10kv高压开关柜结构设计分析

秦康

摘要：10kV高压开关柜是目前广泛使用的柜型。为了进一步提高产品的经济效益和社会效益，不断改进和完善高压开关柜的结构设计至关重要。结构是否科学合理，直接关系到产品的性能和效果。因此，重视开关柜的结构设计，分析问题产生的原因，制定相应的解决方案，是非常重要的，应得到相关部门的高度重视。

关键词：10kV;高压开关柜;结构设计

为了进一步提高产品的经济效益和社会效益，不断改进和完善高压开关柜的结构设计至关重要。结构是否科学合理，直接关系到产品的性能和效果。首先介绍了目前开关柜结构设计中存在的问题，并在此基础上探讨了解决问题的有效措施。实现10kV高压开关柜的有效改进。

一、10kV高压开关柜的结构

目前，对于电力系统中涉及的高压开关设备来说，其结构主要是装配的，因为装配的开关设备具有安装简单、灵活性高的优点，并且可以根据实际情况修改多个小部件以满足不同的要求关于10kV高压开关设备目前的结构，主要由五个部分组成，即电缆室、仪表室、断路器室、母线室和小母线室。这些部分相互联系，相互独立。每个组件都有自己的功能，其中电缆室主要是放置电缆和安装电气组件的地方，包括接地开关和防雷装置。仪表室主要配备二级组件，通过正确安装二级组件，可以有效控制电动柜的功能。断路器主要安装在断路器室。通常情况下，对于断路器的安装主要有固定式和手车式两种安装方式，固定式安装方式的优点在于操作简单，而且安装成本较低，但是灵活性较低;而手车式安装方式的优点则是可靠性高，能够大幅度提高供电的安全性和稳定性，但相应的成本也比较高。安装人员需要根据实际需求，选择最佳的安装方式。母线室中所安装的母线大小和强度需要满足一定的动、热稳定值的要求。而小母线室则主要安装一些简单的小母线。只有妥善完成上述五部分的安装工作，10kV高压开关设备的结构设计才能科学合理，进而提高设备的服务性能。

二、10kV开关柜结构设计中的关键问题

高压开关设备的结构设计是否科学合理直接关系到设备的有效性能。当前，根据10kV高压开关设备结构设计的实际情况，工艺中存在的主要问题主要包括以下五个方面。只有有效解决这些问题，我们才能从根本上提高开关设备的整体质量，充分发挥其作用。

1.爬电距离。随着我国电力系统的发展，电力系统用户对系统的可靠性提出了更高的要求。根据绝缘污染等级和实验技术条件的规定和要求，开关柜一次回路中的元件应满足相间绝缘和相对地绝缘。组件通常由各种绝缘部件支撑。绝缘件除了要满足一定的绝缘水平外，在一定的污染水平下还应具有良好的绝缘爬电距离。一般在正常环境下使用，污染等级为二级，一般推荐10kV高压开关柜中绝缘部分的爬电距离为≧18mm/kv（瓷绝缘）和≧20mv（有机绝缘）。目前绝缘件厂家通过改变绝缘件伞裙的数量和高度来增加爬电距离，但为了安装和后期维护方便，绝缘件的安装尺寸一般不变。目前，10kV高压开关柜中的绝缘件是成熟的产品，但由于厂家生产工艺和所用材料的不同，市场上绝缘件的绝缘水平和爬电距离也不尽相同。因此，在设计要求时，需要明确绝缘件的污染等级、爬电距离等技术要求，严格控制绝缘件的质量检验，以提高绝缘件的可靠性。

2.防护等级。设计时要设计几级防护等级，能防止人体接近或接触到高压带电部件。同时在设计过程中也要注意防护等级越高越好，因为防护等级越高，生产成本越高，整体散热性能越差，所以一般我们把防护等级设置在IP3X和IP4X。由于这些开关柜是常用设备，所以安全防护一定要滴水不漏，因为一旦发生事故，电是无情的。10KV高压开关柜属于高压带电设备。为防止人员靠近高压带电部件和接触高压开关柜的活动部件，在设计开关柜时，10KV固定式开关柜必须满足防护等级IP3X的要求，可移动式开关柜必须满足防护等级IP4X的要求。

