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电气百科:开关柜的性能、选用、局部放电及检测方法

电气百科:开关柜的性能、选用、局部放电及检测方法
2021年01月05日 14:55 新浪网 作者 工业电器网官博

  开关柜(switch cabinet)是一种电气设备,开关柜外线先进入柜内主控开关,然后进入分控开关,各分路按其需要设置。如仪表,自控,电动机磁力开关,各种交流接触器等,有的还设高压室与低压室开关柜,设有高压母线,如发电厂等,有的还设有为保主要设备的低周减载。

  开关柜(switchgear)的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中,进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多,如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜;或按照柜体结构的不同,可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜;根据电压等级不同又可分为高压开关柜,中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。

  

  开关柜中导体的选用及计算方法

  对中压开关柜中硬导体的矩形导体的选择进行了计算和分析。计算结果表明,矩形硬导体的选择以导体的载流量为依据,而导体的载流量又与导体的材质、形状、颜色、安装形式及所处的环境温度有关。

  中压开关柜中的硬导体包括灭弧室的动、静导电杆,断路器手车的触臂和开关柜中的主母线、支母线、静触刀等。这些元件就决定了中压开关柜在正常工作时的载流能力,因而在中压开关柜的生产和选用过程中硬导体的选择是一个非常关键的因素。本文仅就开关柜中的主母线、支母线、静触刀等矩形硬导体的选择进行探讨。

  硬导体的种类

  1)载流导体一般使用铝或铝合金材料,其缺点是载流量小于铜导体,焊接困难,一般用在额定电流2500A以下的范围。

  铜导体一般在下列情况下使用:位于化工厂(其排除大量腐蚀性气体对铝质材料有影响者)附近的屋外配电装置;发电机出线端子处位置特别狭窄以及铝排截面太大穿过套管有困难时;持续工作电流在4000A以上的矩形导体,由于安装有要求且采用其它形式的导体有困难时。但从实际的应用来看,铜导体的应用较普遍。

  2)我国目前常用的硬导体形式有矩形、槽形和管形等。

  单片矩形导体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≤2000A的回路中。

  多片矩形导体集肤效应系数比单片导体的大,所以附加损耗增大。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导体适用于工作电流≤4000A的回路。

  当工作电流为4000A以上时,导体则应选用有利于交流电流分布的槽形或圆管形的成型导体。槽形导体和管形导体的集肤效应系数小,电流分布比较均匀,散热条件好,机械强度高,但造价较高,安装也不方便。

  矩形导体截面的选择计算

  导体截面的选择有多种方法,考虑到中压开关柜一般都是长期工作制(大于8小时),故常用的是按工作电流进行选择计算。在长期工作制时电流流过导体时的产热和散热存在如下关系:

  产生的热功率=散热功率+自身温升的吸热功率,经过一定时间后,温升不再升高,进入稳态,此时,产生的热功率=散热功率。

  低压开关柜的这些性能和要求不可忽视

  低压成套设备广泛地应用在低压系统的配电、电气传动和自动控制设备中,近年来,低电压电器的使用大量增加,很多企事业单位都需要按需定做低压开关柜,那么低压开关柜都有哪些性能和要求需要厂家在定做中需要留意的呢,和专业开关柜定做厂家通意达小编一起来了解下吧。

  1)设备的框架和外壳应有足够的刚度和强度,外壳及各功能单元之间的隔板采用覆铝锌钢板或优质冷轧钢板(厚δ≥2mm)经静电粉末喷涂处理,除应满足内部元器件的安装要求外,还应能承受设备内外电路短路时的电动力和热效应,不因设备搬运、吊装、运输过程由于受潮、冷冻、撞击等因数而变形和损坏。开关柜颜色采用浅驼色。

  2)开关柜应设置各自独立的功能单元小室、电缆室和母线室。柜内全分隔,功能单元小室小室、电缆室和母线室之间的隔板均做到无卤素、阻燃、自熄灭,整柜全封闭,防护等级达IP40。

  3)抽屉式开关柜的抽屉单元在柜上应有“移动位置”、“试验位置”、 “分断位置”、“连接位置”、“分离位置”几种确定的位置,对每一个位置均应有明显的对应标志。

  4)抽屉式开关柜的抽屉单元应有合适的导轨、止挡器和指示器,以使抽屉单元能容易地抽出和插入,在各位置均能精确定位和指示,便于运行人员确认和操作。抽屉单元框架在任何时候均应通过柜体可靠接地。

  5)抽屉单元一次插头应是弹性的指型插头,表面镀银,保证抽出部分与柜体之间存在允许位置偏差时能保持良好的电接触。

  6)抽屉单元的活门采用SMC阻燃绝缘板制成。活门应能随抽出部件插入、抽出自动打开和关闭。开关柜检修时,活门的联锁可以解除,除检修外,任何情况下都应防止带电静触头外露。

  7)抽屉单元的抽出部件应设置机械联锁,在“连接位置”、“试验位置”才允许断路器或接触器合闸和跳闸,当断路器或接触器处于合闸位置,应防止抽出部件移至“连接位置”或从“连接位置”移出。

