10KV高压开关柜柜体设计(工程科技)
浅谈10kV高压开关柜的设计
浅谈10kV高压开关柜的设计发布时间：2023-02-07T03:17:03.641Z 来源：《福光技术》2023年1期作者：沈春延张超[导读] 电力设备是供电能够顺利进入到千家万户进行使用的基本条件。
10kV高压开关柜又是整个配电系统中必不可少的电气设备，开关柜的可靠性直接影响着配电系统的正常运行和供电质量。
上海纳杰电气成套有限公司上海市 201111摘要：随着我国科学技术和社会经济的高速发展，高压开关柜应用范围也在不断扩大，品种在不断增多，自动化、智能化的程度愈来愈高。
如何保障电力系统安全、经济、可靠的正常运行越来越受重视。
在电力供配电系统中，10kV高压开关柜是高压配电网中重要的成套设备，设计的合理性对电力系统供配电具有直接的影响作用，所以为了保障系统的正常运行，切实提高系统的运行效率，必须科学合理的对高压开关柜进行设计。
本文阐述10kV高压开关柜的设计特点，高压开关柜内部结构故障及压力释放设计，设计方案有关组件的选择，包括主母线、分支母线、电流互感器、电压互感器、高压真空断路器的选择。
关键词：高压开关柜；压力释放；互感器；真空断路器电力设备是供电能够顺利进入到千家万户进行使用的基本条件。
10kV高压开关柜又是整个配电系统中必不可少的电气设备，开关柜的可靠性直接影响着配电系统的正常运行和供电质量。
我们必须对高压开关柜的优化设计以及应用进行系统且全面的研究，在不断的实践之中积累经验，善于发现现有高压开关设备设计中存在的不足并加以改进。
1高压开关设备的主要组成10kV高压开关柜设备主要适用于发电厂、换流站、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业、地铁高铁和住宅小区、商务会展中心等各种不同场所。
10kV高压开关柜设备是以真空断路器为主电气元件，是指成套的生产厂家根据设计院的电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器设备一二次器件（包括真空断路器、接地开关、避雷器、触头罩、互感器、微型断路器、转换开关、指示灯、微机综合保护装置、测量仪表，温湿度控制器、带电显示装置等）以及主、分支铜母线、联锁操作机构、绝缘子等设备装配在封闭式金属铠装开关柜柜体内，作为系统中受电和配电的装置。
10kV 高压开关柜技术规格书
´本文件产权属CHENGDA所有,未经CHENGDA书面许可不准复制或转让第三方.This document is the property of CHENGDA,it shall not be reproduced or transfered to any other party without CHENGDA's permission in written form.货物需求表10kV开关柜及附属设备详细规范及要求详见技术规格书正文、订货图及有关附件。
目录1. 总则 (4)2. 工作内容 (4)3. 规程和标准 (5)4. 现场条件 (6)5. 技术要求 (7)6. 试验和检验 (23)7. 供货范围 (24)8. 运输、贮存、安装及维护 (25)9. 技术资料和交付进度 (25)10. 质量保证 (26)11. 设计联络会 (27)12. 技术培训及技术服务 (27)13. 备品备件及专用工具 (27)1.总则1.1本技术规格书适用于重庆市MDI一体化项目乙炔装置I中110kV总变和1#~3#10kV/0.4kV变电所的10kV交流金属封闭式开关柜及其附属设备。
本技术协议提出了开关柜及其附属设备的功能、设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
1.2卖方提供的设备应是符合本技术协议要求、适用于交流额定电压10kV、额定频率50Hz的完整的成套开关设备，在符合使用环境条件情况下，接通电源即可使用。
1.3本技术规格书提出的是最低限度的技术要求。
并未规定所有的技术细节和使用的标准，供方应提供一套满足本技术协议和工业标准要求的高质量产品及其相应服务。
对国家有关安全、环保等强制性标准，必须满足其要求。
1.4卖方须执行本技术规格书要求和工业标准。
有矛盾时，按较高标准执行。
本技术协议中未提及的内容均应满足或优于本技术协议所列的国家标准、电力行业标准和有关国家标准。
1.5本技术规格书仅对设备的主要规格参数进行规定，随着工程的进展，要求进一步明确，由业主、设计单位、制造商再行召开协调会，共同商讨细部要求，并形成补充纪要。
