成套开关柜的防护等级及温升问题分析

成套开关柜的防护等级及温升问题分析
发布时间：2021-08-02T03:43:18.110Z 来源：《电力设备》2021年第4期作者：王彬翰1 武克耀2 [导读] 有利于推进成套开关柜的产业化发展。

下面先对外壳防护等级与温升的关系进行说明。

（西电宝鸡电气有限公司陕西宝鸡 721000）摘要：在成套开关柜中，外壳与温升均起着十分重要的作用。

以外壳为例，可以预防操作人员触及带电部分，并对外来固体形成隔离作用，防止此类物质进入柜体。

以温升为例，在施加额定电流后，观察每小时自然升温条件下的温度变化情况是否在国家标准规定值之
内，可以实现对温升的试验考核，从而确定成套开关柜设计质量与使用寿命。

由于外壳与温升属于成套开关柜生产制造中的两项重要衡量指标与性能参数，并且存在相互联系、相互制约的关系。

所以，本文在分析成套开关柜的防护等级及温升问题过程中，概述了二者的关系，剖析了外壳防护等级的选择。

以此为基础，从外壳设计与验证分析的角度进行了具体讨论。

关键词：成套开关柜；防护等级；温升问题
按照国家标准GB4208—2017《外壳防护等级（IP 代码）》规定要求，在额定电压不大于72.5千伏的电气设备中，可以通过电气设备外壳防护实现相应的防护。

在该标准中，防护等级分级系统的第一位特征数字、第二位特征数字分别表示，防止接近危险部件的能力、防止井水造成有害影响的能力；附加字母、补充字母标示防护相关的附加信息。

同时，该标准完善了检验方法实施要求，为不同使用条件下的成套开关柜外壳生产制造提供了质量体系管理标准限定与指导，有利于推进成套开关柜的产业化发展。

下面先对外壳防护等级与温升的关系进行说明。

1、成套开关柜外壳防护等级与温升关系
在成套开关柜中，外壳防护等级与温升之间存在相互联系、相互限制的关系。

从这种关系的表现方面的看，外壳密闭性越好、防护等级越高，开关柜的温升相应增高，电气绝缘性能随之下降。

反之，通风散热性能变强、温升变低、电气绝缘性能增加。

由于存在这种联系与限制的关系，因而，通常在成套开关柜产品的生产制造过程中，会通过限定外壳防护等级、合理控制温升，保障开关柜的产品质量。

另外，在引入工业设计思想后，成套开关柜企业建立了以产品设计、材料、加工、订单、销售、服务等为基本环节的生产制造产业链条，全面提升了对外壳防护等级与温升性能参数的数据分析工作，将对二者关系的研究，拓展到了通风散热、额定电流、通电导体截面积等全要素层面。

既提高了设计水平，也有利于扩展产品设计环节的可营利空间。

2、成套开关柜外壳防护等级的选择分析
成套开关柜外壳防护等级选择过程中，首先，要遵循现行《外壳防护等级（IP代码）》中的相关规定。

其次，应该结合市场用户的需求、开关柜应用场景的环境条件，并保障开关柜固有散热功能发挥出自身的作用与优势。

以规定为例，在具体执行过程中，应该根据国家标准GB7251.1中的7.1.5条、国家标准GB/T 11022-2011中的5.13条、国家标准 GB/T 4208-2017 中的 1 范围中的具体要求：（1）确保制造商对不同防护等级需求部位的防护等级进行独立标出。

（2）对维修、试验等条件限定情况下的外壳设计，可以选择不同的防护等级。

（3）在产品标准存在差异的特殊设备中，要保障安全水平的一致性。

由此可见，成套开关柜设备外壳防护等级选择时，实际重点集中于设计环节，并且，为整体设计的多样化发展提供了路径。

尤其是在开关设备外壳局部防护方面，若散热差、温升高的情况，则可以根据实际需求进行局部特殊设计。

所以，在规定要求之内，应该细致的剖析不同内容之间的关联性，并在局部特殊设计实践时，配套的做好TTA、PTTA验证等工作。

以需求与应用场景为例，成套开关柜产品制造企业，应该理性的看待市场需求，预防一味向高防护等级看齐的盲目性。

尤其在变电站环境相对变好的情况下，当开关柜产品的外壳防护等为IP5X，甚至更高防护等级时，既无多大必要，也需要警惕在此条件下的温升问题与产品实际使用功能的效用问题。