  8)为防止误操作,抽出式部件采用挂锁或其他闭锁方式。

  9)抽屉或固定分隔单元应按标准模数设计,尺寸相同的单元,抽出部件应能互换。除母线故障外,开关柜任何一个抽屉或任何一个固定分隔间隔故障,不能影响其他抽屉或固定分隔间隔的正常运行。

  10)抽屉单元二次插头应为插拔式或航空插头,芯数不应少于24芯,单元内及单元外引端子排至少应留有20%的备用端子。

  11)低压成套开关柜导电母线为铜母线,接头处镀银,螺栓连接,并在长期运行中应保持不变的接触压力。接头处应不少于两个螺栓。母线上任何一点及母线支持结构应承受与断路器额定开断电流相同的短路电流引起的热效应(1s)和电动力。主母线及垂直母线全长均应为绝缘母线(套有热缩绝缘护套),此时母线各项技术参数均应保证,且母线载流量不受影响。

  12)低压开关柜内应设置中性点工作母线和接地保护母线,工作母线和接地保护母线均采用铜质,且应贯穿低压开关柜组全长。接地保护母线的颜色应符合GB2681-81“电工成套装置中的导线颜色”的规定,所有不带电的金属部件应有效地接到开关柜的保护接地母线上。

  13)中性点工作母线和接地保护母线应在开关柜组两端设置专用接地引线端子板,引线端子板应为双螺栓型,且设有明显的符号标志。

  14)开关柜柜内导体及其他部件的温升应符合国标《低压成套开关设备》GB7251-87的规定。

  15)开关柜的间隔应在每个回路上框架正面、电缆室接电缆处及抽屉或分隔面板上分别设置标志牌,标志牌上标有负荷名称和回路编号,且标志牌可以更换。

  16)每一台开关柜均应设置照明装置,每一照明装置应设有独立的小型断路器兼作保护和操作设备。

  17)低压开关柜主进线采用母排上进线方式,馈电柜采用电缆下出线方式。在进线柜上装有进线断路器、合闸指示灯、三相电流表和电压表。

  18)低压开关柜各出线单元均有“运行”指示灯,“停车”指示灯、三相电流表。

  19)开关柜应在最大短路故障时安全运行,并能承受由此引起的电气、机械应力,在故障条件下所产生的气体通过压力释放口排放,压力释放口的位置不允许朝向操作人员,800A及以上的功能单元应单独设有排气口或喷气口,较小的功能单元可共用一个喷气口。

  20)柜体顶部设有吊环,易于吊装。产品出厂时,柜体的底部配有木质底座,易于叉车铲入底部运输。

  开放式开关柜中局部放电如何做?

  尽管有一些困难,但及时通过开关柜局部放电检测仪(别称:局部放电测试仪)评估开放式开关柜的技术条件和诊断局部放电非常重要。

  开放式开关柜位于自由空间内。设备的所有部件都位于金属或混凝土的基础上,彼此之间保持一定的距离。为了安全起见,必须保护带有室外开关柜的区域,防止无能力的人员进入。

  户外开关柜的主要特点:

  •减少处所的建造和安装费用;

  •室外开关设备允许使用各种尺寸的电气设备,这使其成为高压操作的必要设备;

  •用于室外开关柜的改造和扩展,比室内开关柜更简单,方便。

  •由于没有外壳,因此可以目视观察。

  在户外开关设备的操作过程中具有相当重要的优势,显示了设备直接取决于气候条件。不利的环境导致设备元件过早磨损,并引起部分电荷的出现。

  局部放电是在绝缘层及其表面上形成的低功率火花电荷。当大量发生局部放电时,会破坏绝缘盖的完整性并发生电击穿。定期监控和及时检测局部放电,诊断开关设备和测量局部放电可以防止有害后果。

  局部放电检测仪

  诊断开关柜中的部分电荷

  为了诊断和测量局部放电,使用了根据各种方法工作的仪器:电,电磁,声,化学,光学等。这些方法的不同之处在于收集信息的方法和在测量过程中获得的数据量。开放式开关设备的范围不允许使用暗示将传感器(例如感应式或电容式)直接连接到电缆的设备或芯线的设备。在这种情况下,将使用开关柜局部放电检测仪。

  是否需要局部放电监测?

  正如实践和户外开关设备的长期运行所显示的那样,对设备的最大损害不是由局部放电本身引起的,而是其对绝缘的最终作用所致。放电本身的能量很低,但总的来说,它们会产生很高的负载,可能会使设备无法工作。

  在高强度下,会发生突破并破坏绝缘层的完整性,这会大大缩短使用寿命,并增加维修工作的复杂性。

  通过测量和确定局部放电的位置,监视设备的状况以及诊断要素,您可以承担并提供及时的帮助并消除缺陷。

  开关柜局放带电检测的意义

  随着城市化来越来月快,随之而来的用电量也与日俱增。中国高压电发展也越来越大,国家对运输及用电长期安全性问题也越来越重视。为用电安全国家出台了一个又一个标准。在电力原件上,局部放电检测也是非常重要的