探析10kV高压开关柜结构设计
探析10kV高压开关柜结构设计发表时间：2019-08-21T16:33:17.993Z 来源：《河南电力》2018年24期作者：翁叶锋[导读] 结合长期运行经验来看，目前国内市场 10kV 配电系统高压开关柜多为八十年代设计的柜体结构和电气布置方式，由于现代电气设备更新较快，显露出了现有的开关柜设计中存在的缺陷，设备在安装、运行以及维护时，也会受到实际操作环境和其他因素的影响，严重影响了设备的正常运行，制约了供电可靠性的提升。
翁叶锋（广东中兴电器开关股份有限公司）摘要：结合长期运行经验来看，目前国内市场 10kV 配电系统高压开关柜多为八十年代设计的柜体结构和电气布置方式，由于现代电气设备更新较快，显露出了现有的开关柜设计中存在的缺陷，设备在安装、运行以及维护时，也会受到实际操作环境和其他因素的影响，严重影响了设备的正常运行，制约了供电可靠性的提升。
本文主要针对上述开关柜现存的问题，结合具体实例对开关柜的结构设计进行分析，设计一种新型高压开关柜，有效提升高压开关柜的供电可靠性，希望对相关工作人员提供一些参考和建议。
关键词：10kV；高压开关柜；结构设计引言开关柜作为一种金属封闭式的开关电力设备，在我国应用十分广泛。
高压金属封闭开关设备集负荷开关、隔离开关、互感器、电容器、避雷器、断路器、接触器、熔断器、母线以及相应的二次设备如控制、连锁、保护、监测、通信装置等于一个长方柜形的金属外壳内，变为一种组合式电器，这样不仅减少了这些电力设备占地面积和所占的空间，还相应地提高了变电站的效率，设备在运行情况下也会有更多的安全保障，极大程度上提高了经济效益。
高压金属封闭开关设备的功能见表1。
表1 高压金属封闭开关设备的功能1传统开关柜存在的问题分析高压开关柜是电网中的重要设备，但由于其设计年代久远，在实际运行中暴露出较多问题和不足，是制约供电可靠性提升的重要影响因素之一。
图 1为目前常见的 10k V 小车式开关柜实物图。
10kV配电工程开关柜设计分析
10kV配电工程开关柜设计分析摘要：在当前经济发展极为迅猛的形势下，国内的各工业对于电力系统的配置要求也有了很大的变化。
电气系统已成为当前的现代化工业链中尤为关键的一个系统，配电高压开关柜也扮演着极为关键的角色。
本文将就10kV配电工程开关柜设计展开具体的分析，从而有利于其后续设计与应用。
关键词：10kV配电开关柜；设计；馈线断路器；智能化引言：目前，新型的智能开关柜设备早已融合了许多不同的新型技术，其已结合数据传输以及网络通讯技术等，在电力控制领域中获得了较好的应用，继而让配电开关柜的智能化程度与操作简洁性得到了明显的提高，同时，使其得到了自我保护的功能。
从配电开关柜的正式安装到此后的使用以及维修，让人力工作量明显减少，同时让人工操作故障的可能性大大减少，提升了电气系统的整体运行的安全性以及稳定性。
1、10kV 配电开关柜的概述10kV 配电开关柜的整体装置构成要素包含了互感器、接触器以及高压断路器、隔离开关等，继而形成了调节与测量控制、保护功能。
这部分也就是高压开关柜的调节装置；包含了支持件以及辅件、连接件所形成的部分则是高压开关柜配电装置。
依据国内的电网分配以及接收电能标准规范来看，10kV 配电开关柜一般都是选择使用复合绝缘材料，来充当绝缘介质。
如果不严格地按照我国的相关标准以及客户需求，来适应高压开关柜的绝缘性能，那么，在此后的生产与使用中，设备就很容易发生不确定的运行事故，继而让工作人员的人身安全备受威胁。
高压开关柜所发挥的作用是，可连接用户端以及发电站，使其形成一个统一整体，此外，还包含配电线与变电站的有效连接。
高压开关柜往往包括了电缆，母线，电器原件，断路器等等，只有这些配件十分完美，才能够更好的实现配电工程当中的通断，控制和保护，在如今的电力系统当中的应用也是非常普遍的。
在10kV高压开关柜结构设计及功能应用中需按照国家相关规定，科学合理对其进行设计改装，对预防10kV高压开关柜运行当中的风险故障具有决定性意义。
10kV配电工程开关柜设计要点分析
10kV配电工程开关柜设计要点分析摘要：高压开关柜是一种柜式的成套配电装置，柜内可安装高压电器、测量仪器、保护装置和辅助装置等。
10kV配电开关柜对于整个电力系统起着举足轻重的作用，本文阐述了开关柜的设计中应该注意到的关键问题，如控制电路的设计、开关柜内绝缘距离的设计、以及爬电距离、防护等级等。
