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10kV大电流开关柜


大电流(4000A) 10kV 大电流(4000A)开关柜
由于用电负荷的快速增长, 由于用电负荷的快速增长,使得一些变电站的 10kV 侧负荷电流已经达到甚 3200A,因此, 大电流开关柜已是大势所趋。 至超过 3200A,因此,选用额定电流 4000A 大电流开关柜已是大势所趋。为了提 高供电的可靠性、降低开关柜的事故隐患, 高供电的可靠性、降低开关柜的事故隐患,

有必要从技术角度对大电流开关柜 相关设计参数、柜体结构、制造工艺等进一步明确规范。 相关设计参数、柜体结构、制造工艺等进一步明确规范。

一.大电流开关柜的温升试验
温升试验是衡量开关柜优良与否的重要指标。我国电力行业标准对 10kV 开 温升试验是衡量开关柜优良与否的重要指标。 关柜的温升试验有明确的规定: 开关柜额定电流如果增大, 关柜的温升试验有明确的规定:①开关柜额定电流如果增大,设备应选用更高 额定电流等级的设备,而不能依靠设备的裕度来满足额定电流 备的裕度来满足额定电流; 额定电流等级的设备,而不能依靠设备的裕度来满足额定电流;②开关柜通过 倍额定电流进行试验; 的电流为 1.1 倍额定电流进行试验; 试验时主母线及两边相邻的开关柜也应通 ③ 以电流。 以电流。 大电流开关柜做温升试验时, 额定电流 4000A 大电流开关柜做温升试验时,必须满足通电电流等于 1.1 倍额定电流, 电流下进行,并要求开关柜应按正常使用条件放置, 倍额定电流,即 4400A 电流下进行,并要求开关柜应按正常使用条件放置,其 外壳、隔板和活门等均需关闭。 外壳、 隔板和活门等均需关闭。

二.大电流开关柜的主母线规格选用
1.导体的设计选型标准 根据文献的相关规定,选择导体首先要明确导体的适用范围及型式, 根据文献的相关规定,选择导体首先要明确导体的适用范围及型式,即要 求导体具有:电流分布均匀,集肤效应小。矩形导体具有这些特点, 求导体具有:电流分布均匀,集肤效应小。矩形导体具有这些特点,然而随着 导体片数的增加 导流能力不成正比增长, 片后, 导体片数的增加,导流能力不成正比增长,特别是超过 3 片后,导体的集肤效 应系数显著增加,严重影响载流量。 应系数显著增加, 严重影响载流量。 选用额定电流 大电流开关柜时, 选用额定电流 4000A 大电流开关柜时,矩形母排的片数不超过 3 片,选定 导体型式后,还要兼顾导体的机械强度, 导体型式后,还要兼顾导体的机械强度,由于导体水平放置与垂直放置时的散 热面积不同,造成的温升效应不同,在设计中应全面考虑导体的散热问题。 热面积不同,造成的温升效应不同,在设计中应全面考虑导体的散热问题。 2.导体截面与电流密度的关系 当电流通过母线时,因电阻的关系,母线要发热。 当电流通过母线时,因电阻的关系,母线要发热。发热损耗的功率 P 与电 阻和电流的关系为: 阻和电流的关系为:P=I
2

可见母排电阻值很大,故功率的损耗也很大。 ·R,可见母排电阻值很大,故功率的损耗也很大。根

据测定,在满足一定的温升要求后,散热条件不同, 据测定,在满足一定的温升要求后,散热条件不同,母排所载的额定电流就不 所以, %。所以 同。如垂直放置的母排比水平放置的母排因散热好,载流量大 5~8%。所以, 如垂直放置的母排比水平放置的母排因散热好,

