论文部分内容阅读
摘要：中压开关是电力系统当中一个非常重要的部分，它和电网能否正常运行有非常大的关系。如果中压开关设设备出现温升过高或者绝缘性能差等因素，就容易造成一系列的危险事故。不但会导致停电，甚至还会威胁到人们的生命财产安全。所以，必须对固定式中压开关设备进行创新设计，从而提高开关设备的性能及质量，解决温升这个重要的问题。
关键词：温升过高；固定式中压开关；创新设计
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0061-02
1 为什么要降低温升
如果固定式中压开关设备运行的时间比较长了，那么就可能会导致载流，甚至会引发一系列的故障。首先是断路器，断路器的温度超过了固定值的时候，就可能导致引线发热，发生绝缘事故，最后使中压开关设备被烧毁。对造成故障的因素进行分析，主要是因为中置式开关设备当中的断路器结构是属于移开式的，在这种结构当中，接触不良现象出现的次数会比较多。另外动触头偏心，导致断路器的动、静触头间可能出现比较大的接触电阻，提高了开关设备的温度，使得主回路所产生的热量不容易朝着柜内散发。所以解决中压成套设备温升问题已经刻不容缓。
此外，因为结构的原因，过去的开关设备的散热性能非常差，不能在一定的时间段内将柜内的热量散发出去。所以，在对新的固定式中压开关设备进行设计的时候必须满足以下几点：第一，要使设备触头滑动更加可靠；第二，达到自然风冷的目的；第三，加强散热；第四，减少电阻的发热；第五，防止涡流的发热；第六，加强绝缘的设计。
2 降低中压成套设备温升的措施
2.1 采用固定式的结构
采用固定式的结构，其目的是为了使开关触头滑动连接更加稳定可靠，避免发生故障。因为过去的中置式开关设备很容易发生触头接触不良的现象。在本次设计当中，采用固定式连接的开关设备，可以从根源上解决这个问题。
首先，本次设计采用的是断路器是具有永磁操作功能的，这样的操作结构只有一个运动部件，而且还能够和真空灭弧室进行连接。它的特殊机械性能也可以和断路器进行匹配。此外，永磁操作机构和过去的弹簧结构相比较，前者的零件很少。这能够有效的防止零件连接松散的问题，而且也能够提高开关设备机械系统运行的性能、稳定性。
其次，这次设计为了达到固定式开关设备的性能需要，必须采用科技水平较高的侧装式高压隔离开关。这种隔离开关的体积很小，但是能够承载较大的电流而不会产生温度过度升高问题，所以也杜绝了故障现象
出现。
2.2 对中压开关设备的长期载流温升进行分析
在长期载流的时候对温升进行估算，同时也就是计算开关设备通过额定电流的时候，其自身的温升值。通过对其进行计算，可以准确的评估设备的载流能力。在进行计算的过程中，可以将辐射和对流作为导体表面的传热方式，关于外壳对内、对外的热传导，可以暂时不管。此外，因为这个结构在设计的过程中已经将涡流发热进行了避免，所以，关于介质损耗以及临近效应和感应发热等，应该忽略不计。
如果是设备的发热比较稳定，那么导体的热功率P就应该这样计算，辐射率PR、空气对流散热功率PC以及通风自然对流功率PV得出的和。这被称为是热平衡方程，具体应该是这样的，PR+PC+PV=P。
根据实际情况，该中压开关设备的外形尺寸应该是这样的，高为2400毫米，宽为1000毫米，深度为1300毫米。其额定电流应该为3150A，环境温度为20摄氏度。散热表面积为13.56平方米。整个开关设备上下自然通风口的面积为0.12平方米。采用常用的简易计算方法，也就是设备内气体平均温升法进行计算，最后得出该设备的内温升小于30K，因此能够达到温升的需要。
2.3 制定出开关设备的散热措施
在制定出开关设备的散热措施时，必须要有针对性。因为设备产生热源主要包括几个方面，比如封闭开关设备铁磁体内产生的涡流、磁滞损耗以及电流经过导体的时候产生的电阻损耗。所以必须针对这个方面来制定出开关设备的散热措施，由于在平时，主开关回路所产生的热量不容易散发到柜内，因此可能导致设备无法散热，最终产生故障。本次设计主要从抑制散热这方面入手，从而实现设计的要求。
首先是降低发热，在本设计当中，要选择性能比较好的元件，这个元件的电阻必须很低，能够使回路电阻降到最低。也要采用不导磁的材料来对开关柜的一部分进行组装，从而隔断磁通，避免涡流产生。而且在本次设计当中，每一个零部件的布局都要精心设计，比如对固定方式以及特殊隔离开关进行合理的连接，使得主回路通电导体距离直线最短，从而降低了主回路电阻，避免了焦耳热的出现，并且降低了电阻发热源出现的
机率。
其次要加强散热，因为本设计采用的大电流断路器材料是铝散热片，这会增加散热面积，并且加强散热。而且还要采用电泳无光黑漆来处理主母线非搭接的表面，这样做的目的是增加辐射散热系数，提高散热的性能。另外，还要采用穿心式互感器，从而穿越电缆室的隔板，最终形成电缆室到断路器再到母线室的通风口，既巧妙的利用了空间，又形成了对流的通道。
