10KV高压开关柜原理

10KV高压开关柜原理

1、环网柜概述

1.1什么叫环网柜

环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。

实际上，如果柜型按照开关设备分类，有负荷开关柜、断路器柜、GIS等，并无环网柜。环网柜是一个约定俗成的叫法，原指的是负荷开关柜用于环网式供电，现在经常被人当作负荷开关柜的代名词，而不管是否被用于环网式供电，如有些线路要合环运行（俗称手拉手），或有可能进行负荷割接（将一条线上的负荷切换到另一条线上）实现这些功能的配电柜就叫环网柜。故环网柜是一种能实现环网供电的开关设备，常用于环网供电系统，故俗称环网柜，也称“户外箱式环网柜”、“开闭器”。

负荷开关柜可以用于环网式供电、中压分界室派接、中压末端变电室供电，各地区供电部门对允许使用负荷开关加熔断器保护的变压器的规格要求不一，象北京一般要求变压器容量不大于1000KVA，深圳地区可能是1600KVA。负荷开关柜构造简单，成本较低，体积较小，多数可以靠墙安装，一般只有熔断器保护而无继电保护。负荷开关柜主母线载流量一般小于等于630A，负荷开关额定开断电流一般小于等于630A（少数达到1700A），变压器柜（出线柜）额定电流（熔断器）一般不大于125A，高档负荷开关的转移

电流可以达到2800A。部分负荷开关柜可以安装专用真空断路器、SF6 断路器或采用压气等灭弧方式，短路分断能力接近或达到开关柜水平。

环网柜用于分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，一定距离架空线路、电缆线路的充电电流，起控制和保护作用，是环网供电和终端供电的重要开关设备。

1.2分类

环网柜根据气箱结构分为共箱式与单元式；根据整体结构分为美式与欧式；根据绝缘材料分为固体绝缘式、空气绝缘式与SF6气体绝缘式；根据户内外分户内环网和户外环网。

户外设计，体积小、免维护。

坚固的内壳体和外壳体，抗外力和防爆能力强，外壳采用不锈钢或绿色箱体。

进出线电缆，通过全封闭预铸式电缆连接件，安装简单，连接可靠。电缆附件采用美式欧式均可。

美式传统共箱式设计，多路进出线在一个箱体中，结构紧凑，可靠性高。

开关组合方式灵活。

▲ 美式环网柜

1.2.2 欧式环网柜

1.2.2.1 共箱式欧式环网柜

环网柜的壳体由独立的功能小室组成，主母线、负荷开关、组合电器单元都独立成室；环网柜的充气隔室用3.0mm不锈钢板用氩弧焊焊接而成。负荷开关及母线连接均密封在SF6气体里。组合自由，扩展方便。

1.2.2.2 气包式欧式环网柜

独特的开关设计，使用不锈钢制成的负；荷开关壳体将柜体分为不同的小室。组合自由，扩展方便。负荷开关密封在SF6气体里。壳体使用不锈钢经冷锻压工艺加工而成，保证了产品的高质量。

▲ 欧式环网柜

1.3基本组成

环网柜由一般由开关室、熔断器室、操动机构室和电缆室（底架）四部分组成。

开关室由密封在金属壳体内的各个功能回路（包括接地开关和负荷开关）及其回路间的母线等组成。壳体由3㎜冷轧钢板（或不绣钢板）焊接而成。每一个功能回路包括一台负荷开关和接地开关。负荷开关是由垂直运动的动触头系统和位于下端的静触头组成，开关合闸时，动触头向下运动，负荷开关接通。接地开关由动触刀和静触刀组成，在弹簧运动过程中，接地开关快速接通。开关室上部和后部开有4个长方形装配工艺孔，环网柜的正面装有观察窗，可看到接地开关的“分”、“合”位置。在环网柜的后部装有防爆装置。

