高压开关柜的电气设计

   开关柜的设计包括结构设计和电气设计。结构设计是确定产品结构和性能（包括机械性能和部分电气性能）的基础，对电气设计影响很大，决定了电气元件的选择、安装方法和操作性能。结构设计和电气设计必须相互协调。

结构设计包括以下主要内容：

1) 开关柜的外观尺寸和内部空间的整体布局。

2) 外壳和柜体骨架：外壳包括外壳材料的选择、外壳温升、保护和外壳的设计，如盖板、门、观察窗、通风窗、排气口等；柜体骨架设计包括型材的选择、连接方式、机械强度等。

3) 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、电气元件和母线的选择。

2) 辅助电路：包括控制电路、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。

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年低压成套开关设备及控制设备JB/T 9661-1999年低压抽出成套开关设备JB/T 5877-2002年低压固定成套开关设备等标准。

开关柜的设计应保证产品质量，使设计产品在性能、结构、品种等方面都能很好地满足用户的要求；为保证设计产品在生产中具有良好的经济效果，可采用较经济的加工方法，提高标准化、系列化、通用化水平。要防止两种偏差：一是不顾用户要求，不适当简化产品结构，片面追求制造业的经济成果，导致产品质量下降；二是片面强调高标准，不适当提高产品加工精度，扩大贵重原材料的使用，导致产品结构过于复杂，制造成本过高。

1）图纸类：

单线系统图、原理图(电路图)、柜体布置图、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：较后两项由结构室发放。

2）清单类：

预算清单(品牌招标及预算)、元器件、辅料、分柜清单、生产要求表、标志清单、母排使用清单、柜体参数表。

1)高压开关柜的设计应使正常运行、监控和维护工作安全方便。维护工作包括：部件的维护、试验、故障的搜索和处理。

2) 可以交换额定参数和结构相同的元件。

3) 对于可移动部件的高压开关柜，如果可移动部件的额定参数和结构相同，则应进行交换。

4) 安装在外壳内的元件除满足各自标准外，还应考虑以下因素对高压开关柜设计的影响：

①外壳应具有足够的机械强度，使安装在外壳中的开关、操作机构等部件具有原有的机械特性和电气性能。

②若外壳内装有油浸式变压器等类似元件，发生故障时不应影响相邻设备，运行时也应方便检查。

高压开关柜由机柜和断路器组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线连接等功能。机柜由外壳、电气元件（包括绝缘件）、各种机构、二次终端等组成。

★.柜体材料：1）冷轧钢板，主要用于焊接柜。XGN2-12；

   2)铝锌钢板主要用于装配柜。KYN28A-12。

★.柜体功能单元(以KYN28A-12为例）：

1)母线室；(一般主母线按品字型或1字型布置)

二、断路器手车室；

3）电缆室； 4）继电器仪表室。

五防是电力系统中防止五种电气误操作的缩写。据统计，80%以上的电力系统误操作事故属于五种误操作，即误分误合断路器；带负荷操作隔离开关；带电挂接地线或接地开关；带接地线开关关闭；带电间隔错误。因此，各种开关设备之间必须有一定的操作顺序，否则会造成严重后果甚至事故。因此，高压开关柜应具有五防功能，即：

(1)防止断路器误分误合；

(2)防止带负荷分离和隔离开关闭合；

(3)防止带电误合(挂)接地开关(线)

(4)防止带接地线(开关)合断路器(负载开关)

(5)防止误入带电间隔。

五防功能可通过锁定装置实现。锁定装置是一种安装在高压开关柜中的装置，以防止电气误操作。锁定装置可保证开关柜按规定程序操作；否则，开关柜不得操作。所谓程序操作，是指根据电力设备安全要求人为规定的操作顺序。

锁定装置可分为机械锁定装置和电气锁定装置。机械锁定装置均由传动杠杆、连杆、挡板、滑块等机械部件组成。电气锁定装置是指电磁锁、锁定电路等。

接地开关的联锁机构是否需要在高压馈线柜（如变压器电路、电机电路、电容器电路等）上添加电磁锁？

分析：虽然断路器底盘车与接地开关之间存在机械锁，但当断路器开关时，高压电机和电容器会出现反送电现象。为防止带电接地开关，接地开关联锁机构一般安装电磁锁。在现场设备安装施工中，由于电磁锁的辅助电源尚未供电，接地开关无法操作，柜门无法打开，影响施工。（解决方案：在柜柱上打开一个小孔，然后用螺丝刀锁定电磁锁。

4.1 电流互感器 Current Transfor ** tor （简称：CT）

   将大电流转化为标准小电流(5)A、1A），用于测量和保护。

4.1.1 型号说明

一次绕组型：M-母线式、F-贯穿复匝式，Q-线圈式、D-贯穿单匝；

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，J-接地保护；

结构类型： Q（J） - 加强型、J-加大容量、W-户外式、G-改进型；

举例说明：LZZ ** 9-10A

   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

变比:一次电流/二次电流

   二次电流：5A、1A；根据系统需要一次电流。

   变比:100/5，200/1，2000/5

   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较大的区别是在小负荷下，0.2S级比0.二级测量精度较高；主要用于负载变化范围较大，有时几乎空载。.2S级和0.各负载率下2级的电流误差和相位误差可见GB1208-通过国家标准图中的数据，可以清楚地看到，当实际负载电流小于额定电流的30%时，0.2S综合误差明显小于0.二级电流互感器。

