开关柜设计基础电气开关柜设计基础电气www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo一、概述一、概述1 1、开关柜设计的主要内容与基本原则、开关柜设计的主要内容与基本原则 开关柜的设计包括结构设计和电气设计两大部分。结构设计是基础，它具体确定了产品的结构和性能(包括机械性能和部分电气性能)；它同时对电气设计也有很大影响，决定着电器元件的选择、安装方式和操作性能。结构设计与电气设计必须相互配合与协调。1.1、开关柜设计的主要内容结构设计包括以下主要内容:1) 开关柜的外形尺寸和内部空间的整体布局。2) 外壳与柜体骨架:外壳部分包括外壳材料的选择、外壳温升、防护以及外壳各组成部分，如盖板、门、观察窗、通风窗、排气口等的设计；柜体骨架设计包括型材的选择、连接方式、机械强度等。www.themegallery.comCompany Lo一、概述一、概述www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo3) 隔板和活门。4) 联锁，即“五防”。电气设计包括以下主要内容:1) 主回路:包括一次接线方案和电器元件的选择以及母线的选择。2) 辅助回路:包括开关电器的控制电路、保护电路、测量电路、信号电路等。3) 防电击(接地保护)。4) 绝缘配合。一、概述www.themegallery.comCompan一、概述一、概述www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo1.2、开关柜设计的基本原则开关柜的设计应严格遵循相关标准，如：低压开关柜的设计应遵循GB7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备、JB/T 9661-1999低压抽出式成套开关设备、JB/T 5877-2002低压固定式成套开关设备等标准。开关柜的设计要保证产品质量，使设计出的产品在性能、结构、品种等方面都能很好地满足使用者的要求；要保证所设计的产品在生产中具有良好的经济效果，可以采用最经济的加工方法，并提高标准化、系列化和通用化水平。要防止两种偏向:一是不顾使用者的要求，不恰当地简化产品结构，片面追求制造的经济放果，以致产品质量下降；二是片面地强调高标准，不恰当地提高产品加工精度和扩大贵重原材料的使用，致使产品结构过于复杂，制造成本过于昂贵。一、概述www.themegallery.comCompan一、概述一、概述www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2 2、产品部、产品部- -高低压设计室工艺流程高低压设计室工艺流程一、概述www.themegallery.comCompan一、概述一、概述www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo产品部输出的设计资料：产品部输出的设计资料：1 1）图纸类：单线系统图、原理图（电路图）、柜体排列图、柜体交底图（含配置清单）、二次配线图（表）、布置图（含门板布置图、小母线布置图）、结构件图、母排加工图。注：最后两项由结构室下发。2）清单类：预算清单（品牌招标和预算用）、元器件请购单、辅料请购单、分柜清单、制作要求表、标牌清单、母排使用清单、柜体参数表。一、概述www.themegallery.comCompanwww.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo1 1、高压开关柜设计的基本要求高压开关柜设计的基本要求1)高压开关柜的设计，应使得正常运行、监视和维护工作能安全方便地进行。维护工作包括:元件的检修、试验、故障的寻找和处理。2) 对于额定参数和结构相同而需要替代的元件应能互换。3) 对于具有可移开部件的高压开关柜，如果可移开部件的额定参数和结构相同，则应能互换。4) 装在外壳内的元件，除应符合它们各自的标准外，在高压开关柜的设计中，应考虑到下列因素的影响:外壳应有足够的机械强度，使得装在外壳内的开关、操动机构及其他元件具有它们原来的机械特性和电气性能。二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comCompany Lo二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo如果外壳内装有油浸式变压器等类似元件，当发生故障时，它不应影响相邻设备，在运行中也应便于巡视、检查。2 2、高压开关柜的基本结构高压开关柜的基本结构高压开关柜由柜体和断路器两大部分组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。柜体由壳体、电气元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子等组成。.柜体的材料：1）冷轧钢板，主要用于焊接柜。如：XGN2-12； 2）敷铝锌钢板，主要用于组装柜。如：KYN28A-12。.柜体的功能单元（以KYN28A-12为例）：1）母线室；（一般主母线按照“品”字型或“1”字型两种结构布置）2）断路器手车室；3）电缆室； 4）继电器仪表室。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logowww.