高压开关柜结构设计分析

高压开关柜结构设计分析

张建山

江苏南瑞恒驰电气装备有限公司 江苏无锡 214000

摘  要：高压开关柜是电力系统中的重要一次设备，其结构设计直接影响着开关柜的安全、可靠运行。本文对高压开关柜的结构设计进行了分析，包括一次元件和二次元件的结构设计，以及结构设计的要点，如防护等级、安全净距和爬电距离等。

关键词：高压开关柜；结构设计；防护等级；安全净距；爬电距离

引言

    高压开关柜是成套配电装置中的主要组成部分，用来接受和分配电能，并对电路进行控制和保护。高压开关柜的结构设计是其设计中的重要环节，直接影响着开关柜的安全、可靠运行，需要做好高压开关柜结构设计工作，确保配电系统的正常运行。

1高压开关柜概述

1.1高压开关柜涵义

    高压开关柜是指用于高压电网中的开关柜，是电力系统中重要的成套配电装置，用来接受和分配高压电能，并对电路进行控制和保护，高压开关柜广泛应用于发电厂、变电站、工矿企业等场所。主要功能是接受和分配高压电能，并对电路进行控制和保护，主要由以下几部分组成：1）一次元件: 直接与高压电气回路连接的部件，包括断路器（隔离开关、负荷开关、计量小车等功能小车）等；2）二次元件: 不与高压电气回路直接连接的部件，包括继电器、仪表、操作机构等；3）柜体: 用来支撑和保护一次元件和二次元件的金属框架；3）辅助装置: 包括照明装置、通风装置、加热装置等。

1.2高压开关柜系统内容

    高压开关柜是电力系统中重要的成套配电装置，其内部包含了多个子系统，共同实现高压电能的接收、分配、控制和保护功能。一次元件是指直接与高压电气回路连接的部件，是高压开关柜的核心组成部分：断路器用于开断和闭合电路，具有灭弧功能；隔离开关用于隔离电路，保证检修和维护的安全；负荷开关，用于分合电路的负荷电流；接地开关用于将电路接地，保证人身安全；互感器用于测量电路中的电压和电流。二次元件是指不与高压电气回路直接连接的部件，主要用于控制、测量、保护和指示等功能：继电器用于接收控制信号，并进行逻辑运算和控制输出；测量仪表用于测量和指示电路中的电压、电流、功率等参数；操作机构用于操作开关柜内的一次元件，保护装置；保护装置用于监测电路状态，并发出报警或跳闸信号。辅助装置是为高压开关柜提供辅助功能的设备：照明装置用于照明开关柜内部，方便检修和维护；通风装置用于散热，防止开关柜内部温度过高；加热装置可防止开关柜内部结露，保证设备正常运行。

2高压开关柜结构设计

2.1高压开关柜一次元件的结构设计

    高压开关柜一次元件是直接与高压电气回路连接的部件，其结构设计直接影响着开关柜的安全、可靠运行。高压开关柜一次元件的结构必须具有足够的绝缘强度和机械强度，能够承受额定电压和电流的作用，具备良好的散热性能，能够将开关柜内的热量及时散发出去，具有可靠的动稳定性和热稳定性，能够在各种环境条件下正常工作，满足相关规范和标准的要求。高压开关柜一次元件的结构中，触头系统是开关柜的核心部件，用于接通和断开电路，触头的材质、形状和结构设计对开关柜的性能和寿命有着重要影响。灭弧装置用于在断路器分闸时熄灭电弧，防止电弧对开关柜造成损害，常见的灭弧装置包括真空灭弧室、油灭弧室和磁吹灭弧室等。操作机构用于操作开关柜内的一次元件，可分为手动操作机构和电动操作机构等，支柱和壳体用于支撑和保护开关柜内部的部件。在进行高压开关柜一次元件的结构设计时，应根据开关柜的额定电压、电流和使用环境进行合理的设计，充分考虑满足结构强度的前提下亦能满足散热问题。