   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）

举例说明：

   5P10表示绕组的复合误差，当一次侧过流10倍时≤±5%；

   10P10表示绕组的复合误差，当一次侧过流10倍时≤±10%；

   10P15表示绕组的复合误差，当一次侧流15倍时≤±10%。

4.1.4 额定输出容量

根据二次负次负荷的额定容量进行选择VA表示，如：10VA、15VA、20VA等。

4.1.5 注意事项：

   1）使用电流互感器的二次侧时严禁开路。拆卸仪器或继电器时，应提前短路。安装时，接线应可靠，熔丝或开关等部件不得安装在二次侧；

   2)二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压进入二次侧，危及人身和设备安全；3)

接线时注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子用字母表示极性。一次侧使用P1、P二、二次侧用nS1、nS2（n表示线圈绕组序号)；

   4)在线路中一次串联。

电压互感器 Potential Transformer （简称：PT）

   将高压转化为标准低压(1000)V），用于测量和保护。

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

举例说明：JDZ(X)10-3、6、10

   J:电压互感器 D：单相 Z:浇注式

   X：剩余电压绕组 10

   额定电压3、6、10：（kV）

变比:一次电压/二次电压

   二次电压：100V ；根据系统电压确定一次电压；

   JDZ10-10： 10/0.(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）

精度等级

   0.2/ ** 、0.2/0.5/ ** 、0.5/ ** /6P

   测量级：0.2S、0.2、0.5

   保护级： ** 、6P，P表示保护

额定输出容量

根据二次负次负荷的额定容量进行选择VA表示，如：30VA、50VA、100VA等。

   注： 注：

1)电压互感器二次侧工作时严禁短路。正常工作时，二次侧电流小，接近开路状态。当二次侧短路时，电流大(二次侧阻抗小)会烧坏设备。

2)电压互感器的二次侧必须有一端接地，以防止高压进入二次侧，危及人身和设备安全。

3)电压互感器接线时，应注意一、二次端子的极性。确保测量的准确性。

4)电压互感器的一、二侧通常应安装熔丝作为短路保护。

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，三相电流矢量等于零，零序CT二次绕组无信号。

   当接地故障或三相电流不平衡时，三相电流矢量不等于零，零序CT二次侧输出信号，使保护元件移动，切断电源，达到接地故障保护的目的。

型号：LXK-φ80(100、120、200)

   LX:零序电流互感器 K：开合式

   φ80：内孔直径

变比:一次电流/二次电流

   二次电流：5A、1A

   变比:100/1 ， 100/5

精度等级

   保护级:1级、3级:

   接地开关

在停电维护过程中，为了保护操作人员、设备和系统的安全，出线柜将通过接地开关完全放电，不会造成误电或线路反电引起的触电事故。

型号：JN15-12/31.5-口

   J：接地开关； N：室内； 15：设计序号；

   31.5:额定短时耐受电流（kA）；

   口:间距（mm）。

过电压保护器

   用于3~35kV电机、变压器、开关、母线等设备的过电压保护可以可靠地限制相间过电压和相对地过电压。

真空断路器 Vacuum circuit breaker （简称VCB）

高压带电显示装置high voltage presence indicating device

它由三个传感器和一个带电显示器通过导线连接而成。高压带电体的信号可以传输到发光或音响元件，显示或同时关闭高压开关设备。

高压开关柜设计中应注意的事项

1)相间和相对地的绝缘距离

注：当海拔高度超过10000时m时，应按GB3906-2006年需要修改绝缘距离。但有时受配电室的限制，开关柜的外观尺寸往往不能满足绝缘距离的要求，可采用以下方法解决绝缘问题：

首先，在金属封闭高压开关柜中，采用非金属绝缘隔板，加强相间或相对绝缘，满足缩小绝缘距离的要求。但必须注意10kV带电裸导体与绝缘板之间应保持不小于300mm，在40.5kV带电裸导体与绝缘板之间应保持不小于600mm。该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境影响较大，存在绝缘老化问题。

二是用热缩套管将高压带电导体的整个热缩起来，实践中10kV确保绝缘距离不小于1000mm,35kV确保绝缘距离不小于2000mm。缺点是热缩套管也存在绝缘老化问题。绝缘强度会随着时间的推移而降低。

综上所述，空气绝缘应尽可能满足设计许可证下的绝缘要求。

爬电距离和爬电比距

爬电距离：沿绝缘材料表面的较短距离；

爬电比:设备外绝缘的爬电比与两端承受的较高运行电压(交流系统为较高线电压)相比，单位为mm/kV。