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany LogoA-母线室B-手车（断路器）室C-电缆室D-继电器仪表室二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logowww.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo母线室继电器仪表室电缆室手车（断路器）室二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo3 3、高压开关柜的高压开关柜的“五防五防”设计设计3.1、“五防”的基本内容“五防”是电力系统中防止五种电气误操作的简称。据统计，电力系统的误操作事故有80% 以上属于五种误操作，即：误分、误合断路器；带负荷操作隔离开关；带电挂接地线或合接地开关；带接地线开关合闸；误人带电间隔。因此，各种开关设备间必须有一定的操作顺序，否则就会造成严重后果甚至出现事故。为此，高压开关柜应具有“五防”功能，即:（1）防止误分、误合断路器； （2）防止带负荷分、合隔离开关； （3）防止带电误合（挂）接地开关（线）； 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo（4）防止带接地线（开关）合断路器（负荷开关）； （5）防止误入带电间隔。3.1、闭锁装置的类型“五防”功能可通过闭锁装置来实现。闭锁装置是一种以防止电气误操作而在高压开关柜中装设的一种装置。闭锁装置能保证按规定程序操作时，开关柜可以操作；否则，开关柜不得操作。所谓“程序操作”是指按电力设备安全的要求人为规定的操作顺序。闭锁装置可分为机械闭锁装置和电气闭锁装置两类。机械闭锁装置全部采用传动杠杆、连杆、挡扳、滑块等机械零部件构成。电气闭锁装置是指电磁锁、闭锁电路等。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo需讨论确认的事项：高压馈线柜（如：变压器回路、电动机回路、电容器回路等）接地开关的联锁机构上是否需要加电磁锁？分析：虽然断路器底盘车与接地开关之间存在机械闭锁，但是当断路器分闸后，高压电动机、电容器会存在反送电的现象，为了防止带电合接地开关，一般在接地开关联锁机构上装电磁锁。而现场在进行设备安装施工时，往往由于电磁锁的辅助电源还未供电，无法操作接地开关，导致柜门无法打开，影响施工。（该问题的解决措施：在柜体立柱在开一个小孔，然后用螺丝刀去使电磁锁动作。）二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4 4、柜内主要一次电气元件（以、柜内主要一次电气元件（以KYN28A-12KYN28A-12为例）为例）4.1 电流互感器 Current Transformator （简称：CT） 将大电流转换成标准小电流（5A、1A），供测量、保护用。4.1.1 型号说明一次绕组型式：M-母线式、F-贯穿复匝式、Q-线圈式、D-贯穿单匝式；安装型式：A-穿墙式、Z-支柱式；绝缘型式：Z- 浇注绝缘、J-树脂浇注、C-瓷绝缘、K-塑料外壳；用途：B-保护级、D-差动保护用、J-接地保护用；结构型式： Q（J） - 加强型、J-加大容量、W-户外式、G-改进型；二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo举例说明：LZZBJ9-10A L:电流互感器 Z：支柱式 Z:浇注式 B：带保护级 J：加强型 9:设计序号 10：额定电压（kV） A：结构代号二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.1.2 变比：一次电流/二次电流 二次电流：5A、1A；一次电流根据系统需求。 变比：100/5、200/1、2000/54.1.3 精度等级 0.5/10P10、0.2/0.5/10P20、0.5/5P10/5P10 测量级：0.2S、0.2、0.5S、0.5 注：0.2级和0.2S级最大的区别是在小负荷时，0.2S级比0.2级有更高的测量精度；主要是用于负荷变动范围比较大，而有些时候几乎空载的场合。 0.2S级和0.2级在各负载率下的电流误差及相位误差可参见GB1208-1997电流互感器，通过该国标图表中的数据，可以清楚地看出在实际负荷电流小于额定电流的30%时，0.2S级的综合误差明显小于0.2级电流互感器。 保护级：5P、10P，表示5%和10% P表示保护 准确限值系数：10、15、20、25、30（易被忽略）二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo举例说明： 5P10表示当一次侧过流10倍时，该绕组的复合误差5%； 10P10表示当一次侧过流10倍时，该绕组的复合误差10%； 10P15表示当一次侧过流15倍时，该绕组的复合误差10%。4.1.4 额定输出容量依据二次负荷额定容量进行选择，一般用VA表示，如：10VA、15VA、20VA等。4.1.5 注意事项： 1）电流互感器的二次侧在使用时严禁开路。使用过程中拆卸仪表或继电器时，应事先将二次侧短路。