同时，新设计的这个设备结构达到了散热的基本要求。同时也解决了一个重要的问题，那就是传统的中置柜在这个电流等级下必须安装风机才能降低温度和通风，但是新设计的结构不需要安装所谓的风机，就可以降低温度。
2.4 绝缘设计
在本次设计当中，需要遵循低成本、可靠的原则，可以采用空气来作为相间以及相对绝缘介质。在设备的内部，带电体相间以及对地间有一定的空气绝缘距离存在，所以防止了绝缘事故的发生。
2.5 对整体的结构进行设计
整个中压开关设备主要由四个部分组成，即断路器室、母线室、电缆室以及仪表室。在本次设计当中，要采用钢板对每一个隔室间内进行分割，这样就能避免局部的故障对相邻隔室造成一定的影响。此外，每一个隔室都必须有自己的泄压通道，这个泄压通道还是通往柜顶部的，通过这样的方式，可以有效的保障工作人员的人身安全。
3 成果
中压开关柜作为电网中的一个重要设备，其性能只有满足了设计的需要，才能保证电力安全而正常的运行。在本次应用的新措施中，不但使设备的触头更加安全可靠，另外也避免了接触不良的现象发生。在投入使用后，设备的散热性能非常好，没有出现发热的现象，更没有烧毁设备。此外，设计中还进行了绝缘设计，这更加的降低了设备故障出现的机率。
4 总结与体会
电力运行关系到人们的正常生活与工作，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对电力运行的要求也越来越高。而开关设备是电力系统中的重要组成部分，在保证电力系统运行的过程中起着非常重要的作用，因此必须对开关设备进行合理设计。从而避免故障产生，并且满足人们的用电需要。
参考文献
[1] 张薇彤.论降低固定式中压开关设备温升之结构创新设计[J].科技创新导报，2012，（34）：31-31，33.
[2] 熊泰昌.有关中压开关设备设计思考的一些新问题[J].上海电器技术，2009，（3）：8-14.
[3] 蔡德成.高中压开关设备ERP系统设计与软件集成[J].电气传动自动化，2005，27（6）：52-54.
[4] 黄绍平李永坚.中压开关设备智能单元设计[J].电力系统及其自动化学报，2004，16（2）：44-46.
[5] 卫国鹏，沈建位，杨志忠，李建军.中压开关设备母线设计[J].电气开关，2013（2）：107-108.
[6] 第18届C1RED2005年配电开关设备文集[J].高压电器，2006，42（6）：480-480.
关键词：温升过高；固定式中压开关；创新设计
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0061-02
1 为什么要降低温升
如果固定式中压开关设备运行的时间比较长了，那么就可能会导致载流，甚至会引发一系列的故障。首先是断路器，断路器的温度超过了固定值的时候，就可能导致引线发热，发生绝缘事故，最后使中压开关设备被烧毁。对造成故障的因素进行分析，主要是因为中置式开关设备当中的断路器结构是属于移开式的，在这种结构当中，接触不良现象出现的次数会比较多。另外动触头偏心，导致断路器的动、静触头间可能出现比较大的接触电阻，提高了开关设备的温度，使得主回路所产生的热量不容易朝着柜内散发。所以解决中压成套设备温升问题已经刻不容缓。
此外，因为结构的原因，过去的开关设备的散热性能非常差，不能在一定的时间段内将柜内的热量散发出去。所以，在对新的固定式中压开关设备进行设计的时候必须满足以下几点：第一，要使设备触头滑动更加可靠；第二，达到自然风冷的目的；第三，加强散热；第四，减少电阻的发热；第五，防止涡流的发热；第六，加强绝缘的设计。
2 降低中压成套设备温升的措施
2.1 采用固定式的结构
采用固定式的结构，其目的是为了使开关触头滑动连接更加稳定可靠，避免发生故障。因为过去的中置式开关设备很容易发生触头接触不良的现象。在本次设计当中，采用固定式连接的开关设备，可以从根源上解决这个问题。
首先，本次设计采用的是断路器是具有永磁操作功能的，这样的操作结构只有一个运动部件，而且还能够和真空灭弧室进行连接。它的特殊机械性能也可以和断路器进行匹配。此外，永磁操作机构和过去的弹簧结构相比较，前者的零件很少。这能够有效的防止零件连接松散的问题，而且也能够提高开关设备机械系统运行的性能、稳定性。
其次，这次设计为了达到固定式开关设备的性能需要，必须采用科技水平较高的侧装式高压隔离开关。这种隔离开关的体积很小，但是能够承载较大的电流而不会产生温度过度升高问题，所以也杜绝了故障现象
出现。
2.2 对中压开关设备的长期载流温升进行分析
