低压开关柜中绝缘材料的设计选型浅析

低压开关柜中绝缘材料的设计选型浅析

杨柳

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司  

摘要：低压开关柜广泛应用于配电、照明和电机控制等电能转换和控制场合，影响着国民经济和生活的各个方面。低压开关柜里安装了许多电气元件和发热零部件（例如铜母线、绝缘导线等），为防止过压或过热引起的停电、停工甚至伤人、火灾等事故，除了选择质量优良的电气元件外，低压开关柜内部合理的结构设计和合理的原材料选择至关重要。优秀的结构设计不仅会充分考虑所有内装元器件和所有载流部件的散热、强度、绝缘、各种防护、耐压等性能，还会充分考虑机械应力、电气应力、热应力和环境压力等因素造成的不利影响，从而保障低压开关柜安全可靠运行。基于此，对低压开关柜中绝缘材料的设计选型进行研究，以供参考。

关键词：低压开关柜；绝缘材料；设计选型

引言

从目前的情况来看，低压配电柜有着较为广泛的应用，在各个行业领域中都有一定的应用，主要有石油化工、发电厂、高层建筑等，在这些方面的应用比较多。低压配电柜的种类较为多样化，不同类型的配电柜其应用优势，使用特点也是有所区别的，有些工作人员在对低压配电柜进行配置的时候，因为不清楚其整体运行特点，出现搭配错误，导致安全事故的发生，所以对于低压配低柜的选择和装配，必须根据实际情况而定，选择合适的低压配电柜。

1低压配电柜现状及发展趋势分析

在近年发展中，我国科学技术水平得到了一个显著的提升，出现了很多创新性技术。科学技术的进步推动了低压配电柜的发展进程，使得低压配电柜的功能和类型越来越全面化，性能指标得到了优化提升，基于此，企业和单位在选择低压配电柜的时候，要根据具体需求选择合适的低压配电柜类型，对于低压配电柜的特点和使用原则要有较为清楚的认知，知道怎么使用，了解其运行特点，使低压配电柜应用过程中能够充分发挥其性能优势，最大程度上满足企业或者单位的使用需求。从目前的发展情况来看，低压配电柜在我国使用程度比较高，相对低压配电柜有着更广泛的应用，在我们日常生活中，较为常见的低压配电柜主要可以分为两种，第一是属于我国自主研发的低压配电柜，这种低压配电柜属于我国自主研发或者进行仿制创新，符合国际低压配电柜制造标准，取得了3C认证的，具有很好的应用性。第二就是直接从国外购买的低压配电柜，不需要考虑二次创造，从国外进口使用最广泛的一种低压配电设备，就是瑞士ABB公司生产的MNC，还有德国西门子公司生产的Sivacon。社会的发展速度是比较快的，从整体的发展情况了来看，未来低压配电柜的发展趋势会朝着以下几个方向发展，这是有着一定根据性的。

2耐压性能的要求对绝缘材料选择的影响

电气设备运行时，在正常使用条件下承受的是工作电压，由于系统电压的不稳定性以及系统外部的影响，电气设备还会承受各种过电压，例如暂时过电压、操作过电压、雷击过电压等，如果电压过高，就有可能造成绝缘材料的击穿。因此，电气设备需要具备耐受上述各种电压的能力。通常，设备的绝缘电压应等于或大于所在系统的工作电压。绝缘电压是选择工频耐受电压和爬电距离要参考的电压值。施加工频耐受电压可以衡量电路耐受暂时过电压的能力，施加冲击耐受电压可以衡量其耐受瞬态过电压的能力。在低压系统中，常见的工作电压为400V，A、B、C三相，当过电压类别为Ⅳ类（即电源进线点水平）时，国家标准规定的额定冲击耐受电压为6kV。A、B、C三相母线系统通常选择铜排，由绝缘件支撑，如图1所示。图中浅灰色表示绝缘支撑件，深灰色表示导体——铜排。a为电气间隙（即两个导体之间的最短直线距离），b为爬电距离（即两个导体之间沿绝缘材料表面的最短距离）。任何情况下，爬电距离都不应小于相应的最小电气间隙，即b≥a。