安装时，接线应可靠，不允许二次侧安装熔丝或开关等元件； 2）二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全；二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo 3）接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用字母表明极性。一次侧用P1、P2表示；二次侧用nS1、nS2（n表示线圈绕组序号）； 4）一次侧串联接在线路中。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.2 电压互感器 Potential Transformer （简称：PT） 将高电压转换成标准低电压（100V），供测量、保护用。4.2.1 型号说明相数代号：D-单相、S-三相绝缘型式：J-油侵式、G-干式、Z-浇注式结构型式：W-五柱三绕组、B-带补偿绕组、J-接地保护、X-带剩余电压绕组 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo举例说明：JDZ(X)10-3、6、10 J:电压互感器 D：单相 Z:浇注式 X：带剩余电压绕组 10:设计序号 3、6、10：额定电压（kV） JDZX系列JDZ系列二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.2.2 变比:一次电压/二次电压 二次电压：100V ；一次电压根据系统电压确定 JDZ10-10： 10/0.1(单相接法) 10/0.1/0.1（V-V接法） JDZX10-10：10/3/0.1/3/0.1/3 （Y-Y-接法） 10/3/0.1/3/ 0.1/3/0.1/3（Y-Y-Y-接法） （a）单相接法二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo（b）V-V 接法（d）Y-Y-接法（c）Y-Y 接法二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.2.3 精度等级 0.2/3P、0.2/0.5/3P、0.5/3P/6P 测量级：0.2S、0.2、0.5 保护级：3P、6P，P表示保护4.2.4 额定输出容量依据二次负荷额定容量进行选择，一般用VA表示，如：30VA、50VA、100VA等。4.2.5 注意事项：1）电压互感器的二次侧在工作时严禁短路。在正常工作时，其二次侧的电流很小，近于开路状态，当二次侧短路时，其电流很大（二次侧阻抗很小）将烧毁设备。2）电压互感器的二次侧必须有一端接地，防止一、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo3）电压互感器接线时，应注意一、二次侧接线端子的极性。以保证测量的准确性。4）电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护。5）一次侧并联接在线路中。4.3 零序电流互感器 正常情况下，三相电流矢量和等于零，零序CT二次绕组无信号。 当发生接地故障或三相电流不平衡时，三相电流矢量和不等于零，零序CT二次侧输出信号，使保护元件动作，切断电源，达到接地故障保护目的。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.3.1 型号：LXK-80(100、120、200) LX:零序电流互感器 K：开合式 80：内孔直径4.3.2 变比：一次电流/二次电流 二次电流：5A、1A 变比：100/1 、 100/54.3.3 精度等级 保护级：1级、3级4.4 接地开关在停电检修期间，为了保护操作人员、设备、系统的安全，就会把出线柜通过接地开关对地短路，进行完全放电，这样不会造成由误送电或线路反送电造成的触电事故。 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo 4.4.1 型号：JN15-12/31.5-口 J：接地开关； N：户内； 15：设计序号； 31.5：额定短时耐受电流（kA）； 口：相间距离（mm）。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.5 过电压保护器 用于335kV系统的电动机、变压器、开关、母线等设备的过电压保护，对相间过电压和相对地过电压均能起到可靠的限制作用。4.6 真空断路器 Vacuum circuit breaker （简称VCB）4.6.1 型号说明二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logowww.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo举例说明： VS1-12/1250A-25kA1250A：额定电流； 25kA：额定短路开断电流航空插头 绝缘套筒（真空泡安装在内部） 触臂 梅花触头 手动合闸 手动分闸 手动储能底盘车（固定式无） 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.7 高压带电显示装置 high voltage presence indicating device 由三个传感器和一个带电显示器经导线连接组成。能将高压带电体带电与否的信号传递到发光或音响元件上，显示或同时闭锁高压开关设备的装置。 