在长期载流的时候对温升进行估算，同时也就是计算开关设备通过额定电流的时候，其自身的温升值。通过对其进行计算，可以准确的评估设备的载流能力。在进行计算的过程中，可以将辐射和对流作为导体表面的传热方式，关于外壳对内、对外的热传导，可以暂时不管。此外，因为这个结构在设计的过程中已经将涡流发热进行了避免，所以，关于介质损耗以及临近效应和感应发热等，应该忽略不计。
如果是设备的发热比较稳定，那么导体的热功率P就应该这样计算，辐射率PR、空气对流散热功率PC以及通风自然对流功率PV得出的和。这被称为是热平衡方程，具体应该是这样的，PR+PC+PV=P。
根据实际情况，该中压开关设备的外形尺寸应该是这样的，高为2400毫米，宽为1000毫米，深度为1300毫米。其额定电流应该为3150A，环境温度为20摄氏度。散热表面积为13.56平方米。整个开关设备上下自然通风口的面积为0.12平方米。采用常用的简易计算方法，也就是设备内气体平均温升法进行计算，最后得出该设备的内温升小于30K，因此能够达到温升的需要。
2.3 制定出开关设备的散热措施
在制定出开关设备的散热措施时，必须要有针对性。因为设备产生热源主要包括几个方面，比如封闭开关设备铁磁体内产生的涡流、磁滞损耗以及电流经过导体的时候产生的电阻损耗。所以必须针对这个方面来制定出开关设备的散热措施，由于在平时，主开关回路所产生的热量不容易散发到柜内，因此可能导致设备无法散热，最终产生故障。本次设计主要从抑制散热这方面入手，从而实现设计的要求。
首先是降低发热，在本设计当中，要选择性能比较好的元件，这个元件的电阻必须很低，能够使回路电阻降到最低。也要采用不导磁的材料来对开关柜的一部分进行组装，从而隔断磁通，避免涡流产生。而且在本次设计当中，每一个零部件的布局都要精心设计，比如对固定方式以及特殊隔离开关进行合理的连接，使得主回路通电导体距离直线最短，从而降低了主回路电阻，避免了焦耳热的出现，并且降低了电阻发热源出现的
机率。
其次要加强散热，因为本设计采用的大电流断路器材料是铝散热片，这会增加散热面积，并且加强散热。而且还要采用电泳无光黑漆来处理主母线非搭接的表面，这样做的目的是增加辐射散热系数，提高散热的性能。另外，还要采用穿心式互感器，从而穿越电缆室的隔板，最终形成电缆室到断路器再到母线室的通风口，既巧妙的利用了空间，又形成了对流的通道。
同时，新设计的这个设备结构达到了散热的基本要求。同时也解决了一个重要的问题，那就是传统的中置柜在这个电流等级下必须安装风机才能降低温度和通风，但是新设计的结构不需要安装所谓的风机，就可以降低温度。
2.4 绝缘设计
在本次设计当中，需要遵循低成本、可靠的原则，可以采用空气来作为相间以及相对绝缘介质。在设备的内部，带电体相间以及对地间有一定的空气绝缘距离存在，所以防止了绝缘事故的发生。
2.5 对整体的结构进行设计
整个中压开关设备主要由四个部分组成，即断路器室、母线室、电缆室以及仪表室。在本次设计当中，要采用钢板对每一个隔室间内进行分割，这样就能避免局部的故障对相邻隔室造成一定的影响。此外，每一个隔室都必须有自己的泄压通道，这个泄压通道还是通往柜顶部的，通过这样的方式，可以有效的保障工作人员的人身安全。
3 成果
中压开关柜作为电网中的一个重要设备，其性能只有满足了设计的需要，才能保证电力安全而正常的运行。在本次应用的新措施中，不但使设备的触头更加安全可靠，另外也避免了接触不良的现象发生。在投入使用后，设备的散热性能非常好，没有出现发热的现象，更没有烧毁设备。此外，设计中还进行了绝缘设计，这更加的降低了设备故障出现的机率。
4 总结与体会
电力运行关系到人们的正常生活与工作，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对电力运行的要求也越来越高。而开关设备是电力系统中的重要组成部分，在保证电力系统运行的过程中起着非常重要的作用，因此必须对开关设备进行合理设计。从而避免故障产生，并且满足人们的用电需要。
参考文献
[1] 张薇彤.论降低固定式中压开关设备温升之结构创新设计[J].科技创新导报，2012，（34）：31-31，33.
[2] 熊泰昌.有关中压开关设备设计思考的一些新问题[J].上海电器技术，2009，（3）：8-14.
[3] 蔡德成.高中压开关设备ERP系统设计与软件集成[J].电气传动自动化，2005，27（6）：52-54.
[4] 黄绍平李永坚.中压开关设备智能单元设计[J].电力系统及其自动化学报，2004，16（2）：44-46.
[5] 卫国鹏，沈建位，杨志忠，李建军.中压开关设备母线设计[J].电气开关，2013（2）：107-108.
[6] 第18届C1RED2005年配电开关设备文集[J].高压电器，2006，42（6）：480-480.