图1电气间隙和爬电距离示意图

3低压开关柜中绝缘材料的设计选型的策略

3.1低压开关柜的绝缘标准

绝缘标准主要体现在如下几个方面:电阻电压标准、最小空气绝缘距离和升级比距离:首先，对于电阻电压，在指定该现象的标准电压绝缘设备时，必须确定抗冲击能力当系统额定电压为3kV时，额定雷电冲击强度峰值约为40kv；；第二，在确定最小空气绝缘距离时，首先要确定空气绝缘结构的形状。当前标准确定导线与空气相互作用的距离:当额定电压和最大电压为7.2kV时，导线与地面之间的近距离距离为100mm；；最后，升级报告是关于家庭内衣柜开放和关闭的规范性研究中最具体的部分之一。一般来说，当环境更脏时，施用有机保温材料比施用瓷保温材料要好。

3.2仿真试验设计

通过分析低压开柜故障的各种原因，可以清楚地看出低压开柜常见故障包括:闭锁故障、误动作、开关故障、绝缘故障、容许电流故障等。对故障原因的分析分为三大类:第一类是结构故障，其原因是操作错误、零件损坏等。；第二类是绝缘故障，即绝缘层老化、短路等引起的电路和电器的瞬态热现象。；第三类是外来入侵造成的电弧故障，如潮汐、污染和尘埃。为验证本文方法的有效性和可靠性，以新疆10kV配电室低压开柜运行数据为试验样本进行了仿真试验。本文测试设备选择的低压开柜是某地方的电气调节中心，品牌是上华电气380V设备的开柜，测试数据是2020年6月至9月设备的运行数据，数据是数据包括低压开机柜运行状态数据、机械结构运行状态数据、绝缘数据和电气电弧数据。

3.3耐热性能的要求

电气设备运行时，除了承受工作电流，有时还会承受各种过电流，例如短路造成的过电流等。只要有电流流过，导体就会发热，温度就会升高，因此，绝缘材料的耐热性能要考虑正常发热和非正常发热情况下的耐受能力。此外，绝缘材料的绝缘性能与温度也有着密切的关系，温度越高，绝缘材料的绝缘性能越差。为保证绝缘强度，每种绝缘材料都有一个适当的最高允许工作温度，在此温度以下，材料可以长期安全地使用，超过这个温度就会加速老化。在国家标准《电气绝缘耐热性和表示方法》（GB/T11021—2014）中，绝缘材料的最高允许工作温度被称为耐热等级。从绝缘材料的耐热等级（表2）可知，A级绝缘材料在最高105℃的温度下就可以长期安全地使用。通常在选择绝缘材料的耐热等级时会考虑高一级的材料，也就是留有一定的裕量。绝缘材料耐热性能直接影响低压开关柜的结构设计。最新的国家标准GB/T7251.1—2013中规定了低压开关柜的温升限值要求，即在周围空气平均温度不超过35℃时的限值。例如：用于连接外部绝缘导线的端子的温升不能超过70℃，加上周围空气温度35℃，也就是连接外部绝缘导线端子的温度不能超过105℃。因此，在选择用于连接外部绝缘导线端子处的绝缘材料时，选择A级绝缘材料就可以满足要求。但在实际使用中，也可以选择E级绝缘材料，使其具有更高一级的安全系数。

结束语

低压开关开关柜是电力系统中的一个重要设备，直接影响着整个电缆系统的运行可靠性和效率。绝缘材料的选择直接影响低压开关运行的整体性能。当前，再生纸、聚聚乙烯和有机硅是低压开关关键部件的三种主要绝缘类型，但由于电流过强、接触不足等原因，不足以严重影响低压开关的安全运行。根据这一项目体系，详细研究了氧化物、co-聚乙烯的用量、有机硅绝缘面漏电的热溶出特性以及热爆特性气体的测定等。

参考文献

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