负荷开关采用压气内吹式结构，灭弧能力强，且不影响相间及对地绝缘，动、静触头均带有弧触头，大大提高了开断次数。

熔断器与负荷开关室构成变压器保护回路，高压限流熔断器装于环氧浇注的绝缘壳体内，熔断器熔断后，弹出撞针，负荷开关分闸。

操动机构室位于环网柜正面，在每个功能回路中，负荷开关配有人力（或电动）储能弹簧操动机构，接地开关配有人力储能弹簧操动机构，面板上有分别用于负荷开关合闸操作和手动分闸旋转钮及接地开关的分、合闸操作孔，负荷开关分、合闸位置指示灯和电动分、合闸按钮，并设有模拟线、开关状态显示牌及加锁位置，负荷开关和接地开关的操作具有联锁装置，以防止误操作。

1.4型号意义

环网柜的型号应定义为：

XGW/N□-12（F 或 F · R）/630-20

其中：

X -- 箱式

G --固定式

W --户外

N --户内

F --主开关配负荷开关

F · R--主开关配负荷开关—熔断器组合

有的企业在最前面增加“H”，表明“环网”的意思。

1.5主要技术参数

2、工作原理及结构

2.1工作原理及特点

▲ 环网

环网是指环形配电网，即供电干线形成一个闭合的环形，供电电源向这个环形干线供电，从干线上再一路一路地通过高压开关向外配电。这样的好处是，每一个配电支路既可以从它的左侧干线取电源，又可以从它右侧干线取电源。当左侧干线出了故障，它就从右侧干线继续得到供电，而当右侧干线出了故障，它就从左侧干线继续得到供电，这样一来，尽管总电源是单路供电的，但从每一个配电支路来说却得到类似于双路供电的实惠，从而提高了供电的可靠性。

所谓“环网柜”就是每个配电支路设一台开关柜（出线开关柜），这台开关柜的母线同时就是环形干线的一部分。就是说，环形干线是由每台出线柜的母线连接起来共同组成的。每台出线柜就叫“环网柜”。实际上单独拿出一台环网柜是看不出“环网”的含义的。

这些环网柜的额定电流都不大，因而环网柜的高压开关一般不采用结构复杂的断路器而采取结构简单的带高压熔断器的高压负荷开关。也就是说，环网柜中的高压开关一般是负荷开关。环网柜用负荷开关操作正常电流，而用熔断器切除短路电流，这两者结合起来取代了断路器。当然这只能局限在一定容量内。

这样的开关柜也完全可以用到非环网结构的配电系统中，于是随着这种开关柜的广泛应用，“环网柜”就跳出了环网配电的范畴而泛指以负荷开关为主开关的高压开关柜了。

环网柜一般由三个间隔组成，即2 个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。 SF6 负荷开关是近年来不少用户体会到的一种优良负荷开关，除电寿命长，开断力强等与真空负荷开关有共同的优点外，其突出优点是容易实现三工作位(接通、断开和接地)，小电流(电感、电容)开断，抗严酷环境条件能力强。适宜在城乡中压配电网推广应用。负荷开关是带有简单灭弧装置的一种开关电器，使用SF6 气体作为绝缘和灭弧介质的负荷开关称为SF6 负荷开关，它可以作为关合和开断负荷电流及过载电流用，亦可以作为关合和开断空载线路、空载变压器及电容器组等，凡具有接通、断开和接地功能的三工作位负荷开关，都有结构简单、价格便宜的特点。只是负荷开关不能断开短路电流。SF6 负荷开关+熔断器组合电器是由SF6 负荷开关来承担过载电流(此过载电流对SF6 负荷开关来说仍在负荷开关额定开断电流的范围以内)和正常工作电流的关合和开断，并且还要求承担"转移电流"的开断。而变压器高压侧的短路保护和过载保护由高压限流熔断器来承担。这时一组SF6 负荷开关及三个带触发器的熔断器，只要任何一个触发器动作，其联动机构会使负荷开关三相同时自动分