而且，在外壳、温升、散热之间，已经建立了明确的关联性的条件下，制造企业应该理性的看待客户需求、细致的剖析产品使用环境，以及对产品功能特性的强调等。

3、成套开关柜外壳设计及相关验证分析3.1自然通风型成套开关柜温升过高问题
通过对防护等级分别为IP2X、IP3X、IP4X、IP5X时的断器及相连导体进行温升试验考核，结果表明温升相差接近15K。

根据现阶段对自然通风型成套开关柜温升过高问题的研究成果看，影响因素包括了主回路电阻值过大、柜体磁带发热问题多、开关柜通风散热差。

因此，在解决该问题时，通常可以采用减少内阻值、控制柜体磁带发热问题、增大通风量等措施。

3.2高防护等级成套开关柜壳体通风设计
以防护等级为IP4X的大电流成套开关柜为例，可以通过设置管道方案降低设备温升。

例如，在IP4X开关柜方面，通风孔孔径不大于1毫米，此时，并不能达到实际需求。

而且额定电流不小于1600安的情况下，电流负荷对于通风散热的需求明显增大。

具体而言，低负荷状态下，柜内潮气排出困难会导致凝露电弧；电流负荷接近额定电流，则容易引发温升过高，并导致相应事故。

将额定电流设置不小于2500A的情况时，IP4X制约性增加，不利于外壳进风口功能发挥作用。

所以，通常应该选用IP3X。

并保障其通风孔孔径在2.5毫米左右。

如果选用了IP4X，那么应该在门板、封板内侧附加细钢板网，并加大进出风口截面积。

同时，应该配套的设置防弧挡板。

如果采用了IP5X开关柜，应该配套的对开关柜内的母排进行截面比扩大处理。

通常采用该方法会增加制造成本。

3.3设计方案验证
在设计方案验证环节，一方面，制造企业应该根据自身的研发设计数据分析、应用效用调研、客户信息反馈等，对成套开关柜产品的检验体系进行细化、完善处理。

例如，当前阶段，应该结合成套开关柜产品的生产制造产业链条，从各个环节对其相关要素进行全要素分析，提升设计环节的技术质量指标控制能力。

另一方面，应该运用TTA试验、PTTA试验进行验证处理。

虽然理论验证能够起到一定的作用，但是，成套开关柜的生产制造企业，应该认识到产品跟踪验证的重要性，结合产业链条的售后服务环节，对投入运营的开关柜实施长期运行数据采集，并对其加以验证等。

结束语
总之，在成套开关柜设计中，外壳防护等级与温升之间存在密切关联。

当外壳防护等级设计发生问题时，会引发成套开关柜温升问题。

通过以上初步分析可以看出，自然通风散热性能较差的情况下，大电流开关柜内部聚焦热量较大，此时，会使开关柜、柜体处于高温环境下，并引发相应的安全风险。

新时期，我国正处于生活用电、生产用电需求与用电方式发生重大变化的阶段，在用电负荷持续增大的情况下，成套开关柜的制造企业应该从使用功能角度，重新评估成套开关柜外壳的防护等级与温升问题，尽量结合用电市场的实际需求，开展一系列产品试验。

进而在工业设计思想牵引下，逐步促进成套开关柜研发设计水平的提升。

参考文献
[1]郑丽.高低压成套开关柜电气设计探讨[J].商品与质量,2020,9(18):89-90.
[2]朱冠庆.电气成套开关柜的新技术应用[J]. 数码设计（下）,2019,17(8):82-83.
[3]李小丽,董文建,邱斌.高低压成套开关柜电气设计现状及智能化发展研究[J].商情,2021,11(7):187-188.。