二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo5 5、高压开关柜设计中应注意的事项高压开关柜设计中应注意的事项1）相间及相对地的绝缘距离注意：当海拔高度超过1000m时，应按GB3906-2006的要求对绝缘距离给予修正。但有时受配电室地方的限制，我们所制作开关柜的外形尺寸往往不能满足绝缘距离的要求，所以可以采取以下几种方法来解决绝缘问题：额定电压（kV）带电体相间及相对地的绝缘距离（mm）3.6757.2100121252418040.5300二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo第一，在金属封闭高压开关柜中，采用非金属的绝缘隔板，以此来加强相间或相对地绝缘，达到缩小对绝缘距离的要求。但必须注意10kV时带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30mm，在40.5kV时带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于60mm。该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。第二，使用热缩套管把高压带电导体整个热缩起来，实践中10kV要确保绝缘距离不小于100mm,35kV要确保绝缘距离不小于200mm。缺点是热缩套管同样存在绝缘老化的问题。随时间推移绝缘强度会降低。综上所述，在设计许可的情况下，尽可能地使用空气绝缘来满足绝缘的要求。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2）爬电距离和爬电比距爬电距离：在两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离；爬电比距：设备外绝缘的爬距与其两端承受的最高运行电压（对于交流系统，为最高线电压）之比，单位为mm/kV。 电力系统是供电部门的核心系统，不能有丝毫的马虎，用户往往追求高可靠性，在爬电距离方面对制造厂家提出了十分严格的要求，实践中我们要符合以下条件：二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo对于纯瓷绝缘为：18mm/kV；对于有机绝缘为：20mm/kV。为了满足以上要求我们所采取的措施是，要求配套厂家增大增加绝缘子的伞群，另外在开关柜使用环境较潮湿的场所，为了防止发生凝露，在开关柜中的电缆室、断路器室加入带温控装置的加热器。3）对于架空进线、电缆下进下出等方案，中置柜的柜深为1660mm。4）当额定电流为630A1600A时，中置柜的柜宽一般为800mm；当额定电流为1600A4000A时，中置柜的柜宽一般为1000mm。5）零序电流互感器的孔径选择应考虑一次电缆的规格。6）在提元器件请购单时，必须保证其参数和性能要符合二次原理图的要求，如各种元件带的附件是否齐全、辅助触点是否够用、控制电压是否符合要求等等。二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c二、高压开关柜的电气设计二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo7）高压柜内端子总数应控制在200节以内，尽量减少端子排中的空白端子，如图所示：二、高压开关柜的电气设计www.themegallery.c三、低压开关柜的电气设计三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo1 1、低、低压开关柜的主回路压开关柜的主回路每种型号的低压开关柜，都由受电柜(进线柜)、计量柜、联络柜、双电源互投柜、馈电柜和电动机控制中心(MCC) 、无功补偿柜等组成。以下以MNS抽出式低压开关柜为例，对低压开关柜的各种主回路进行归类说明（见CAD图纸）2 2、低、低压开关柜的辅助回路压开关柜的辅助回路低压开关柜中的辅助电路主要有断路器操作控制电路、测量(计量)电路、电动机(不可逆和可逆)控制电路、双电源互投控制电路等。3 3、低、低压开关柜设计中应注意的事项压开关柜设计中应注意的事项1）必须明确系统的进出线方式，如：（a）母线上进（侧进）电缆下出；（b）母线下进电缆下出；（c）电缆下进电缆下出；（d）电缆上进电缆上出。三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.c三、低压开关柜的电气设计三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2）必须明确系统中所有开关柜的排列顺序和操作面方向，搞清楚是靠墙（靠墙的开关柜要考虑安装和检修）还是离墙安装？3）设计时要保证系统图上的外形尺寸和平面布置图上的外形尺寸一致，并考虑各柜的安装空间是否够用？4）系统中有母线桥的情况，要考虑母线桥的走向与系统进出线方式有无冲突，并考虑母线桥进出线位置有无困难？5）设计时要考虑面板和测控板布局合理，要保证相同容量的回路或其备用回路的互换性。6）抽屉内装塑壳断路器时，注意断路器本身带的附件（如：分励、辅助、欠压等）可能会增加其外形尺寸，有可能无法安装在抽屉内。三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.c三、低压开关柜的电气设计三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo7）额定电流在400A630A的电动机直接启动回路，应避免采用抽屉安装。