規(guī)定的短時耐受電流與峰值耐受電流;為了確保功能單元內(nèi)部之間的接地連續(xù)，應(yīng)使框架、蓋板等構(gòu)件之間在電氣上保持連續(xù)。除此以外，需要保證從機(jī)殼金屬部分的任一點(diǎn)到接地導(dǎo)體，若通過30A的直流時，電壓不可超過3V。

五、未來發(fā)展規(guī)劃

隨著城市用電量的不斷增大，對供電設(shè)備的可靠性也提出了新要求，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和多回路配電柜已然成為了配電系統(tǒng)中的重要組成部分。隨著信息技術(shù)的逐步發(fā)展，集成技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)也得到了顯著提升，未來的供電設(shè)備會變得更為智能化、模塊化、體型更小、成本更為低廉。

參考文獻(xiàn)

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