鄭州大學(xué)-遠程教育學(xué)院電氣工程與自動化論文NEW11

1、鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育畢 業(yè) 論文題 目：論述高壓開關(guān)柜制造設(shè)計注意事項入 學(xué) 年 月 : 2015年3月 姓 名 : 學(xué) 號 : 專 業(yè) : 電氣工程 學(xué) 習(xí) 中 心 : 浙江今明 指 導(dǎo) 教 師 : 完成時間2017年3月2日目 錄摘要.3關(guān)鍵詞.31開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).4 1.1溫升試驗.4 1.1.1溫升試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù).4 1.1.2有關(guān)溫升試驗在設(shè)計中的注意點.4 1.1.3如何讓開關(guān)柜通過溫升試驗？.4 1.2燃弧試驗.5 1.3防護等級.5 1.3.1防護等級.5 1.3.2關(guān)于防護等級，作一般了解.5 1.3.3防護等級需重點關(guān)注的地方.6 1.3.4運行連續(xù)性的

2、喪失類別定義.6 1.4動熱穩(wěn)定.6 1.5運行環(huán)境.7 1.5.1溫度.7 1.5.2濕度.7 1.5.3海拔.7 1.5.4地震烈度.7 1.5.5污穢等級.72開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化.8 2.1關(guān)于柜體的結(jié)構(gòu).8 2.2絕緣距離.8 2.3五防聯(lián)鎖功能.8 2.4高壓開關(guān)柜的接地.9結(jié)語.10參考 文獻.11致謝.11評審表.12摘 要開關(guān)柜是一種電設(shè)備，外線先進入柜內(nèi)主控開關(guān)，然后進入分控開關(guān)，各分路按其需要設(shè)置如儀表，自控，電動機磁力開關(guān)，各種交流接觸器等，有的還設(shè)高壓室與低壓室開關(guān)柜，設(shè)有高壓母線，如發(fā)電廠等，有的還設(shè)有為保主要設(shè)備的低周減載. 開關(guān)柜具有架空進出線、電纜進出線、母線

3、聯(lián)絡(luò)等功能。關(guān)鍵詞 高壓開關(guān)柜；防護；設(shè)計；標(biāo)準(zhǔn)；接地；防護； 開關(guān)柜是一種電設(shè)備，外線先進入柜內(nèi)主控開關(guān)，然后進入分控開關(guān)，各分路按其需要設(shè)置如儀表，自控，電動機磁力開關(guān)，各種交流接觸器等，有的還設(shè)高壓室與低壓室開關(guān)柜，設(shè)有高壓母線，如發(fā)電廠等，有的還設(shè)有為保主要設(shè)備的低周減載. 開關(guān)柜具有架空進出線、電纜進出線、母線聯(lián)絡(luò)等功能。1 開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)： IEC 62271-200：2003額定電壓1kV及以上至52kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 GB3906-2006 3.6 kV40.5 kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 DL/T 4042007 3.6kV-40.5

4、kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的主要質(zhì)量關(guān)注點： 1.1溫升試驗 1.1.1溫升試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù): 1.1.2有關(guān)溫升試驗在設(shè)計中的注意點： 試驗應(yīng)該在最苛刻條件的元件和布置方案上進行。 應(yīng)該在規(guī)定的相數(shù)下，通以1.1倍額定電流。 應(yīng)該模擬現(xiàn)場正常的運行條件。 以外殼周圍的空氣溫度作為基準(zhǔn)進行折算(外殼溫升30K，南網(wǎng)20K）。 1.1.3如何讓開關(guān)柜通過溫升試驗？ 銅排載流量的核算。核算時不僅要核算額定電流，還要注意短時耐受電流的影響；銅排螺栓的選型要注意滿足GBJ149的要求。 電磁感應(yīng)、渦流現(xiàn)象的防止。當(dāng)額定電流小于1250A時，一般采用固定板開缺口的方式；當(dāng)額定電