原因：因为电动机启动电流大，频繁启动导致抽屉插接件过热，从而引发故障；因为抽屉柜产品自身的缺陷，抽屉在进行一定次数的插拔后，导致插接件接触不好，容易因插接件发热引发故障。8）在材料清单中要特别注意元器件的型号、参数要符合样本和资料上的书写规范；查资料时首先考虑生产厂家的样本，尤其是参数（包括外形及安装尺寸）。9）在提元器件清单时，首先要确认系统图、原理图的设计是否合理；其次要保证其参数和性能要符合二次原理图的要求，如各种元件带的附件是否齐全、时间继电器的触点性质是否符合要求、辅助触点是否够用、控制电压是否符合要求等等。三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.c三、低压开关柜的电气设计三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo三、低压开关柜的电气设计www.themegallery.c四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo1 1、母线的分类、母线的分类1）按其横截面分，可分为矩形、槽形和管形(或双D形)母线3种。a. 矩形母线单片矩形母线具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点，一般适用于工作电流不超过2000A的回路中。多片矩形母线集肤效应系数比单片母线的大，所以附加损耗 。因此载流量不是随导体片数增加而成倍增加的，尤其是每相超过三片以上时，导体的集肤效应系数显著增大。在工程实用中多片矩形母线一般用于工作电流不超过4000A的回路中。b.槽形母线槽形母线的电流分布比较均匀，与同截面的矩形导体相比，其优点是散热条件好、机械强度高。载流能力比同截面的矩形导体约大35%，四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母线的选择与应用四、母线的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo因此槽形母线一般用于电流较大、电动力效应要求高的设备中。如：发电机出口开关柜，其额定电流大，一般达到5000A以上。c.管形母线管形母线是空芯导体，集肤效应系数小，防电晕效果好,但连接比较复杂。2）按材质分，可分为铜母线、铝母线、铁母线，其中铜母线由于载流量大，抗腐蚀性能和力效应好，应用最广泛。铝质母线在电流小、非沿海和非石化系统也有应用。使用铁母线主要从经济上考虑，应用于PT连接线。3）按自然状态可分为硬母线和软母线。软母线主要应用于连接不便可以吸收一些力效应的场所，如断路器内部、电容器等。四、母线的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2 2、母线的载流量、母线的载流量2.1、载流量的定义母线的载流量是指母线在规定的条件下能够承载的电流有效值。“规定的条件”中主要指标是环境温度。2.2、影响载流量的因素1）布置方式母线立放时载流量比平放时要高一些，一般当母线平放且宽度小于60时，其载流量为立放时的0.95倍, 宽度大于60时其载流量为立放时的0.92倍，这是由于立放时散热性能要比平放时要好的缘故。 2）环境温度3）母线的材质4）散热条件四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2.3、载流量表四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo3 3、母线的热效应和电动力效应母线的热效应和电动力效应3.1、母线的热效应母线的热效应是指母线在规定的条件下能够承载的因电流流过而产生的热效应。在开关设备和控制设备中指在规定的使用和性能条件下，在规定的时间内,母线承载的额定短时耐受电流。3.1.1、根据额定短时耐受电流来确定母线最小截面根据GB3906-2006 3.640.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备附录D 中的公式： 来确定母线的最小截面积。式中： S-导体截面，mm2； I-额定短时耐受电流，A； -材质系数，以 表示，并按下列规定取值： 铜为13，铝为8.5，铁为4.5，铅为2.5；四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo t-额定短路持续时间（s）； -温升（K），对于裸导体一般取180，如果时间超过2s， 但小于5s，值可在同一公式中增加到215。 根据以上公式计算得出：25kA/4s系统铜母线最小截面积S=（25000/13）*（4/215）260 mm231.5kA/4s系统铜母线最小截面积S=（31500/13）*（4/215）330 mm240kA/4s系统铜母线最小截面积S=（40000/13）*（4/215）420 mm2 63kA/4s系统铜母线最小截面积S=（63000/13）*（4/215）660 mm2 80kA/4s系统铜母线最小截面积S=（80000/13）*（4/215）840 mm2四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo根据以上计算结果，得出4s额定短时耐受电流下铜母线的最小规格如下： 根据DL404-20073.6kV40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备中5.3条规定，对于中性点直接接地系统，接地回路的短时耐受电流最大值可达到主回路的额定短时耐受电流值；对于中性点非直接接地系统，接地回路的短时耐受电流最大值可达到主回路的额定短时耐受电流的87%。