3.安全净距。安全间隙是目前10kV高压开关柜设计中必须考虑的问题，主要针对设备结构设计中涉及的所有外露带电电气元件。如果这些电气元

件之间没有安全间隙，必然会导致短路现象，甚至直接导致电力系统崩溃。要解决安全间隙问题，设计人员需要根据相关电力标准以海拔1000米的高度为分界点，确保电气元件之间的安全间隙在1000米以下时大于125毫米，在1000米以上时根据实际情况进行适当调整。如果配电室空间过小，无法满足电气元件间安全间隙大的需求，可以通过缩小高压开关柜的尺寸，有效解决绝缘问题。此外，DMC和SMC绝缘板也能在一定程度上解决绝缘问题，但需要注意的是，使用这类材料时，需要保证开关柜带电裸导体与绝缘板的间隙大于15mm。另外，随着时间的不断增长，保温隔板的保温性能也会下降，所以一定要定期检查，一旦发现问题要及时采取措施解决。

4.五防联动，即所谓的“五防联锁”，主要包括五个方面，即防止断路器误分、误合，防止人员意外进入带电驾驶室，防止接地开关带电操作，防止在负载下打开和关闭上下隔离开关，10kV高压开关柜五级联锁的实施方式主要有机械联锁和程控机械联锁，机械联锁方式下的系统各部分相互连接，按相应的操作规程操作程序。防5联锁的优点是可靠性高，在运行中不会损坏设备。机械式程控门锁结构相对简单，但由于其内部结构复杂，五防联锁内容丰富，对加工工艺要求较高，由于结构中存在外万能钥匙，人为操作失误引起的各种问题不可避免，结构设计人员应根据10kV高压开关柜的实际操作需要，采用最佳的五级联锁方式。

5.温度的变化。10KV高压开关柜承受的电流强度相对较高，一般能承受的最高工作电流为4000A。如前所述，开关柜内的一次元件一般在封闭的柜内，通过电流时会产生大量的热量，很难辐射到柜外。所以柜内温度一般都很高。如果达到部件所能承受的最高温度，可能会损坏每个初级部件，造成难以想象的事故。为了解决一次元件柜内温度过高的问题，必须改进工艺，在电连接面上涂上导电胶、镀锡等散热材料，加强制造过程的质量控制，避免因制造不充分而造成事故。每种防护材料对温度的要求不同，因此通过对环境的精确测量和开关柜设计的协调，可以毫无问题地选择防护材料。10KV高压开关柜的设计要求已在相关国家标准的发布中有规定，包括材料和绝缘子的设备要求等。这些设备可以在任何有发电装置的大型场所使用，因此对其安全防护要求特别高。在设计中始终把用电安全放在第一位，在设计中充分考虑线路走向，以最佳、最节约资源的方式达到最佳效果，并不容易。但是，只要我们继续学习，我相信我们仍然可以取得进步。

6.动稳定。一般来说，10kV高压开关柜能承受的额定断路电流为20kA-50kA。如果断路电流超过这个范围，就会导致母线之间产生更大的电动势。在这种情况下，为了有效避免母线偏移的发生，设计者需要在支撑绝缘子的支撑下保护母线，不使母线弯曲变形或损坏母线支撑和盖板等。在一些薄弱环节，要加强。

总之，随着社会发展对电力系统要求的不断提高，10kV高压开关柜是系统中最重要的控制和保护设备，其结构设计的不断完善也引起了相关部门的重视。目前10kV高压开关柜在结构设计上还存在一些需要解决的问题，需要相关部门从问题的根源入手，采取针对性的措施加以解决，從而保证开关柜的结构设计能够满足需求，提高产品性能，更好地发挥产品的作用，最终实现电力系统的优化和完善。

参考文献：

[1]李晓波.浅谈10kV高压开关柜结构设计问题探讨.2019.

[2]宋晓青.关于10kv高压开关柜结构设计分析.2020.