5、流達到1600A以上時，就必須使用鎂鋁合金或不不銹鋼等非導(dǎo)磁材料。 加快散熱（如表面涂黑、中隔離板開孔、頂板加孔等） 額定電流超過3150A，則柜體必須加強制風(fēng)冷（重點要注意動靜觸頭盒、手車真空泡） 1.2燃弧試驗 可以采取其它措施對運行人員在內(nèi)部電弧情況下提供盡可能安全的保護，這些措施的目的是限制內(nèi)部故障的對外影響。例如以下措施：使用光傳感器、壓力傳感器、熱傳感器或母線差動保護快速切除故障，縮短故障時間；選用適當(dāng)?shù)娜蹟嗥髋c開關(guān)裝置組合，以限制允通電流和故障持續(xù)時間；利用快速感應(yīng)、快速合閘裝置（滅弧器）將電弧快速轉(zhuǎn)移到金屬短接回路以快速限制電?。贿b控；壓力釋放裝置；只在前門關(guān)閉時才能將可抽出部

6、件從工作位置移到其它位置或由其它位置移到工作位置。 1.3防護等級 1.3.1防護等級 1）開關(guān)柜外殼的防護等級為IP4X，其含義為門關(guān)上時能防止直徑大于1毫米的灰塵等物進入開關(guān)柜內(nèi)部。（與我們工作相關(guān)的主要將門的嵌條敲好、上散熱窗時將鐵絲網(wǎng)壓好） 2）當(dāng)開關(guān)門打開時，防護等級為IP2X，其含義是防止直徑大于12.5毫米，長度超過80毫米的物體進入開關(guān)內(nèi)部（在我們?nèi)粘９ぷ鲿r，就是當(dāng)柜門打開時，用手指不能伸進手車面板后面，以防發(fā)生意外）1.3.2關(guān)于防護等級，有時在技術(shù)協(xié)議中還會有以下的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，作一般了解： 1）IP3X，防直徑大于2.5毫米以上的物體 2）IP42，柜傾斜15時防止滴水進入；

7、 3）IP41，柜防止垂直滴水進入。1.3.3防護等級需重點關(guān)注的地方： 1）電纜室與前下門之間的隔板，有時為了走線，容易將開孔開大； 2）前門關(guān)門操作時，擋片與門之間的縫隙過大； 3）門上的黑色嵌條在橫、豎交接存在縫隙； 4）風(fēng)機的通道。1.3.4運行連續(xù)性的喪失類別定義：根據(jù)主回路隔室打開時其它隔室和/或功能單元是否可繼續(xù)帶電劃分的設(shè)備類別。10KV ,35KV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動部分，在設(shè)計開關(guān)柜時，我們必須考慮柜體防護等級的要求，對于10KV固定式開關(guān)柜如GG-1A-10，XGN2-10,必須滿足防護等級IP3X的要求，移開式J

8、YN和KYN系列如JYN2-10,KYN1-10,KYN11-10,KYN28-10等必須滿足防護等級IP4X的要求,對于35KV固定式開關(guān)柜如XGN17-40.5等必須滿足防護等級IP3X的要求，移開式柜如 GBC-40.5,JYN-40.5必須滿足防護等級IP3X的要求, 移開式KYN系列開關(guān)柜如KYN10-40.5,KYN61-40.5必須滿足防護等級IP4X的要求。 當(dāng)然開關(guān)柜設(shè)計時，我們可以追求更高的防護等級，但存在的問題是隨著防護等級的提高，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等級，一般以IP3X和IP4X為宜即可。 1.4動熱穩(wěn)定 含義：熱穩(wěn)定電流和動穩(wěn)定電流

9、都是反映開關(guān)的性能的重要參數(shù)。熱穩(wěn)定電流是斷路器在規(guī)定的時間內(nèi)允許通過的最大電流，它表明開關(guān)能夠承受斷路電流熱效應(yīng)的能力。動穩(wěn)定電流則是有開關(guān)機械強度決定的最大短時電流值，三相短路沖擊電流不超此值時，開關(guān)不會因電動力的作用損壞。它反映了開關(guān)的機械強度抗擊電動力的能力。當(dāng)開關(guān)的短路開斷電流超過40Ka時，要注意以下問題：1 絕緣子、觸頭盒、穿墻套必須選用高抗彎力的產(chǎn)品；2 主母線、主接地母線的選用，不僅要考慮額定電流，還要考慮峰值耐受電流；3 母排分布間距要盡量縮小，相間銅排避免使用寬度相對。 1.5運行環(huán)境 開關(guān)柜在運行過程中，主要受到以下幾個環(huán)境因素的影響：1.5.1溫度 開關(guān)柜正常的工作溫

