中压环网配电开关设备的设计与发展

钟滨滨

摘要：本文主要针对中压环网配电设备中的相关设计要求做了简介，重点对绝缘机构设计、接地开关等做了相应论述。针对当前城市的用电量不断扩大，对供电设备的可靠性提出了越来越高的要求，于是对未来供电设备的发展趋势做出了推测。

关键词：中压环网配电设备;设计;未来发展

中压环网配电设备的主要作用在于，保护供电线路的运行安全。环网配电设备之中内含负荷开关与熔断器等装置，可以为环网线路的正常运行提供良好保障。可以看出，该设备在电力系统二次配件领域内发挥着十分重要的作用。该设备的购买成本与维护成本均较低，结构简单，占地面积小;同时却具备着较高的性价比，较大的供电参数与稳定的运行状态。伴随着环网供电技术的不断发展，该设备也逐渐被推广应用。

一、总体设计

环网配电开关的设计主要是为了满足电力系统中的相关使用需求，以及符合国家规定标准而制造的。该设备可以针对不同场合与不同控制对象，结合主要电器元件的自身特点，以此来确定功能单元的安全级别、结构类型等。主开关大多由断路器负荷开关组成，极个别是组合电器。在设计时，应当首先考虑较为复杂的负荷开关与熔断器组合而成的电气回路，并以此设定总体结构以及外形尺寸等，同时负荷开关回路与其设计相类似。根据以上内容，可以确定大致柜型，例如负荷开关柜，多回路柜等。

在一次导电回路中，涉及各元件的布置与导体走向等方面时，应当充分考虑散热能力，以及载流等问题。为了保证动热稳定实验时，不会引发动触头的自动退出，应当使元件的布置结构可以借助合闸时的电动力，发挥效力。在设计母线时，应当根据通流容量推测出大致电流密度，一般选择圆形或扁形母线。设计电连接中的动静触头、固定连接和滑动触头时，应当保证其所接触的电阻较小，接触性良好。为了防止电化腐蚀对接触面造成的破坏以及电阻增大等问题的出现，在两种不相同的金属导体进行连接时，需采取一定的保护措施，例如在导体的接触面进行镀银等保护工作。

设计隔室时，应当保证设备与人员的安全性，便于人员进行加工和组装，同时有利于防止内部故障导致的电弧扩大。每个隔室都应当安装压力释放装置，一旦出现故障，该装置可以帮助限制与释放压力，致使所产生的高压气体可以顺着释放通道流向柜外。并且各隔室的防护等级，应当保持在IP3x以上，其中的隔板可根据不同需要进行选择。

二、绝缘结构

在设计开关柜时，应当使其保持在国家相关标准中所规定的试验电压之上，并且可以耐受最高工作电压与短时过电压。在进行绝缘设计时，应当首要考慮各绝缘件的工作环境，以及确定所需的材料结构等。因为不同元件与导体的外型会对柜内电场的分布产生直观影响，所以，设计导体时应当使其外形保持圆滑，避免出现过硬的棱角。这样才可以使柜内电场呈现均匀分布。

空气绝缘：当前设计产品时主要采用以空气为主体的复合绝缘，在进行设计时，通常需要考虑到相关标准中规定的电气间隙，爬电距离等，以此来确定绝缘尺寸。由于近年来电场计算软件水平的不断提高，作为设计绝缘产品的辅助工具，有限元分析可以实现较为精确的设计。通过电场分析软件的数值计算，可以得出绝缘薄弱环节，然后进行布局调整或结构优化，并结合使电场均匀分布、较强的电极耐受力，以及绝缘件的外部与内部场强等因素，改变电场的分布，促使局部电场变得均匀，降低电场强度的最大值，并且建议通过屏蔽技术，使场强有所改善。

气体绝缘：为了保证良好的密封性与低污染性，当充气柜处于低压力范围时，应当选用sf6、n2以及干燥的压缩空气或混合气体作为主回路导体与密封箱体之间的绝缘介质，此时仍需注意的主要问题在于，虽然充气柜内不具备高压气体，但仍需注意密封问题。虽然从宏观上看，一旦柜内气体出现泄漏时，内部压力等同于外部压力，此时气体将不会继续泄漏。但是从渗透角度思考，柜内的绝缘气体压力仍然明显高于柜外，所以，气体仍将持续渗出。可是一旦柜外压力高于柜内时，空气又将通过缝隙反向进入柜内。长此以往，虽然柜内的压力没有发生变化，但是气体成分已然发生改变，空气所占比大大增加。

界面绝缘与固体绝缘：固体绝缘件的主要作用表现为，当处于大气中的固体绝缘件相互对接时，在接触表面会形成一个分界面，此时如果存在空气间隙，那么就可能会成为放电路径与绝缘薄弱的环节。为了改善这一缺陷，可使用硅橡胶等弹性材料贴合在固体绝缘表面上，以此减小或除去分界面上的气体间隙，提高界面绝缘能力。固体绝缘主要是通过用硅橡胶等绝缘材料对高压元件中的带电的芯部分进行硫化或浇注，再在外部运用喷镀液态金属等方法，构建一接地层或半导电层，使用固体绝缘材料维持芯部高压导体和半导体或接地金属之间的耐受电压，以此来提高安全系数。同时可以将高压元件放在隔室的外面，增大元件彼此间的距离，便于使用。

三、机械传动、锁定和联锁

机械传动的主要构成有：隔离开关、接地开关、断路器操动机构及门连锁等不同方面的运动传递、锁定和联锁。目前该部分可优化的方向有：传动机制的原理与布局、减少零件数量、降低操作力等，可以使受力分布合理、外观简洁、可操作性强、安装便捷。为了避免工作人员出现操作中的失误，开关柜都配备了一套预防出现失误操作的联锁装置。

四、可靠接地

按照相关规定，开关柜在设计之初都需配备必要的接地开关。进行设备维护时，需要先将需要触碰的主回路接地;在机壳外部低端，需要安装适用于规定故障条件的接地导体与端子，进行并柜时，使用导体连接彼此;使用接地回路连接接地开关与接地导体;相邻柜、接地导体与接地开关之间进行连接时，需可以承受规定的短时耐受电流与峰值耐受电流;为了确保功能单元内部之间的接地连续，应使框架、盖板等构件之间在电气上保持连续。除此以外，需要保证从机壳金属部分的任一点到接地导体，若通过30A的直流时，电压不可超过3V。

五、未来发展规划

随着城市用电量的不断增大，对供电设备的可靠性也提出了新要求，环形网络设备和多回路配电柜已然成为了配电系统中的重要组成部分。随着信息技术的逐步发展，集成技术与机电一体化技术也得到了显著提升，未来的供电设备会变得更为智能化、模块化、体型更小、成本更为低廉。

参考文献

[1]李建基.高压开关设备实用技术[J].北京：中国电力出版社，2004.

[2]熊泰仓.中压开关设备使用手册[J].北京：中国电力出版社，2010.