开关柜性能结构特点分析

开关柜性能结构特点分析

成剑

江苏大全长江电器股份有限公司  江苏 扬中 212200

摘要:开关柜是电力工业系统整体的重要组成部分,它对现代工程建设和电网建设起着至关重要的影响。本文在对开关柜有了总体认识的基础上,接着对开关柜性能结构进行了剖析,并对开关柜进行了特征分析,归纳探讨了开关柜存在的缺陷及解决措施。

关键词:开关柜；性能构造；性能

前言：

开关柜作为家庭常见的配电设备而被广泛应用于各类配电系统。在电气生产工作现场、公共场所中和农村居民住宅工程中都被十分广泛有效地应用,可以说凡需要有各种电气设备供应使用电能的场所就一定应该配备有开关柜。它能完成整个配电系统电能的再分配并可以对整个电网进行智能化控制、计量、保护与变换功能。如何研究提高开关柜性能也就成了开关柜不断发展和变化的必然趋势。为了适应工程建设的需要,开关柜不仅要符合设备的安全使用性能和检修性能,还必须符合柜体自身的要求(例如坚固可靠和美观性及对特殊情况下的使用进行调整)。社会的进步和需要形成了多种形式的柜体,选择不同的元件及不同电压等级,不同用途的开关柜,致使开关柜种类不一。

一、开关柜性能

运作开关柜时,从外线先入柜内的主控开关后再向后接入分控开关, 各个分路根据各自需求设定。例如各种热工仪表、自控电器设备和各类交流电动机磁力开关设备以及其他设备各种大小型的交流电机械接触器,有些设备中还有如各种高压室断路器和其它各种小型低压室开关柜设备以及其它一些高压母线设备(例如发电厂)设备等等,有些大型电气设备中还有各种低周期的减载保护措施以保护主机安全。因此开关柜性能的优劣直接关系着设备能否正常工作,在进行产品设计和生产时,要考虑其性能特点。

1.1动热稳定性能

柜体的动稳定性能首先成为生产商思考的对象。当大电流发生时,发生短路故障时,柜体要有承受短路电流的能力, 这就需要柜体结构强度较高,做为柜体设计者首先要考虑主母线固定方式和位置摆放。注意铜排搭接处,搭接处紧固螺栓受压情况,所测导体材料导电率符合要求情况下,接触面积不宜过小,以免接触电阻过大受热导致温度过高。同时在柜体顶部上均应单独设计安装有一个散热通风槽孔,柜体内各种电器元件等受热时,可以顺利从这些散热排风槽孔空隙中产生对流和流出,从而能使得相对封闭的金属柜体内构成了自然通风道以真正实现对流散热。

1.2绝缘性能

开关柜间绝缘的配合法就是指根据开关设备所需处的工作环境条件、装设地点在供电设备系统附近的安装地点、绝缘材料性能要求来计算确定绝缘最小的电气间隙值及最大爬电线距离。好的电气绝缘组合是为了确保所有电气设备安全及电力线路设备安全的运行、预防避免人身或触电灾害事故所发生利用的一个最经济、可靠、安全的方法。柜内的主母线的绝缘材料应注意采取具有高于标准性能限值的最大爬电线距离限值及电气间隙、使用CTI值范围较大的绝缘件。

1.3保护故障电弧能力

电弧等离子体是指一种电弧气体放电过程中游离的物质在放电终了后留下的等离子体物理现象和气体形成电弧等离子体时产生的一种电离形式。电弧具有电弧燃烧的温度范围系数极高、电流峰值衰减幅度极高小、持续电弧高温时间短等诸多特性,在击穿点发生时频率高。电弧系统的火焰放电或冷却电弧过程中产生出了大量的电弧热量,可瞬时通过点燃电弧火源和周围堆放的其他易燃易爆品等物体而引起瞬间或局部短路火灾事故乃至直接发生大爆炸。线路设备电弧中形成的故障电弧也按可以大体的分为以下这二两类,一类主要是线路设备在正常线路供电或运行中的电弧, 称为"好弧";而另一类都是为短路故障电弧，称为"坏弧"。故障电弧多指借由电线护套层和绝缘其他电气材料的绝缘空气电阻层的绝缘长期的老化,破损等而引起因的。电线护套破损、空气介质过于污秽潮湿等所导致局部电阻被击穿或使部分电气连接松脱。

1.4抗腐蚀性能

一般板材经酸洗、磷化等前期工艺处理,然后进行喷涂、烘烤或者电镀等各个工序来实现抗腐蚀性能，同时有些特殊需求的柜体使用敷铝锌钢板来确保柜体强度和耐用度。

1.5温升

柜体内的温升和变化情况又同样的是用来综合考察一个柜体结构的整体设计以及工作情况的重要指标。柜体内温度的温升控制范围与控制温度外壳的安装形式、外壳尺寸、有无通风槽、通风槽尺寸等参数相关。