10、度-15C- +40C，如溫度過高，則導(dǎo)體表面氧化加劇，電阻增大。溫度過低，則熱縮套管及絕緣板等絕緣件老化加速，最終導(dǎo)致放電等事故的發(fā)生。 當(dāng)環(huán)境溫度升高時，要對導(dǎo)體的載流量數(shù)據(jù)進行校正。如果30C時其系數(shù)為1，則35C時為0.94、40C時為0.87、45C時為0.79。1.5.2濕度 正常的工作為日平均相對濕度為95%以下，月平均相對濕度為95%以下。過濕的環(huán)境易在絕緣件或?qū)w的表面產(chǎn)生凝露，如果加上環(huán)境中存在灰塵，就會在絕緣件相間或相對地之間產(chǎn)生放電。中國有許多地區(qū)的濕度較高，溫度波動速度快且幅度較大，開關(guān)柜在這種氣候環(huán)境下運行，就有凝露的危險，因此開關(guān)柜在備用和運行狀態(tài)下，用戶應(yīng)保證加

11、熱器全天候投入！但負荷電流1250A以上的開關(guān)柜在運行狀態(tài)下，加熱器可不投入。1.5.3海拔 高海拔地區(qū)空氣稀薄,隨著海拔高度增加,大氣的壓力下降,從而其相對密度也下降,電介質(zhì)所受束縛力減小，游離的機會增大，空氣的絕緣能力下降，導(dǎo)致電氣設(shè)備外絕緣的放電電壓下降，需要采用加強絕緣絕緣型配置，加大空氣絕緣距離。高海拔條件的絕緣修正系數(shù)Ka=1/(1.1-H/10000)，如：H=1200米，Ka=1.02。1.5.4地震烈度 不超過8度。真正的抗震柜通常底盤固定在一個焊接的槽鋼架上，柜子框架上要多加很多的加強件。在實際工作中，我們還要關(guān)心儀表室的防震。通常通過在儀表室網(wǎng)格板上增加防震橡膠圈來實現(xiàn)。

12、1.5.5污穢等級：與之關(guān)系最密切就是爬電距離的概念 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) 在級污穢對于純瓷絕緣為18mm/kV，對于有機絕緣為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開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化 2.1

13、關(guān)于柜體的結(jié)構(gòu) 所有開關(guān)柜的殼體必須是金屬外殼，并具有一定的機械強度，柜體內(nèi)的斷路器室，母線室，電纜室的上方均設(shè)有壓力釋放通道，二次線的敷設(shè)美觀并便于檢查。開關(guān)柜內(nèi)所有一次電器元件的安裝梁必須是金屬的且應(yīng)可靠接地。 2.2絕緣距離由于10Kv ,35KV開關(guān)柜用于對三相交流電進行分配，因此相間及相對地之間必須保證一定的絕緣距離，否則會引起短路，對整個電力系統(tǒng)造成危害。故我們在設(shè)計開關(guān)柜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，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

14、時，應(yīng)按GB3906的要求對絕緣距離給予修正。但有時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，以此來加強相間或相對地絕緣，達到縮小對絕緣距離的要求。但必須注意10kv時帶電裸導(dǎo)體與該絕緣板間應(yīng)保持不小于30mm，在40.5kv時帶電裸導(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)體整個熱縮起來，實踐中10KV要確保絕緣距離不小于100mm,35kV要確保絕緣距離不小于200mm。缺點是

15、熱縮套管同樣存在絕緣老化的問題。隨時間推移絕緣強度會降低。 綜上所述，在設(shè)計許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣來滿足絕緣的要求。 2.3五防聯(lián)鎖功能。開關(guān)柜能否可靠安全的運行，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)計制造開關(guān)柜時必須遵守以下原則：高壓開關(guān)柜因具備防止誤拉合斷路器，防止帶負荷分合隔離開關(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），防止誤入帶點間隔等五種防誤措施。比如: 高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器小車在試驗位置合閘后，小車斷路器無法進入工作位置（防止帶負荷合閘） 高壓開關(guān)柜內(nèi)的接地刀在合位時，小車斷路器無法進合閘。（防止帶接地

