随着科技的不断进步,开关柜正在朝着小型化、密集化、模块化、智能化、操作简单、高可靠性等方向发展。在开关柜小型化和密集化的过程中,绝缘和散热成为制约开关柜步发展的关键问题,开关柜绝缘击穿和火灾时有发生。因此,对开关柜的绝缘和产热的研究具有重要的实际应用价值和意义。本课题在查阅国内外文献的基础上,研究了 40.5kv高压开关柜的总体结构和性能特点。以GB-T11022-2011要求为准则,计算出开关柜在稍不均匀电场环境下的SF6气体的临界击穿场强,作为绝缘要求电场值。采用有限元方法,对高压开关柜的隔离开关室和断路器室进行电场仿真,结果表明:隔离开关室和断路器室中最大场强均出现在气室上部母排的边缘处,且整体最大电场强度均大于绝缘要求电场值。研究了真空灭弧室的整体结构和灭弧室设计的关键区域,以真空的击穿场强为标准,对真空灭弧室进行电场分析,结论表明:真空灭弧室最大电场强度小于真空的临界击穿场强,且关键区域电场分布极不均匀。根据真空灭弧室关键区域结构和关键区域绝缘机理,选取灭弧室中某段陶瓷和屏蔽罩的结构进行研究,探求灭弧室结构尺寸变化对关键区域电场强度的影响规律。结果表明:屏蔽罩末端添加均压环后,屏末端电场集中现象消失;增大均压环短半轴尺寸、减小均压环到陶瓷外壳距离可使外侧三重结合点处的电场强度减小;增大屏蔽罩之间距离和屏蔽罩到陶瓷之间距离可使沿陶瓷表面最大电场强度减小;增大金属嵌件深度和宽度、增大陶瓷角度可使内侧三重结合点处最大电场强度减小。以SF6的临界击穿场强为校核值,对隔离开关室和断路器室上部母排结构进行改进,结果表明:当隔离开关室采用圆角为25mm的母排结构时,满足绝缘要求。当断路器室采用12mm厚母排且母排边缘圆角曲面是倒圆角曲面和平面的交接面时,满足绝缘要求。利用灭弧室结构尺寸变化对关键区域电场强度的影响规律,以降低关键区域电场强度为目标,对真实灭弧室的结构进行改进,结果表明:选择5x2.5mm的椭圆型均压环和135。角度陶瓷结构;采用2.5x2.5mm正方形的嵌件和3x4mm的椭圆型弯角;采用3mm的屏蔽罩到陶瓷距离和46mm屏蔽罩之间距离结构的灭弧室更合理。利用计算接触电阻的经验公式和电阻计算公式,计算出接触电阻。依接触视在面积设定不同的电阻率和薄片厚度建立接触电阻模型,对开关柜通电导体进行温升仿真,结果表明:仿真结果略大于开关柜温升基本要求或温度裕度不足。通过改变断路器超行程和改变母排厚度,使开关柜接触电阻变小,温升符合开关柜温升基本要求。本课题的研究为40.5kv开关柜和真空灭弧室的结构改进以提高其绝缘性能,为开关柜温升的校核提供新的解决思路。