浅谈10KV中置柜设计要点

浅谈10KV中置柜设计要点

摘要：本文讲述了10KV中置柜设计中要注意的诸如绝缘距离、防护等级、五防联锁、动热稳定、温升和人性化设计等问题。

关键词：10KV中置柜、设计、要点

10KV中置柜全称是“户内交流金属铠装抽出式开关设备”，是一种3.6~12千伏三相交流成套配电装置。近几年来被广泛用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业单位配电以及各类二次变电所的受电、送电，实现电力系统的控制、保护、监测之作用。由于电力系统用户对设备的需求多种多样，国内制造厂又竞争激烈，赢得客户的一条途径就是能按用户的需求制造出优秀的设备，这就要求我们能深刻理解制造相关的国标、部标和一些标准柜型的设计要求。在经历过近八年的开关柜设计、检验、现场服务指导的工作后，对开关柜的设计要点有了一些体会。

1．关于总的柜体结构

开关柜一般由固定的柜体和可抽出部件（断路器开关手车）两大部分组成。柜体一般由主母线室、电缆室、断路器室、控制仪表室组成，各个隔室应用金属板隔开并配独立接地。国内外许多厂家为了提高设备档次，柜体和各类隔板均采用敷铝锌钢板或钢板经CNC机床加工和折弯之后拼装而成，从而保证了开关柜尺寸上的统一性。敷铝锌钢板具有很强的防腐蚀与抗氧化能力，并具有比同等钢板高的机械强度。开关柜的门板可采用静电喷塑以使其表面具有抗撞击、耐腐蚀、外形美观等优点。

2．关于绝缘距离

为了防止引起电力系统短路故障，10KV开关柜设计要求相间及相对地必须保证一定的距离。当以空气作为绝缘介质时，绝缘距离要求如下表。

序号

绝缘位置

绝缘距离（mm）

1

2

3

4

5

6

导体至接地间净距

不同相的导体间净距

导体至无孔遮拦间净距

导体至网状遮拦间净距

无遮拦裸导体至地间净距

出线套管至户外通道地面间净距

125

125

155

225

2425

400

海拔超过1000米时1、2项值应按每升高1000米增大10修正

有时为了减少开关柜外形尺寸，可采用以下几种方法：

1)在空气间隙中插入一块绝缘隔板（如SMC绝缘板），从而缩小对绝缘距离的要求。但要注意的是空气净距不应小于60mm，且相间绝缘隔板要设在中间位置。缺点是绝缘隔板受环境影响大，易绝缘老化。

2)用热缩套管把高压带电体包起来，此时一般要保证绝缘距离不小于100mm。缺点也是存在绝缘老化问题。

3)采用一种新型涂敷工艺，在带电导体如铜母排表面均匀热涂敷一层绝缘材料。缺点是要增加涂敷设备，增加制造成本。但由于它良好的强度和防老化性能，提升了档次，深受客户的欢迎，可作为一个卖点吸引更多用户。

实际运用过程中，用户往往既要求母线系统加绝缘层，又要求绝缘距离满足

125mm，所以我们在设计时应充分考虑用户需求，尽可能按空气绝缘设计。

3．关于爬电距离

电力系统用户往往追求高可靠性，定货时一般要求开关柜中各组件及其支持绝缘子（瓷件和有机绝缘件）的爬电比距为：瓷绝缘为不小于18mm/KV；有机绝缘为不小于20mm/KV。要求比GB3906规定的标准高。对于互感器、绝缘子、套管等部件就必须加以定制以满足要求。为了防止凝露，还应在柜内加入自动控制加热器。

4．关于防护等级

为了防止人体接近或接触高压带电部位，在设计开关柜时，还应考虑适当的防护等级，防护等级如下表。

级别

能防止物体接近带电部位和触及运动部分

IP2X

IP3X

IP4X

IP5X

能阻挡手指或直径大于12mm、长度不超过80mm的物体进入

能阻挡直径或厚度大于2.5mm的工具、金属丝等物体进入

能阻挡直径或厚度大于1mm的金属丝等物体进入

能防止影响设备运行的大量尘埃进入，但不能完全防止一般灰尘进入

防护等级的提高，必然导致散热条件变差，所以设计时要注意不能过分追求高防护等级。对于10KV中置柜，外壳防护等级达IP4X，断路器室门打开时防护等级达IP2X即可。

5．关于五防联锁

为了防止操作人员误操作引发事故，除了要加强操作人员安全教育与严格执行操作规程外，在开关柜的设计中，还要增加相关闭锁装置。

1）防止误分误合断路器

对于现场操作断路器时，可采用装带钥匙的转换开关（一钥匙一开关不能互换）或采用不同编号的红绿翻牌转换开关来实现防误。

对于无人职守变电站，断路器远方操作时，可加配电气程序联锁。

2）防止带电合地刀或挂临时接地线

此功能的实现一般采用机械闭锁，可做成断路器在运行位置时无法操作接地开关。

3）防止接地开关合闸时送电

此功能的实现也应采用机械闭锁，可做成接地开关合闸时断路器不能推至运行位置。

4）防止误入带电间隔

此功能一般也采用机械闭锁，可采取设计一套只有合上地刀才能开电缆室门的机械机构及采用特制专用钥匙才能打开带电间隔门的方法，来实现防止人员触电事故。

5）防止带负荷推拉隔离开关或带负荷推拉断路器

隔离开关和手车动静触头不具备分断和关合正常负荷电流的能力，一旦误操作，会烧毁隔离开关或断路器，甚至引起爆炸造成人身伤害。一般都要采用机械联锁，如ABB公司的VD4、VM1系列和常州森源的VS1系列真空断路器，断路器本体与移动底盘有可靠的机械联锁，能够实现断路器在合闸时无法摇进摇出。

6．关于动热稳定

在电力系统运用中，开关柜通常要能承受20KA、31.5KA、40KA甚至50KA的短路开断电流，当开关柜中通过如此大的电流时，相间及同相母线间会产生很大的电动力。这就需要借助支持绝缘子的支撑，使母线不会产生明显位移。设计中一般要求两个绝缘子之间的距离不超过1000mm，对于某些薄弱环节还应给予加强。由于动热稳定的理论计算相当复杂，设计时一般依据经验，并通过型式试验来考核。

7．关于温升

10KV系统中，开关柜应能承受额定4000A及以下的工作电流，对于近年来广泛使用的全封闭开关柜来说，长期的工作电流产生的热量很难散发到柜外，温度超过一定极限时会对柜内一次、二次元器件造成严重损害而引发事故。为了限制温升，必须加强制造工艺的改进，同时应采取多种手段（如采用磁阻率高的材料）极力防止涡流的发生。

8．关于人性化设计

我国电力工业正处于高速发展时期，ABB、SIEMENS、三菱等巨头先后登陆中国，推出他们的代表先进技术的产品。国内中压开关制造业的竞争愈演愈烈。可供人们挑选的产品多了，用户对产品也就愈挑剔，这就要求国内开关柜制造厂家一方面充分发挥价格优势，一方面不断改进产品的制造技术，提高设备的可靠性和易