分析低压抽屉式开关柜结构设计对电气性能的影响

分析低压抽屉式开关柜结构设计对电气性能的影响

帕哈尔定 ·太来提 李阳伟 何慰平

塔里木油田公司塔西南勘探开发公司油气生产服务部 新疆 库尔勒 844804

摘要：低压抽屉式开关柜操作简单、运行平稳、结构紧凑、检修方便、外形美观，总体优于固定式开关柜，因此其近年来在生产建设中得到广泛应用。本文结合笔者实践经验，对低压抽屉式开关柜结构设计中的重要问题进行总结，探索结构设计可能对电气性能造成的影响，并提出一些改进对策，以供参考。

关键词：低压抽屉式开关柜；结构设计；电气性能

低压抽屉式开关柜在低压配电系统中，承担着电能再分配的职能，可完成电网的保护、控制、转换及测量等，因此其质量，直接影响电气性能稳定性。低压抽屉式开关柜整体结构应该大方、美观，其外部线条需保持流畅，应合理划分抽屉功能单元，以满足电气参数相应需求。现阶段，低压抽屉式开关柜在制作中，多应用C型材，其框架结构比较简单，便于安装。在进行低压抽屉式开关柜结构设计中，需要考虑其对电气性能的影响。

1.强化绝缘设计

我国电气产品出现的事故中，有一半以上是因绝缘系统应用不当而引发，由此可见，低压抽屉式开关柜绝缘设计对电气性能的影响巨大。低压抽屉式开关柜的设计需要充分考虑其绝缘性，其需结合设备应用环境及外在条件，在供电系统处安装，而绝缘材料的性能，对最小电气间隙、爬电距离有决定作用。按照材料漏电起痕指数（CTI）数值，可将绝缘材料划分成4个等级，分别是100≤CTI＜175、175≤CTI＜400、400≤CTI＜600、CTI≥600。低压抽屉式开关柜中涉及很多绝缘零件，如母线夹、绝缘子、二次接插件、功能板等，这些可对柜体整体的绝缘性能造成影响。

一般而言，由于低压抽屉式开关柜多数用于10千伏变电站中，当系统处于正常运行的状态时，只要设计人员对绝缘件合理选择，且绝缘件的质量过关，那么开关柜的电气性能是能满足相关要求的。这就需要我们在具体设计过程中，选取良好的绝缘材料，维持电气设备、电气线路稳定运行。低压抽屉式开关柜内部主母线绝缘上，选取的元器件绝缘性能良好，爬电距离、电气间隙设计标准较高，主电路动热稳定性理想。设计中，运用组合式母线夹与绝缘支撑辅件，借助阻燃性理想、强度高的合成材料，能将整体供电线路的自熄性能、绝缘性能进一步提升，这一独特结构设计具有良好的适应性，可在不同规格母线上发挥作用，保证线路平稳运行。

2.功能单元设计

低压抽屉式开关柜抽屉功能单元包含诸多功能部件，这些部件的设计及质量，均可对抽屉功能单元的作用造成影响。在若干功能部件之下，低压抽屉式开关柜的抽屉包含三种不同位置，分别是分离、实验及连接，结合电流大小，可选取同一规格、不同数量的片式结构接插件。抽屉结构对电气联锁性能有直接影响，如在合闸情况下，抽屉无法拉出，而当抽屉处于拉出状态，则无法合闸。抽屉拉出之后，一次元器件会被绝缘件所阻挡，此时可于操作手柄之上挂锁，确保操作人员处于安全状态。柜体功能单元的小室隔板，与其他部位，均采用镀锌纯化表面进行处理，可确保柜体导电连续性，能够在一定程度上保护整体设备。

3.电弧光保护措施

低压抽屉式开关柜形成的电弧光可分为两种，一种是故障电弧，一种是正常电弧，而造成故障电弧的原因较多，且故障电弧形成后会严重损害周围人群的身体健康。和正常工作状态相比，故障电弧光照强度、温度及电压等参数均较高，特别是其温度，远高于太阳光的温度，在这种温度下，接线铜母排及铝排均可发生损失，甚至还可导致电缆电线烧毁，引发火灾，进而对人民群众的人身安全及财产安全造成威胁。另外，在高电压、高温度之下，电气安全事故发生风险较高，因此我们需要采取有效保护措施，防止故障电弧给电气设备造成不良影响。

通过分析可知，电弧光故障原因主要和系统对故障反应能力有一定关联，在保护措施设置时，可合理设置系统反应时间，以便在电弧光障碍出现之初，就能将故障电流及时切断，减少故障电弧给电气设备造成的损害。笔者认为，可将故障电流切断的时间，设置为低于85ms，在这一时间内，一般电气设备不会被故障电弧所影响，而若时间再长，则易引发故障损害。

低压抽屉式开关柜母线安全十分重要，是电气设备能够稳定运行的前提，在其结构设计中，应采取有效措施对母线安全进行保护。首先，可设置电弧光变压器后背过流保护装置，保护反应时间控制为1.2s至1.4s；馈线速断保护闭锁变压器后背过流保护措施，同样对母线有保护作用，这一保护装置，可在电气设备出现故障电弧光时，保护故障电流，反应时间以300ms至400ms为宜。另外，可设置高阻抗保护措施，设置故障电流保护反应时间为35ms至60ms，从而发挥保护作用。总体来看，对低压抽屉式开关柜母线的电弧光保护的设计重点，是要合理设置保护反应时间，如果保护反应时间过长，就难以发挥保护效果。在设计过程中，还需考虑设定的保护范围是否会被设备安装位置所影响，安装过程是否便捷，安装是否方便，另外还需考虑技术能够达到、经济上是否适用。

4.动热稳定性能的考虑

大电流对于低压抽屉式开关柜的柜体结构强度有较高要求，此时一旦发生短路，柜体需要能够承受这一短路电流。因此，在低压抽屉式开关柜结构设计中，首先需要思考如何设计水平主母排位置，考虑其固定方式。300MW机组大电厂低压进线上的电流，一般为4000A以上，根据工艺要求，其主母排需为3×3，然而在实际设计中，我们通常不会这样安排，通常会按照上下两侧来布置单相，每层设置2根80×10排，且用特制绝缘母线夹来固定。采取这一设计模式，能够将短路电流可能对柜体造成的冲击予以分散，促使柜体对短路电流抵的承受能力大幅提升。另外，将螺栓连接处接触压力提升，确保螺栓连接具有适当的转角、转矩，同样可对短路电流冲击予以抵抗。

5.温升控制

柜内温升和外壳安装形式、尺寸、有无通风槽、通风槽大小、元器件损耗、抽屉单元个数、内部水平隔板数等，均有密切关联。有时，设计院或甲方为节省设备数量或空间，配备抽屉数量过多，虽然能够正常安装，但却对柜体温升缺少应有重视，此时若配电室通风情况不佳，极易在适应中因柜内温升过大而出现设备损坏，引发短路事故。在结构设计中，应根据温升需求，合理设计上下通风槽，同时考虑防护等级能否满足相应需求，避免温升过高而影响设备的正常运行。

结束语

为防止对电气性能造成不良影响，在低压抽屉式开关柜结构设计中，要确保所用材料具有符合要求的强度及绝缘性能，且要结构简单，安装方便，便于维修。合理进行低压抽屉式开关柜结构设计，需要提升设备绝缘性能，维持动热稳定性，设置电弧光保护装置，做好温升控制，避免柜体内部温度过高而影响设备的正常运行，从而为电气设备的平稳运行提供保障。

参考文献

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