关键词：10kV配电；开关柜；设计要点1、10kV配电开关柜的设计要点分析高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器、站用变压器以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。
其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的电能。
高压开关柜可以分为：半封闭式高压开关柜、金属封闭式高压开关柜、金属铠装式高压开关柜、间隔式高压开关柜、箱式高压开关柜以及绝缘封闭式高压开关柜等。
1.1外壳设计10kV配电开关柜的外壳必须是金属的（除通风窗、排气口外），并具有一定的强度，不得用网状编织物、不耐火或类似的材料制造；金属封闭式高压开关柜主回路的一切组件均安装在金属外壳内，外壳的防护等级应满足下表（不含防水6级及以上）的规定。
一般10kV开关柜防外物能力为3或4级（主要防蛇、鼠等小动物进入），防水等级为1级，即IP31或IP41。
1.2隔板设计高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地；10kV配电开关柜中，产品高压带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30mm的空气间隙。
当采用可移动式的绝缘隔板时，只有当负荷开关（或接触器）在断开位置时才能合上接地开关，当接地开关合上后才能将绝缘隔板插入（或插入负荷开关动、静触头之间）；只有接地开关合上、绝缘隔板己插入到位后，柜门才能打开或关闭；只有当柜门关闭到位时，绝缘隔板才能抽出、接地开关才能分开；当绝缘隔板已抽出、接地开关分开后，负荷开关（或接触器）才能实现合闸操作。
10kV高压开关柜的设计
设施设备Facilities & Equipment引言在10kv高压开关柜的设计过程中，应当将安全原则放在首位，确保其整体系统架构能够实现良好的可靠性，尽可能降低出现致命故障的概率。
同时，还应当结合多种有效的措施，保障操作人员的安全。
为了明确设计细节，应当首先了解10kv高压开关柜的基础作用，并根据其设计需求，了解需要应用的规划方案，为以后的进一步架设打下坚实基础。
1 10kv高压开关柜的基础作用10kv高压开关柜具有重要的应用意义，其属于电力系统正常运行必不可少的部件。
通过应用10kv高压开关柜，能够有效节约运输能源，并控制目标线路的状态，使其能够实现连接、闭合、断开的设计动作[1]。
同时，10kv开关柜还能够调节电力输送的状态，使其处于平衡负载条件下，避免出现过载问题。
除以上功能外，10kv开关柜能够保障系统的正常运行，如果发现架构中存在故障问题，则会第一时间隔离目标区域，使供电环节能够继续运转，降低出现不良情况的概率。
因此，合理应用10kv高压开关柜，能够有效提升电力系统的稳定性，强化安全保障，具有重要的应用意义。
2 10kv高压开关柜的设计方法2.1 安全净距。
为了确保10kv高压开关柜能够达到良好的设计效果，应当重视内部安全净距的规划。
由于元器件本身在距离过紧的条件下可能会产生干扰或连带效应，因此需要重视对开关柜内部的距离设计，确保能够预留安全长度。
按照相关设计细节的要求，若高压开关柜应用空气进行绝缘，且所处区域海拔较高，则需要保证内部连接相能够达到125mm的安全距离。
若海拔高度超过1km，则需要进一步调整绝缘距离的长度，防止其影响开关柜的正常使用。
同时，由于大部分高压配电室的内部空间较小，因此需要重视10kv高压开关柜的绝缘设计，避免完全依赖内部安全距离进行规划。
在这一设计过程中，相关人员可以采用多种有效的措施提高绝缘效果，如热缩材料等。
这种材料以SMC、DMC为主，能够有效提高绝缘能力，使10kv高压开关柜能够在有限的空间内实现安全应用目标。
10kV高压开关柜结构设计分析
10kV高压开关柜结构设计分析摘要：电能是人们日常生产生活中必不可少的能源之一，电力输送特别是高压电力输送的安全性和可靠性是电力行业关注的重点。
基于此，本文对10kV高压开关柜的结构进行了分析，并且探究了10kV高压开关柜的结构优化设计方案。
关键词：高压开关柜；运转车；凸轮装置；安全净距引言10kV高压开关柜是电力系统中应用较为广泛的设备，可以根据用户的不同需求，对电力资源进行管理。
但是，在实际应用期间，电力系统内部的主流运转车结构性能、成本以及加工过程等方面的因素，会影响到10kV高压开关柜的实际运行，通过对二者的内在联系进行分析，有利于设计出更可靠的10kV高压开关柜结构设计方案，推动国家电力事业发展壮大。
