24kV高压负荷开关的设计和应用

■ 无锡市蓝虹电子有限公司 沈兴元

1 引言

随着我国国民经济和电力工业的迅速发展，原有电压为12kV供电网将逐步升级到电压为24kV供电，在沿海经济发达地区新建的开发区, 已经用额定电压24kV来环网供电。为此迫切需要开发出额定电压为24kV高压负荷开关来满足用户的需求，现把以空气为灭弧介质额定电压为24kV的NAL24型负荷开关的工作原理、技术参数、设计方法及使用情况作一分析，供广大电力设计人员参考。

2 24kV负荷开关发展概况

对于12kV负荷开关而言，是上世纪中期发展起来的，现在已在供电系统中特别是在工厂、居民小区、箱式变电站等场合已广泛使用，在有些场合中，为了限制短路电流，宁愿采用负荷开关加限流熔断器组合电器，用于降低电力系统在短路故障时的动稳定性和热稳定性，从而进一步更加可靠的保护变压器，近年来随着供电网络额定电压将从12kV提高到24kV的推广应用，以及使用24kV环网供电系统建设和24kV箱式变电站使用，额定电压为24kV的负荷开关和24kV的负荷开关-熔断器组合电器的开发已成为满足市场需求的当务之急。为此近年来在12kV负荷开关的基础上成功开发出24kV负荷开关来满足市场的需求。

3 以空气为灭弧介质的24kV负荷开关的结构和工作原理

目前24kV负荷开关的灭弧介质有空气、真空和六氟化硫，尤其是NAL24型负荷开关填补了以空气为灭弧介质领域的国内空白，现已成为24kV负荷开关的首选, NAL24型负荷开关是以空气为灭弧介质,采用压气和产气双重灭弧系统，其工作原理如下：

负荷开关的静触头座内部设计成一个活塞腔，并配装活塞，活塞杆与主轴联结，当主轴旋转带动动触头分闸时，活塞也被带动，并与动触头同步运动沿活塞腔向上压气，被压出的气体从喷嘴喷出，形成快速纵向吹弧气流，即压气灭弧，如右图所示。压气灭弧作用与开断电流大小无关，只与机械运动特性有关，如左图中曲线2所示。

喷嘴材料为高温产气材料，当遇到由电弧产生的高温时，材料表面将气化，在瞬间产生大量气体，并在短时间内聚集在喷嘴狭小的空间内，产生很大的气压，起到了有效的灭弧作用，即产气灭弧。产气灭弧作用大小与开断电流的大小成近似正比例关系，即开断电流越大，产生的温度越高，喷嘴产生的气体越多，气体压强越高，产生灭弧作用越大，如上图中曲线1所示。实际开断电流时，灭弧由活塞压气和喷嘴产气共同完成，如上图中曲线3所示。由此可见，在开断小电流时以压气灭弧为主，在开断大电流时以产气灭弧为主。

四、NAL24型负荷开关的主要技术参数

NAL24型负荷开关的触头外型设计合理，触头运动速度快，短路关合能力在24kV电压等级下达到50kA，主要技术指标如下:

额定电压: 24kV

额定电流: 630A

额定短路关合电流: 50kA

额定短时耐受电流: 20kA/2S

额定峰值耐受电流: 50kA

额定工频耐受电压: 65kV/1Min

(相间及相对地)

额定工频耐受电压: 79kV/1Min

(隔离断口间)

额定雷电冲击耐受电压: 125kV/1Min

(相间及相对地)

额定雷电冲击耐受电压: 145kV/1Min

(隔离断口间)

五、NAL24型负荷开关的应用实例

高新区新建某外资企业用1250kVA箱式变电站(附箱式变电站主接线图)。

在图中，箱式变电站的主变压器为：SCB20-1250-20/0.4，即一次电压为20kV，二次电压为0.4kV，额定功率为1250kVA，采用二路环网进线，二台进线柜上装的开关为NAL24-6A275R型负荷开关，即额定电压为24kV，额定电流为630A，该二台开关间采用机械的方式进行强制闭锁，也就是说二台开关中只能合一台，不能同时合二台，但二台可以同时分闸；出线柜上装的开关为NALF24-6A275RE型负荷开关-熔断器组合电器，配装的熔断器的型号为XRNT3A-24KV/63A-50kA，该箱式变电站使用二年来用户反映良好，并且由于额定供电电压已从原来的10kV提高到20kV，一次回路电流比用10kV供电减少一半，损耗有了较大的降低。

六、总结

1.在现有24kV负荷开关中有空气式、真空式和六氟化硫式三种灭弧类型的开关，它们各有利弊。

2.对于六氟化硫负荷开关，开断电压越高其开断性能越好，但六氟化硫式负荷开关存在泄漏问题，对环境有一定影响，且六氟化硫气体一旦和水分结合，生成H2SO3、HF、H2FO3等易腐蚀酸液，所以在使用中要随时监测其气体系统上的压力表，并及时补气；同时跟据京都协定书的认定，六氟化硫气体是六个温室气体之一，从环保的角度出发应少用或不用。

3.对真空负荷开关，其开断电流在真空中，其开断性能较好，对环境没有影响，但其开断截流值较高，其真空寿命十年左右，并且有1%的真空慢性漏气几率的存在，在使用中要定期监测和检查。

4.对空气式负荷开关，是以空气为灭弧介质，象NAL24型负荷开关灭弧采用压气和产气双重灭弧系统，在24kV电压等级填布了以空气为灭弧介质开关的国内空白，且通过国家高压电器质量监督检验中心西安高压电器研究所的型式试验证明，该灭弧原理在24kV电压下是可行和可靠的。

5.由于24kV空气式NAL24型负荷开关采用模块化设计，结构紧凑，且用双盘簧操作机构，保证了负荷开关所需要的分合闸速度，特别是分闸速度达到6.5米/秒，确保了负荷开关能开断和关合大电流。

6.24 kV空气式NAL24型负荷开关安装方便，可跟据客户的要求灵活方便的组合安装成左操右操，正装倒装，该开关使用寿命设计为五十年，在24kV负荷开关领域里是最理想的一种，目前已由上百台开关在箱式变电站中使用。

《高压交流负荷开关》王季梅编著 机械工业出版社