16、線合閘） 高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在合閘工作時，盤柜后門用接地刀上的機械與柜門閉鎖。（防止帶負荷合閘） 高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在工作時合閘，合接地刀無法投入。（防止帶電掛接地線） 高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在工作合閘運行時，無法退出小車斷路器的工作位置。（防止帶負荷拉刀閘） 目前為了實現(xiàn)五防功能，各個廠家各種型號的開關(guān)柜，如GG1A、XGN2、JYN、KYN柜機械聯(lián)鎖制作各有特色，且功能齊全。其目的都為了防止現(xiàn)場工作人員的誤操作。 2.4高壓開關(guān)柜的接地：開關(guān)柜中各電器元件均.為帶電體，為了保證檢修時人身的安全，所以各電器元件必須安全可靠保護接地。在設(shè)計制造開關(guān)柜時必須做到以下幾點：沿所有開關(guān)

17、柜的寬度方向設(shè)有專用貫通的接地母線，該接地母線因與接地網(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。 保護接地就是將電氣設(shè)備在正常情況下將不帶電的金屬外殼與大地作為可靠連接由接地體和引下線兩部分組成。根據(jù)IEC的分類，圖1屬于JT系統(tǒng)，即中慪點非直接接地系統(tǒng)。 當(dāng)某一帶電相線與外殼相碰時，接地電流將通過接觸外殼的人體和電網(wǎng)與大地之間的電容構(gòu)成回路，如圖2示。使人體產(chǎn)生觸電。為了消除這種危險，根據(jù)并聯(lián)電路的分流原理，把電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬外殼與地面作可靠連接，使通過人體的電流只占全部接地電流Id的一小部分，而達到避免人體觸電的危險。顯而易見，保護接地電阻及與人體電阻Rb是并聯(lián)

18、的，則流經(jīng)人體的電流與流經(jīng)接地裝置的電流比為： Id、Rd沿接地體流過的電流及其電阻； Ib、Rb沿人體流過的電流及其電阻。 從上式可知，只要Rd Rb；（Rb一般取1500歐）就能使渡過人體的電流Id達到安全值30mA以下。在中性點非直接接地系統(tǒng)中，由于存在線路對地電容，流經(jīng)接地裝置的電流Id，僅為接地電容電流。因而通常在1000伏以下中性點非直接接地系統(tǒng)中，不會產(chǎn)生較大的接地短路電流（在實際設(shè)計中采用10安作為計算值）故把接地電阻規(guī)定為4歐，是容易做到的。同時，也能滿足IEC對IT系統(tǒng)提出的：對于這類低壓電力網(wǎng)中的電力設(shè)備的金屬外殼必須個別地或成組地或共同地接地，并滿足：RdIdUL，UL

19、安全電壓的臨界值，對于交流為50伏（有效值），即：401040伏50伏的要求。通過上述分析可知，保護接地只適用于中性點非直接接地系統(tǒng)中；而且用電設(shè)備的安置位置必須是固定的。結(jié)語 隨著我國電力事業(yè)的 發(fā)展 ，開關(guān)柜的設(shè)計永無止境，我們需要不斷學(xué)習(xí)國家標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國外大公司先進經(jīng)驗，為我國電力事業(yè)的發(fā)展做出貢獻。 參考 文獻 1輸變電常用標(biāo)準(zhǔn)匯編.高壓開關(guān)卷M. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.2中低壓電氣設(shè)計與電氣設(shè)備成套技術(shù). 中國電力出版社,2010.3高壓開關(guān)設(shè)備典型故障案例匯編（2006-2010年）. 中國電力出版社,2012.4開關(guān)電源設(shè)計（第三版）. 電子工業(yè)出版社,2010.5電力電子技術(shù). 機械工業(yè)出版社,2011.5現(xiàn)代高壓電器技術(shù)（第二版）. 機械工業(yè)出版社,2011.6電力電子技術(shù). 機械工業(yè)出版社,2011.7高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)