  目前在电网中,中高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。中高压开关柜是向用户供电最直接的设备,其运行可靠性直接关系到供电质量和供电可靠程度,同时由于开关柜自身的结构特点,开关柜一旦发生故障会导致大范围用户停电,设备停电造成电网的负荷损失,影响正常的社会生活、生产秩序,甚至造成不良的政治影响。

  开关柜在投入实际运行后现场有效的检测手段和试验方法比较缺乏,而投运之前的交接试验也有其自身的局限性,开关柜在生产、运行中所产生的缺陷一旦恶化会对开关柜的安全稳定运行构成严重影响。局部放电检测能直接反映出电气设备内部的绝缘状况,是近年来开关柜状态检测的重要发展方向。

  以前很长一段时间,对开关柜检修主要依据DL/T596《电力设备预防性试验规程》对开关柜所规定的项目和相应的试验周期,定期在停电状态下进行预防性试验,这是一种计划性的维修方式。这些年来的工作经验表明,预防性试验有着非常明显的滞后性,同时预防性试验检出缺陷的概率也很低。

  从经济角度来看,停电预防性试验试验,会造成大面积用户停电,造成一定的直接和间接经济损失,同时由于直接面对配网用户,停电工作的开展难度较大,并且存在过修和失修的情况。从技术角度来看,停电预防性试验条件不同于设备运行条件,因为设备正常运行时还有电磁感应、热应力等其它因素的影响,停电预防性无法百分之百的模拟出运行状态,因此很难发现运行中的绝缘缺陷和潜在的故障。

  绝缘劣化发展的速度不尽相同,一般都是慢慢演化的过程,在此期间进行带电检测能够发现其中一些状态量的变化,而按照一定周期进行的预防性试验则无法发现这类缺陷。

  因此对中高压成套开关设备的运行状态进行局放带电检测(传统方法需停电)具有如下重大意义:

  避免开关柜突发事故:开关柜绝缘故障带电检测,对绝缘状况进行检测和评价,在绝缘缺陷发生的早期发现设备潜伏性缺陷,有效避免绝缘事故发生。

  实现开关柜绝缘的状态维修:借助开关柜绝缘故障带电检测结果,可以有针对性指导开关柜的检修工作,避免盲目的停电计划,提高停电检修的工作成效。

  提高开关柜检修质量:开关柜在完成现场安装和现场检修后,均需要进行严格的检测试验。开关柜绝缘故障带电检测能够克服现场条件下试验所受的限制,提供一个新的检测手段,对于保证开关柜检修质量具有重要意义。

  提高开关柜检修效率:局放带电检测具备一定的定位功能,能够弥补常规检测方法不能定位的不足,极大地方便故障点和干扰源的查找,避免反复的停电拆卸和检修,提高试验检修效率。

  提高供电可靠性:现代电力系统对供电可靠性的要求越来越高,通过局部放电带电检测可以避免事故引起的用户停电,从而提高供电可靠性。

  开关柜局部放电的检测方法介绍

  由于施工工艺不达标、自然通风散热效果差等原因,开关柜经常会出现局部放电现象,如长时间不检测、不提前处理,可能会造成高压开关柜的不稳定运行,影响配电系统和变电站的供电质量,对整个供电系统的运行带来影响。针对开关柜的局部放电,可以通过以下两种方法进行检测:

  一,地电波检测法:在开关柜绝缘层中发现局部放电时会产生电磁波,而开关柜的金属外壳会将这种电磁波屏蔽掉一大部分,不过仍有小部分会通过金属壳体的接缝或者气体绝缘开关衬垫传播出去,而且还会产生一个地电波通过设备金属壳体外表传向地下。地电波的范围通过在几毫伏直至几伏之间,而且上升时间内有几个纳秒。检测时,可以将局部放电检测仪的探头设置于工作状态中的开关柜的外表面,对其局部放电状态进行检测。

  二,超声波检测法:基于能量的角度而言,局部放电的过程为能量瞬时爆发的过程,电能通过声能、光能、热能以及电磁能的形式释放出去,电气击穿发生在空气间隙,瞬间就可以完成放电,此时电能也会在一瞬间转化为热能,放电中心的气体受到热能的作用会发生膨胀,通过声波向外传播,传播区域内气体被加热后形成一个等温区,其温度超出环境温度;等到这些气体冷却后开始收缩,则会产生后续波,后续波的频率大于20kHz。通过超声波检测法,使用局放超声巡检仪产品检测开关柜表面,即可直观检测出局放检测点。

  三,超高频检测法:局部放电产生的电磁振动会产生电磁波,局部放电脉冲会发生非常丰富的电磁波超高频分量,实际应用过程中,局部放电的检测可以利用两个探头进行,将探头检测到信号的时间顺序作为判断依据,最终确定放电源。

  在实际的检测中,使用局放超声波检测仪通过超声波检测法检测开关柜局放现象较为普通,这是因为使用超声波局放检测仪检测时,只需将检测探头贴到开关柜金属表面上即可,操作简单、检测高效。

  来源:网络、电器百科、工业科普、电气百科等综合整理

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