一、10kV高压开关柜结构分析从当前我国电力系统的发展状况进行分析可以看出，高压开关柜的主要模式为结构组装模式。
结构组装模式的开关柜安装过程简便，并且各个部位的灵活性较强。
组装式结构柜的安装可以根据实际情况对内部的小组件进行改装，从而满足不同的使用需求。
通过对10kV高压开关柜的结构进行分析可以看出，实际组成主要包括了断路器室、电缆室、母线室、小母线室和仪表室等五个组成部分。
这些部分相互独立，但是彼此之间又有内在联系。
以电缆室为例，电缆室内的主要部件为电缆，同时还包括部分电气元件，电器元件主要为避雷装置和开关装置。
二次元件则安装在仪表室内，通过对二次元件进行分析的方式可以实现开关柜功能的精准控制。
断路器室主要安装的是断路器，断路器的安装方式包括了手车式和固定式两种不同的方式，手车式更稳定，固定式成本更低[1]。
二、10kV高压开关柜结构优化设计方案（一）主流运转车结构性能分析1主要结构形式10kV高压开关柜主要包括了两种不同的结构类型，即螺杆式结构类型和挂钩式结构类型，为了对高压开关柜的结构进行优化设计，要明确两种不同结构类型的实际差异：（1）螺杆式结构类型。
螺杆式结构类型的运转车模式中，运转车、柜体之间相互连接依靠的是螺杆，且柜体内的进出断路器手车都是通过螺杆传动的方式实现的。
几种典型10KV高压开关柜设计方案图纸
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10kV高压开关柜柜体设计
1、绝缘距离
由于10kV开关柜用于对三相交流电进行分配，因此相间及相对地之间必须保证一定的距离，否则会引起短路，对整个电力系统造成危害。
但我们单纯以空气作为绝缘介质时，绝缘距离要求如表1。
有时为了减少开关柜外形尺寸，可以有以下几种方法：
1)在空气间隙中插入一块非金属的绝缘隔板，从而缩小对绝缘距离的要求。
但要注意的是空气净距离不小于60毫米，相间绝缘隔板应设置在中间位置。
该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。
2)使用热缩套管把高压带电导体整个套起来，实践中要确保绝缘距离不小于100毫米。
缺点是热缩套管同样存在绝缘老化的问题。
序号位置绝缘距离(mm)
1 导体至接地间净距125
2 不同相的导体之间的净距125
3 导体至无孔遮拦间净距155
4 导体至网状遮拦间净距225
5 无遮拦裸导体至地板间净距2425
6 需要不同时停电检修无遮拦裸导体之间
的水平净距
1295
7 出线套管至屋外通道地面间净距400
海拔超过1000米时1、2项值应按每升高1000米增大10％修正，3～6
项值分别增加1或2的修正值。
3)国外ABB公司有一种均匀电场的设计理论，可以通过改善带电导体的结构来缩小对绝缘距离的要求。
缺点是国内电力系统用户很难接受这一理论，因为这不符合DI/T 404—1997标准的要求。
4)国外三菱公司有一种热涂敷工艺，可以在高压带电导体表面均匀附上一层绝缘材料。
缺点是需要增添流化床设备。
综上所述，在设计许可的情况下，尽可能地使用空气绝缘，满足上表的要求。
2、爬电距离
由于电力系统用户往往追求高可靠性，实践中我们要符合以下条件：高压开关柜中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及有机绝缘件)的外绝缘爬电比距(高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比)
对于纯瓷绝缘为18mm/kV，对于有机绝缘为20mm/kV。
由于这一要求比较高，很多常规的元器件往往满足不了要求，这就要求我们告知元器件生产厂家加以定制。
元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙边的方法。
我们在选型时要注意裙边的高度与裙距比例不能太悬殊，另外，我们还应注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，我们可以在开关柜中加入带自动控制的加热器。
3、五防联锁功能
为了防止现场操作人员无意识地实施错误的操作，从而导致事故，除了加强对操作人员的培训以及实施工作票制度，我们还应在开关柜的设计中加入强制联锁装置或采取提示性措施。
对于开关柜而言，需提供五种防止误操作功能：
1)防止误分误合断路器