相同规格的母线在温度不同和放置方式不同时,载流量是不同的。 相同规格的母线在温度不同和放置方式不同时, 载流量是不同的。 另外,导体的截面与导体载流密度间具有一定的关系。对于运行时间长、 另外,导体的截面与导体载流密度间具有一定的关系。对于运行时间长、 母线长、负载率大的导体,在选择导体截面时应按经济密度考虑。 母线长、负载率大的导体,在选择导体截面时应按经济密度考虑。电流经济密 度与导体的截面关系为: 度与导体的截面关系为: SI = IU / J 式中: ---经济截面,mm; ---回路持续的工作电流 回路持续的工作电流, ---经济电流 式中:SI ---经济截面,mm; IU ---回路持续的工作电流,A; J---经济电流 经济截面 密度,A/ mm。经济电流密度 J 对应于年最大负荷持续时间所取的数值参见曲线 密度, mm。 图形,具体数值正在查找之中。 图形,具体数值正在查找之中。 2500A, 6000h, 假如负荷电流平均为 2500A,持续时间 6000h, 经济电流密度选为 0.7 A/ mm 2500×0.7= 时,导体经济截面应为 2500×0.7=35.714cm 。 对现有已运行设备的导体截面及载流情况统计如下表 2
各种铜母线截面随温度、 表 2 各种铜母线截面随温度、放置方式变化的长期允许持续电流
2

最大允许持续电流( 最大允许持续电流(A)
母线截面 25℃ 温度为 25℃ 平放时 3580 4280 3770 4780 4080 6810 4850 竖放时 3880 4650 4100 5200 4430 7390 5270 35℃ 温度为 35℃ 平放时 3170 3735 3330 4230 3610 6020 4290 竖放时 3440 4060 3620 4660 3920 6540 4720 45℃ 温度为 45℃ 平放时 2930 3450 3090 3920 3330 5560 3960 竖放时 3180 3750 3360 4260 3620﹡ 3620﹡ 6040﹡ 6040﹡ 4300﹡ 4300﹡

mm

2

12×100× 12×100×2 10×100× 10×100×3 10×120× 10×120×2 10×150× 10×150×2 12×120× 12×120×2 15×120× 15×120×3 12×150× 12×150×2

中后部带“ 的电流数值,在国际上没有明确规定, 注:①表 2 中后部带“﹡ ”的电流数值,在国际上没有明确规定,是根据计算 公式得出的计算值; 公式得出的计算值; ②夏季负荷高峰,10kV 侧的负荷电流达到 3000A 时,开关柜中的运行温度 夏季负荷高峰, 45℃以上。 数据显示出, 将高达 45℃以上。通过表 2 数据显示出,要满足额定电流 4000A 的运行且设备 元件发热符合温升标准要求, 的铜排。 元件发热符合温升标准要求,开关柜内母排截面应选择不小于 36cm 的铜排。
2

三.大电流开关柜的强制通风措施 大电流开关柜的强制通风措施 强制通风

当额定电流达到 4000A 时,作为全密封、全工况的开关柜,限制温升对设 作为全密封、 全工况的开关柜, 备安全可靠运行相当重要。 备安全可靠运行相当重要。 为限制温升,一方面开关柜内可采用增加散热片的数量以加大散热面积 用增加散热片的数量以加大散热面积; 为限制温升,一方面开关柜内可采用增加散热片的数量以加大散热面积; 另一方面对开关柜内的结构作相应的改动,加装固定强制排风设备。这样, 另一方面对开关柜内的结构作相应的改动,加装固定强制排风设备。这样,就 能有效地加大空气流动,降低温升,同时能防止开关柜内元件的快速老化, 能有效地加大空气流动,降低温升,同时能防止开关柜内元件的快速老化,有 利于设备长时间、大负荷运行。 利于设备长时间、大负荷运行。