2.2二次元件的结构注意事项

    高压开关柜二次元件是指不与高压电气回路直接连接的部件，主要用于控制、测量、保护和指示等功能，虽然二次元件不直接接触高压电，但其结构设计要确保开关柜的安全、可靠运行。二次元件应安装在专用隔室内，与一次元件严格隔离，并根据使用环境和要求选择合适的防护等级。一般情况下，户外开关柜的二次元件防护等级应不低于IP54，室内开关柜的二次元件防护等级应不低于IP4X。导线应穿管敷设，并做好绝缘处理，以防止导线破损造成触电事故，导线的截面积应满足回路电流的要求，并应有足够的机械强度。二次元件的接线应牢固可靠，并符合相关规范要求，接线端子应有足够的容量，并应做好防松措施，应选用符合国家标准和行业标准的产品，并应经过严格的测试和检验。二次元件的结构设计应满足结构紧凑，便于安装和维护的要求，布局合理，便于操作和观察，具有良好的散热性能，满足抗振动、抗冲击等要求。

3高压开关柜结构设计的要点

3.1防护等级

    防护等级是高压开关柜结构设计的重要指标之一，它决定了开关柜能够抵抗外部环境影响的能力。防护等级由两个字母组成，第一个字母表示对人体的保护程度，第二个字母表示对设备的保护程度，高压开关柜的防护等级应根据使用环境和要求进行选择，一般情况下，户外开关柜的防护等级应不低于IP54，室内开关柜的防护等级应不低于IP4X。为了提高高压开关柜的防护等级，应设计为密封结构，提高材料的防护性能，采用防尘、防水、防腐蚀等措施。防护等级是高压开关柜结构设计的重要指标，应根据使用环境和要求进行合理选择，并采取必要的措施提高防护等级，确保开关柜的安全、可靠运行。

3.2安全净距

安全净距是指高压开关柜内各带电部件之间、带电部件与接地金属之间应保持的最小距离，是确保人身安全和防止电气事故发生的重要措施。安全净距的确定应考虑开关柜的额定电压、绝缘介质、使用环境和安全净距的要求。根据国家标准，在额定电压为3kV～0kV的开关柜中，带电部件与接地金属之间的安全净距应不小于125mm；在额定电压为35kV的开关柜中，带电部件与接地金属之间的安全净距应不小于300mm；为了提高高压开关柜的安全净距，可以提高开关柜的绝缘水平，扩大开关柜的柜体尺寸。另外，以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备，带电体与绝缘板之间的最小空气间隙应满足下述要求:对3.6kV、7.2kV和12kV设备应不小于30mm;对24kV设备应不小于45mm;对40.skV设备应不小于60mm。以空气或以空气一绝缘材料作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备应考虑绝缘材料的厚度、设计场强和老化。安全净距是高压开关柜结构设计的重要指标，应根据国家标准和相关规范进行合理确定，并采取必要的措施提高安全净距，确保开关柜的安全、可靠运行。

3.3爬电距离

 在电力系统中，爬电距离是供电部门必须重视的核心指标之一，因为用户对高可靠性的需求极为严格。爬电距离指的是高压开关柜中各组件及其支持绝缘件外绝缘的距离与额定电压之比。根据实践中的要求，在Ⅱ级污秽环境下，对于纯瓷绝缘，爬电距离要求为18mm/KV，对于有机绝缘，则为20mm/KV。为了满足这些要求，我们采取了以下措施：首先，我们要求配套厂家增加绝缘子的伞群。通过增加绝缘子的数量和密度，可以有效地增大外绝缘的距离，从而提高爬电距离。这项措施可以有效地降低绝缘子表面的电场强度，减少因电场强度过大而引起的爬电问题。其次，在开关柜使用环境较潮湿的场所，我们采取了在电缆室、断路器室等地方加入带温控装置的加热器的措施。潮湿的环境容易引起水汽凝结，导致绝缘子表面变得潮湿，从而降低了绝缘子的绝缘性能，增加了爬电的风险。通过加热器的加热作用，可以有效地防止水汽凝结，保持绝缘子表面的干燥状态，提高了绝缘子的绝缘性能，进而提高了爬电距离。综上所述，通过增大绝缘子的伞群和在潮湿环境下加入带温控装置的加热器，我们能够有效地提高高压开关柜中各组件及其支持绝缘件的外绝缘爬电距离，满足用户对于高可靠性的严格要求，确保电力系统的安全稳定运行。

4结束语

    高压开关柜是电力系统中的重要一次设备，其结构设计直接影响着开关柜的安全、可靠运行，高压开关柜结构设计是一项复杂的工作，需要综合考虑多方面的因素。只有进行合理的设计，才能确保开关柜的安全、可靠运行。

参考文献：

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