对于有人值守的变电站，可采用不同编号的红绿翻牌来实现。
即每台断路器均对应唯一编号的红绿翻牌，平时红绿翻牌置于控制屏上。
对于无人值守的变电站，由于断路器的分合均从远方操作，无法应用红绿翻牌方法，只能加入电气联锁。
2)防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推入拉出断路器手车。
这一功能一般都采用机械联锁进行强制性联锁。
这一要求的原因是隔离开关和手车动静触头之间不具备分断和关合正常负荷电流的能力。
万一误操作，会烧毁隔离开关和手车动静触头，事故还可能进一步扩大。
3)防止带电操合接地开关或挂接临时接地线。
这一功能要求用机械联锁，因为它关系到人为短路接地。
4)防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。
这一功能要求用机械联锁，目的也是为了防止人为短路接地。
5)防止人误入带电间隔。
这一功能一般也采用机械联锁，目的是为了防止人员触电。
综上所述，为了实现五防功能，机械联锁必不可少。
各种型号的开关柜，如GG-1A、XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在机械联锁方面各具特色。
多数采用机械零部件传动方式，一环扣一环，除非操作人员用外力将零部件损坏，否则只能按预定程序操作，可靠性高，但零部件结构复杂，对加工工艺要求较高。
有时，我们也可采用机械程序锁方式，结构非常简单，但由于存在万能钥匙，很难完全避免操作人员误操作。
而且，这一方式无法适应无人值守变电站的要求。
在万不得已的情况下，如不带断路器的进线开关柜中，我们只能采用电磁锁方式，由于电磁锁、分压瓷瓶和导线均有损坏的可能，还需外部电源供电，可靠性差。
至于高压带电显示装置，只能算是提示性措施，毫无可靠性可言，一般不推荐使用。
当然，运行人员要想通过高压带电显示装置来了解哪段主回路在带电运行，又另当别论。
4、关于防护等级
为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜时，我们应考虑要达到几级防护等级。
设计时我们要注意随着防护等级的提高，生产成本相应提高，散热条件变差，所以不能追求高的防护等级，一般以IP3X和IP4X为宜。
5、动稳定
在电力系统中，开关柜通常要能承受20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的额定短路开断电流，当开关柜中通过如此大的电流时，相间及同相母线之间会产生很大的电动力。
这时，我们需借助支撑绝缘子的支撑，使母线不会产生明显位移。
一般而言，两个绝缘子之间的距离不应超过800毫米，对于某些薄弱环节还应给予加强。
由于动稳定的理论计算极其复杂，一般设计时需依靠设计者的经验，最终需通过型式试验加以检验。
6、温升
电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流，由于一次元器件通常处于密封的柜内运行，他们产生的热量很难散发到柜外，所以导致柜内温度升高。
若温度超过以下极限值，便会烧毁元器件，酿成事故。
表3
部件
空气中SF6中油中
温度
(℃)
周围不超
过40℃时
的温升(K)
温度
(℃)
周围不超
过40℃时
的温升(K)
温度
(℃)
周围不超过
40℃时的温
升(K)
触头裸铜或裸铜合
金
75 35 105 65 80 40 镀银或镀镍105 65 105 65 90 50 镀锡90 50 90 50 90 50
螺栓或等效联接裸铜或裸铜合
金
90 50 115 75 100 60 镀银或镀镍115 75 115 75 100 60 镀锡105 65 105 65 100 60
可触及的部件温度(℃)周围不超过40℃时的温升(K)
正常操作中可触及70 30
正常操作中不需触及80
40
为了达到温升的限制条件，我们必须加强制造工艺。
虽然我们可以采取在电气联接面上涂凡士林、导电膏、镀锡、镀银等种种措施，但最终的保证在于制造。
可以说，运行中发生事故的绝大多数开关柜都是由于制造工艺不过关，从而导致温升过高引发的。
当然，在结构设计中，我们要极力避免涡流现象的发生，实在无法避免时，可采用磁阻率高的材料。
实际工作中，深深感到开关柜的设计深度永无止境，有时，我们根本无法从理论上加以论证分析，只能求助于经验，求助于型式试验，这也许是每门学科发展的现状，也是它得以发展的根本原因。