四.大电流开关柜的防磁隔热措施 大电流开关柜的防磁隔热措施 防磁隔热
国家标准中规定,一般情况下, 60K, 国家标准中规定,一般情况下,开关设备的温升不得超过 60K,可触摸部分 30K, 40K。通过对现场运行的了解, 为 30K,不可触摸部分为 40K。通过对现场运行的了解,额定电流为 4000A 的大 电流开关柜,特别是主进线柜和封闭母线发热最为严重。 电流开关柜,特别是主进线柜和封闭母线发热最为严重。 主进线中垂直母排与水平母排的共同作 当负荷电流达到或超过 3000A 时,主进线中垂直母排与水平母排的共同作 用下,开关柜内上部产生增强交变磁场,且磁场强度呈非线性强力递增趋势。 用下,开关柜内上部产生增强交变磁场,且磁场强度呈非线性强力递增趋势。 柜体及侧板中感应出电动势,并产生大量杂散涡流,由于柜体钢板是导磁材料, 柜体及侧板中感应出电动势,并产生大量杂散涡流,由于柜体钢板是导磁材料, 电阻也很大,造成柜体发热现象严重,温度可达 120℃以上。所以,①要减少杂 电阻也很大,造成柜体发热现象严重, 120℃以上。所以, 散涡流造成的柜体发热,主进线开关柜体必须选用非磁性材料, 散涡流造成的柜体发热,主进线开关柜体必须选用非磁性材料,以切断杂散涡 流穿越柜体而引起发热。 流穿越柜体而引起发热。 母线全采用热塑技术进行全封闭绝缘处理,但在长时间、 目前运行的 10kV 母线全采用热塑技术进行全封闭绝缘处理,但在长时间、 大电流情况下均有不同程度的开裂和剥离。给运行带来安全隐患。为此, 大电流情况下均有不同程度的开裂和剥离。给运行带来安全隐患。为此,②建 议对大电流以主进线柜母线筒不采用全绝缘处理。 议对大电流以主进线柜母线筒不采用全绝缘处理。 此外,由于负荷的增加,在狭小的断路器室、母线室, 此外,由于负荷的增加,在狭小的断路器室、母线室,设备产生的热量不 负荷的增加 易散发,长时间运行会造成相关设备运行环境的温度升高,从而降低绝缘。所 易散发, 长时间运行会造成相关设备运行环境的温度升高, 从而降低绝缘。 建议更换或强制安装轴流风机进行散热,有效降低断路器室、 以,③建议更换或强制安装轴流风机进行散热,有效降低断路器室、母线室的 运行温度,以保证设备的安全运行。 运行温度,以保证设备的安全运行。 ●对大电流开关柜的设计、制造的总结: 对大电流开关柜的设计、制造的总结:
4400A) ,同时开关柜应按正常使 ⑴温升试验时的电流为开关柜额定电流的 1.1 倍(即 4400A) 同时开关柜应按正常使 , 用条件放置;外壳、隔板及活门必须关闭。 用条件放置;外壳、隔板及活门必须关闭。 每相片数不超过 3 片, 垂直方式放置; ⑵主母线应选用矩形母排, 主母线应选用矩形母排, 垂直方式放置; 且截面积不小于 36cm2 的铜排规格。 的铜排规格。 ⑶开关柜的内部结构应作适当调整,在柜内加装固定的强制排风设施,以加大冷热空 开关柜的内部结构应作适当调整,在柜内加装固定的强制排风设施, 的内部结构应作适当调整

气的交换,使设备在长时间、大负荷情况下能够安全可靠地运行。 气的交换,使设备在长时间、大负荷情况下能够安全可靠地运行。 ⑷采用导磁的钢质材料制作的柜体,会因母排产生的涡流而发热。为此,开关柜的柜 采用导磁的钢质材料制作的柜体,会因母排产生的涡流而发热。为此, 体应选用非磁性材料,阻断磁通,避免因涡流造成开关柜发热现象。 体应选用非磁性材料,阻断磁通,避免因涡流造成开关柜发热现象。

参考文献
水利电力部西北设计院电力工程电力设计手册⑴ 电气一次部分) ㈠ 水利电力部西北设计院电力工程电力设计手册⑴(电气一次部分) GB/DL-91,10~ ㈡ GB/DL-91,10~35kV 户内高压真空断路器定货技术条件 404-1997, ㈢ DL/T 404-1997,户内交流高压开关柜定货技术条件

-----本文摘自《高压电器技术信息》 -----本文摘自《高压电器技术信息》2005 年第 5 期-------本文摘自


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