二、开关柜的结构特征

2.1就结构形式而言,有固定式与抽出式

固定式:可有效满足对各种重要电器元件安装在固定柜体内所设定的位置上长期可靠的安装固定。技术参数柜体的常规形状应该是立方体型的,比如屏式的和箱式的,还有三棱台体型的,比如台式的,但是比较少见[1]。

抽出式:该结构包括一个固定柜体,一个可活动抽屉,里面安装有开关及其他主要电器元件。安装在柜体内的抽屉在电气和机械性能上都要能够满足要求,在出现故障检修、更换上更容易,在移入时定位更可靠,还能够满足开关柜五防联锁的性能要求,并且相同型号和规格的抽屉之间还可以相互替换,所以就该柜体来说,它在机械强度和精度上都有相对更高的要求。

2.2紧固件按螺纹加工结构形式有螺钉焊接式,通过紧固件拼装、焊接固定和螺丝紧固式混合使用

焊接式加工就是指利用各种传统机械焊接制造工艺方法将彼此互相没有联系作用的各种零部件材料通过机械焊接等方式直接进行加工焊接使其更为牢固,加工起来更加灵活便捷,必须保证焊接牢固和可靠。但是在使用该焊接加工的方式条件下焊接误差系数较大,焊接成形后固件间易发生形变,不便于手工进行调节,美观性显得不足,且对模具后期的修整工作不便,大型模具柜体表面喷涂加工难度系数较大,对于模具焊接生产工艺技术和设备加工维护人员均提出了一个更高要求的技术需求。

2.3构件分为型材和板材

型材钢一般包括各种角钢槽钢,还包括各种特型钢管和其它各种特型槽钢等。角钢槽钢等各部分金属组件之间通常更多可同时采用螺纹和焊接法兰等多种形式联接来保证联接效果,在钢管实际进行加工及制作零件时螺纹连接部位端头须保证严格吻合且紧密一致且其焊接部位间隙尺寸尽可能较小,否则将可能会大大影响其焊缝尺寸，并因此增加了其变形和模量,特型钢管加工中的各部位钢组件之间的各金属的联接部位间既可以使用螺栓或焊接螺纹的紧固形式连接而同时也可以通过焊接其它的紧固件方式来联接,通常要求焊接螺纹联接件时，其焊接部位一般均还应首先考虑金属或特制金属材料之间的联接件等相衔接配套使用,联接件应牢固无误,否则会影响柜体外观。选择特殊型钢管时,将孔口钢管均匀地间隔(模数)开，使其均匀地遍布于各统一面,配上各统一面通用的联结件并分别按照各自统一面模数结合连接成一个柜体,既要方便整个柜体造型设计又需方便备制构件施工及各项生产工艺准备的工作,但因为其孔口的加工量较大,用量相对小,同时内部空间的利用能力也因此受到一定制约。

3、开关柜存在的缺陷及改进

3.1空气绝缘间隙不充分

长期以来,一些制造开关柜厂家在开关柜制造工艺方面偷工减料。使得某些运行中配电设备柜内带电体间绝缘间隙大多约为120mm(例如高压开关设备等),此种状况极易引发电力事故,带来一定经济损失[2]。

3.2设备运行环境差

有些开关设备工作环境恶劣,易受灰尘、烟雾和水蒸气等侵入,对某些导电介质有吸附作用,使开关柜易受不同程度的腐蚀而出现绝缘部件的破损。再则,设备在运行期间,缺少对其进行检验、保养,致使无法及时发现并采取一些措施来修复开关柜绝缘缺陷等问题,最终引发开关柜绝缘事故。

4、结语

总之,随着社会科技不断快速的发展,人们往往对于工业产品性能、结构材料以及工艺质量性能等技术方面的要求会越来越高,为了生产的产品能够逐步与这个世界技术接轨,就必须需要产品在完全满足现有国家技术以及国家行业标准需求的情况下,关注产品结构设计,确保产品基本质量。关注产品细节,考究产品技术，在保证提高制造效率与使用效益，降低成本，增强产品电气综合使用性能等技术前提条件下,才会有极大可能提升我国成套控制开关行业的良性发展,创造出一个真正意义上的精品来,从而增强产品品牌实力。

参考文献：

[1] 乔俊力. 智能化开关柜的基本组成与基本功能研究 [J]. 电子世界，2016(09).

[2]莫斌涛.广州地铁 4 号线东芝开关柜使用经验和改进建议[J].机车电传动，2018(04).