对于335kV系统，一般为中性点非直接接地系统，根据此要求可以计算出各种系统短路容量下的高压开关柜接地四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo母线的最小截面积。GB3906-2006 3.640.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备第5.3.2节规定：如果接地导体是铜质的，则在规定的接地故障条件下，当额定短路持续时间为1s时，电流密度不超过200A/ mm2；当额定短路持续时间为3s时，电流密度不超过125A/ mm2。且其截面不得小于30 mm2。如果接地导体不是铜质的，则应满足等效的热效应要求。在实际项目中，如果没有特殊要求，建议高压柜的接地母排按照1s的短时耐受电流考虑。四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo3.2、母线的电动力效应电动力效应是指短路电流通过平行导体产生的电磁效应。母线受电流的作用力与电流、母线形状、母线间的距离有关。3.2.1、根据额定峰值耐受电流来确定铜母线的最大跨距（即：相邻支撑件之间的最大距离）原则：作用在母线上的作用应力kg/cm2母线允许应力公式：四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo式中：js作用于母线的作用应力，kg/cm2；y母线允许最大应力，MPa；1 MPa=10 kg/cm2当母线为铜质时取1400，当母线为铝质时取700；L母线支撑间距（cm）；a相间距离（cm）；W矩形母线截面系数（cm3），又称抗弯矩；ich短路冲击电流（kA）。根据上式导出： 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo常见的几种母线截面系数如下：其中：b- 母线宽度（cm），- 母线厚度 （cm）。 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo 举例说明：对于额定短时耐受电流40kA，额定峰值耐受电流100kA系统，主母线选用TMY-806厚度相对时，a=30cm(中置柜)，则：矩形母线截面系数：0.167b2=0.16782 0.6=6.4128cm3母线最大支撑间距：Lmax=892(aW)/ ich =892（306.4128）/100123.7cm=1237mm也就是说，母线厚度相对时，KYN28A-12型产品选用TMY-80*6，理论上距离1237mm以内可不加支撑；3.3、不需进行热效应和电动力效应的情况根据工厂配电设计原则，下列部位的母线不需进行母线热效应和电动力效应校验： 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo(1)采用熔断器保护，连接于熔断器下侧的母线。 (2)电压互感器回路内的母线。 (3)变压器容量在1250kVA及以下，电压12kV及以下，不致于因故障而损坏母线的部位。主要用于非重要用电场所的母线。 (4)不承受热效应和电动力效应的部位，如：避雷器的连接线和封线。4 4、母线的设计与应用母线的设计与应用4.1、母线的相序设计（1）主变架空进、出线柜方案中的母线相序要在技术要求中明确，要考虑到母线是否需要换相；（2）相邻的两台高压开关柜用于控制一台高压电机正、反转时，柜中出线联络侧母线相序要作调整； 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo（3）在架设对列母线桥的两台开关柜中，有一台柜中的主母线需要调整相序；另外，也可以采用母线桥内换相的方式，如下图：（4）对于出口项目的设计，要注意出口国的母线相序的执行标准。如印度高压三相母线（A、B、C）的颜色标准分别为红色、黄色和蓝色。 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo4.2、母线的绝缘方式在开关设备和控制设备中，为实现设备的全绝缘、全工况，减少外部短路事故和防止触电以及防止由于凝露污秽引起的爬电等事故一般在母线外部采用绝缘材料将母线裸露部分包缚。其方法主要有： （1）热缩护套：可以提高母线间的绝缘水平，但护套有绝缘老化的问题，同时母线的散热条件也会变差，也增加了生产成本；（2）冷缩护套：操作简单，无需加热。但成本高，也有绝缘老化和母线散热条件变差的问题；（3）硫化喷涂：生产工艺过程较为复杂，当出现碰伤后无法补救，母线的连接处不能作喷涂处理；（4）SF6气体绝缘：在密封的主母线室和断路器室中充以0.04MPa的SF6气体，可以提高母线间的绝缘性能；主母线在全寿命周期内不用 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo检修和维护，也不受外界环境的影响，安全可靠性高.但生产工艺过程较复杂，是目前GIS充气柜主要的绝缘方式；（5）加装隔板：当相间或相对地间净距达不到安全距离时，可在相间或与地间加装绝缘隔板。