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摘要：本文简介了涡流产生的原理，重点阐述了涡流在开关柜中产生的温升、振动及其他影响。并针对其产生原因，提出在开关柜设计中如何抑制涡流的产生。
关键词：涡流；开关柜；温度；材料。
一、前言
涡流是一种特殊形式的电磁感应现象。
如图1所示，在整块铁心上绕有一组线圈。当线圈中流过变化的电流时，就会在铁心内产生变化的磁通Φ，从而在铁心内产生感应电流，如图1中虚线箭头所示。这种由于电磁感应而在铁心内部产生的闭合的、漩涡状的感应电流称为涡流。
在大部分的情况下，涡流的产生对电气设备是有害的。涡流在铁心中流动时使铁心发热，引起不必要的能量损耗，这种损耗称为涡流损耗，它与磁滞损耗合称为铁损耗。过热会影响到电气设备的绝缘寿命，此外，涡流还具有削弱原来磁场的作用，即去磁作用。以上这些对电气设备都是不利的。
二、涡流分析
在开关柜中，一次电路母线部分可以等效成一匝线圈，其中间穿越的支撑件及板件则可以等效成铁心。我们知道，涡流的大小与导体的外周长，交变磁场的频率，及一次电流、电压的大小有关，而开关柜中母线的电流都较大，故能产生较大的涡流。
涡流在开关柜中产生的主要影响有发热及振动。
1、发热
金属切割交变磁力线而在金属内部产生涡流，使金属内部原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而致使金属出现温升。如果该金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大。
2、振动
柜体的振动是由于涡流的存在。开关柜中有各种隔板，而考虑到机械强度及制作方便，隔板一般都采用钢板制作。而有些隔板与母线靠得较近，根据左手定则可以得知，隔板与母线之间存在着相互的电磁力作用。而母线中电流是随着时间的变化而变化的，所以它们之间的作用力大小也随之变化。再者，隔板都存在一定的弹性，所以振动就产生了。同理，涡流越大，振动幅度就越大。
三、抑制涡流
既然上面提到的发热及振动对于开关柜的运行都是不利的，那么，在开关柜设计中，就要根据涡流产生的原理及其特点，采取适当措施以抑制涡流的产生。通常，我们采用以下几个方法来抑制涡流的产生：
1、三相同时穿过一个封闭金属回路，使之磁通为零。在柜体设计中，要清楚地知道开关柜中母线的布置及走向，尽量保证三相母线同时穿过同一封闭金属回路，就可以有效防止涡流的产生。这一点在设计上，特别是低压柜一般还是可以做到的。
如图2所示，此为400V柜顶封闭式母线桥联络中的联络柜顶盖板开孔图。顶盖板是一个封闭金属回路，而图中A、B、C、N相母线均由同一开孔中伸出柜顶。由于低压母线安全距离较小，母线之间距离较近，故每相母线周围产生的磁场大部分可相互抵消，使之磁通近于零，有效地抑制涡流在金属顶盖板中产生。
2、采用诸如不锈钢、铝、环氧酚醛树脂及工程高强度塑料等非磁性材料制作隔板、支撑件，甚至整个骨架。此方案是最为行之有效的方案，材料不导磁，则不会产生涡流。例如支撑件方面，施耐德公司的Blokset（高可靠性的低压开关柜），内部所有支撑件均采用3.0铝板制作，有效地抑制了涡流的产生。隔板方面则尽可能减少不必要的板件，必要时可采用环氧酚醛树脂等材料制作。例如柜间防护等级要求不高时，可取消柜间隔板，又如进出母线室需分隔时，可采用环氧酚醛树脂等。
而一般我们在大电流低压开关柜设计时，考虑到机械强度、制作工艺、成本控制等方面因素，都会采用不锈钢材料来制作母线支撑件。如图3所示，支撑件从铜排中间穿越，与整个钢骨架形成一个闭环金属回路。同时考虑到铜排重量较大，故必须使用不锈钢材料制作支撑件。从而达到使用非磁性材料切断闭合金属回路的效果。
3、在磁性材料形成的闭合金属回路上开隔磁槽。前面说过，磁性材料在母线间穿行可等效成铁心，而铁心正是主磁通量Φ的通道。在变压器铁心中，常采用高导磁材料，制成卷铁心或环形铁心等设有接缝的结构来增加铁心的束磁能力。而在开关柜中则恰恰相反，开隔磁槽就是为了增大磁阻，使磁能量尽量释放在空气中，这种现象称为漏磁。
漏磁是磁源通过特定磁路泄露在空气（空间）中的磁能量。磁体的磁场在内部闭合对外是不显磁性的，当对外形成磁极后即产生了磁场，磁场是对外开环辐射的，故有部分能量是可以释放出去的。
开关柜设计中常会利用到这一点，如图4为KYN28-12A中置柜侧板，由于母线电压较高，安全距离较大，主母排无法在较紧凑的情况下穿越同一闭合金属回路，同时还要考虑到穿墙套管的安装。所以在侧板上分别开上供A、B、C三相主母排穿越的孔，孔与孔之间开40mm隔磁槽，这样可以有效防止相与相之间产生的较大涡流。该方法亦广泛应用于高压侧板，电缆进线隔板，母线出柜顶顶盖板等板件上。
4、增大母线与磁性材料间的距离。由于磁场是呈辐射状的，离磁源越远，受磁场能量的影响就越小，所产生的涡流就越小。母线设计时，柜内母线的布置就应考虑对各磁性材料金属件的距离，原则上应尽量远离。当上述方法都已无法采用时，应与客户协商增大柜体尺寸，从根本上减少涡流的大小。
四、结束语
只要我们在平时的设计中加强涡流对电气设备影响的意识，勤发现、勤积累、勤动脑、勤思考，认真对待慎重分析，相信都能制造出一个好的产品。这样对企业来说可以减少不必要的费用投资及因产品设备故障所造成的经济损失，
参考文献：
[1]任吉林 涡流检测 机械工业出版社 2013
论文作者:卢鑫,董华
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：涡流论文; 母线论文; 铁心论文; 隔板论文; 开关柜论文; 金属论文; 磁场论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;