按国标要求，SMC绝缘隔板与带电体的最小距离要求是：10kV开关柜30mm。4.3、母线应用的注意事项（1）根据GB3906-2006规定，开关设备和控制设备中母线的载流量最小应比额定电流有10%的裕度。（2）同等截面积尽量选择母线宽度比较大的型号，如能选择TMY-806的不选择TMY-608的，主要是利于散热。只有当电气间隙满足不了国家标准要求时，才可在保证截面不变的情况下减小母线宽度，如将原选择的TMY-806改为TMY-608。 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo（3）当开关设备和控制设备的运行环境温度比规定温度略高时，要充分考虑母线的载流量裕量是否充足。 GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合中规定： 高于40时额定绝缘电压应乘以温度校正系数Kt=1+0.0033(T-40)，一般环境温度每增加3,试验电压提高3%；环境温度每增加1,额定电流应减少1.8%。 （4）两段母线之间的联络母线是主母线的一部分，同样隔离手车上的母线也应视为主母线的一部分。 （5）尽量避免两根母线之间没有空气间隙并在一起，应保持不小于母线厚度的间隙。（6）额定电流在1500A及以上的母线通过套管或母线护套等穿越金属隔板时，周围不应形成闭合磁路。这是由于电流可以在导磁材料产生涡流和磁滞损耗而产生热量。一般情况下，应在所穿越的金属 四、母排的选择与应用www.themegallery.com四、母排的选择与应用四、母排的选择与应用www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo上开切断磁路的防涡流缺口；当额定电流大于1500A时应考虑采用不导磁材料，如：无磁不锈钢板或者硬铝板。 四、母排的选择与应用www.themegallery.com五、特殊环境对开关设备的影响五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo1 1、高海拔对开关设备的影响、高海拔对开关设备的影响1）高海拔地区的主要特征是大气压力和空气密度的降低。在此首先对低气压下的一些物理机理进行简单分析。根据气体状态方式求得空气密度与海拔高度的关系为：式中： H 海拔高度为H 时的空气密度； 0 标准状态下空气密度，海平面在摄氏零度气温条件下的空气密度是1292g/m3； H 海拔高度（m）；0 绝对温度，为273K；空气温度梯度，约为0.0065K/m。通过上述方程式，计算出的结果见表 1 五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery五、特殊环境对开关设备的影响五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo从表 1 中可以看出，海拔高度每升高1000m，相对大气压大约降低约12%，空气密度降低约10%，绝对湿度随海拔高度的升高而降低。另外，随着海拔高度的升高，空气温度也在降低，每升高1000m，温度降低6.5K。空气密度降低后对中压电器产品带来的直接影响表现在两个方面；一是空气稀薄后在电场中更容易发生电离，从而导致绝缘性能的下降；二是空气稀薄后对流散热能力下降导致载流体载流能力的下降。 五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery五、特殊环境对开关设备的影响五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo2）高海拔地区要求对电器产品的工频耐压和雷电冲击耐压进行修正、对空气绝缘距离进行修正、对绝缘件的爬距进行修正、对载流体的载流量进行修正。关于工频耐压和雷电冲击耐压的修正，根据GB/T 20626.1-2006特殊环境条件高原电工电子产品第1 部分：通用技术要求中规定，修正系数见下表： 五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery五、特殊环境对开关设备的影响五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery.comwww.themegallery.comCompany LogoCompany Logo关于空气绝缘距离的修正，在DL404中规定每升高1000m1000m，空气，空气绝缘距离增加绝缘距离增加10%10%，在GB311.1 和GB50060 中也有类似的规定，在实际使用中可以按上述规定进行修正。实际上空气绝缘距离只是衡量绝缘性能的指标之一，带电体的电场优化同样是决定绝缘性能的一个非常重要的因素。 关于爬距的修正，目前国标里对此没有明确的规定，但在实际使用时，高海拔情况下必须对爬距进行修正。通过反复试验验证，发现海拔每升高100m100m，爬距增加，爬距增加1%1%。比如额定电压为40.5kV 的绝缘件在二级污秽情况下表面爬距应大于810mm，那么在海拔2000m 时，其表面爬距应大于891mm，依次类推。关于高海拔条件下载流体的降容问题，要考虑每升高1000m 气温降低约6.5K，同时考虑大气密度降低引起的对流散热能力的下降，另外还和设备内的风道设计密切相关，在设计时要综合考虑。 五、特殊环境对开关设备的影响www.themegallery感谢聆听