摘要：在我国电力建设事业不断发展，开关柜产品也是更加完善，使得设计制造者集思广益，采取新型技术对其进行改进，确保开关柜的设备可靠性、安全性。本文主要从作者实际工作经验进行入手，分析10kV配电开关柜的设计。
关键词：配电工程；10kV开关柜；设计原理
引言：10kV高压开关柜在电力系统中的应用十分广泛，在对电能输送、分配、使用过程中，10kV高压开关柜是电力系统不可或缺的重要设备。在实际应用过程中，因为电力用户的要求、开关柜的生产厂家不同，使得开关柜柜型繁多，由于设计产品的不一致，产品的质量不能进行有效控制，对电力系统正常运行产生影响。所以，我们需要加强对开关柜设计的优化和改进。
1 10kV配电开关柜的设计要点分析
1.1外壳设计
10kV配电开关柜的外壳必须是金属并具有一定的强度，不得由网状编织，非耐火材料或类似材料制成;金属封闭式高压开关柜主回路的所有部件均安装在金属外壳内，地板和墙壁均不能作为壳体的一部分,外壳的防护等级应符合要求。
通常，对于户内开关设备的防护等级常用的是IP3X或IP4X。
表1 防护等级IP代码的组成及含义
1.2隔室与隔板设计
开关柜各隔室之间的防护等级需满足用户和标准中的要求。根据可触及性类别，隔室分为可触及隔室和不可触及隔室两类；可触及隔室又分为联锁控制的可触及隔室、基于程序的可触及隔室和基于工具的可触及隔室三种。
隔离带电部分的隔板分为金属材料隔板（PM级隔板）和非金属材料隔板（PI级隔板）两种，在实际应用中经常采用金属制成即PM级隔板，并具有与外壳相同的机械强度和接地。
运行连续性丧失类别（LSC）分为1类和2类两种，2类分为A和B两种，具体见表2：
表2 运行连续性丧失类别（LSC）分类及含义
1.3一次载流导体
主回路导体的横截面， 10kV配电开关设备元气件之间的连接导体截面应比额定电流大10％或大于元气件搭接桩头的部分。10 kV配电开关柜中主回路的最小横截面应符合铭牌上规定的额定电流值，并应符合铭牌的要求。需要满足额定峰值耐受电流，额定短时耐受电流和额定短路持续时间，并检查其机械强度。
载流导体宜用电工用T2铜，根据用户要求搭接面采用镀银或搪锡处理，减少搭接电阻，减少发热，易于控制开关柜温升。
1.4接地设计
为有效保障维护人员、设备安全性，在电气设计中所有元气件应该就近接地，接地满足规范要求。在所有10kV配电开关设备长度上，设置专用的接地导线，若是铜线，接地故障的电流密度是不能高出200A / mm2，但最小截面不应小于30mm2。接地导体需要设置和接地网连接固定的连接端子，并且做出明显的标记，如果说接地导体不是铜线，需满足相同峰值耐受电流、短时耐受电流的要求。对于小电流接地运行方式，接地回路通常取值为主回路的87%。
1.5断路器和负荷开关、接触器等开关元件
10kV的配电开关柜中断路器、负荷开关、接触器等一次元件的操作机构应该牢固地安装在支架上，支架不能因为操作方面的影响出现变形问题。断路器、负荷开关、接触器等一次开关元件的运行过程中，所产生的振动不能影响到机柜上的仪表、继电器、其他设备正常运行。
10kV配电开关柜中的负荷开关、断路器、接触器等一次开关元件应该安装在比较明显的位置，可以方便正确观察其分合状态，并且其安装的位置应该是易于检查、试验和巡查操作的。
1.6互感器设计
互感器应选择合理变比、精度与容量，电流互感器短时耐受电流宜与相应回路开关的参数一致。
电压互感器在系统运行期间，初级绕组处于高压状态。在某种程度上，它威胁到操作者自身的安全并严重损坏这些设备。因此，为了确保人身和设备安全，可以进行一系列接地设置。为了避免二次短路问题并避免对电压互感器造成短路损坏，我们需要在二次回路中安装熔断器。根据使用要求选择合适的接线方法，例如：V / V接线方式，“一字”接线方式和Y / Y接线方式等。
按照设计要求，电流互感器二次绕组不允许开路，电压互感器二次绕组不允许短路。
1.7外壳及其支架的防锈涂料
10kV高压开关柜柜体应采用优质材料制造。门板等在喷涂或喷涂防锈涂料之前，必须彻底清除腐蚀剂和焊渣，然后按照涂漆或喷塑规定的程序进行。柜体如采用敷铝锌钢板等自身防腐防锈材料时可以不喷涂。
1.8安全净距设计
绝缘安全距离主要是指高压开关设计中需要注意的几点。它应不小于相关规定的安全距离，并应满足各相带电导体之间，以及各相与其他金属安装板之间一定安全距离的要求。确保电路不会因高压放电而短路。对于复合绝缘，在10kV配电开关柜中，高压带电裸导体与绝缘板之间的气隙应不小于30mm。
1.9五防联锁的设计
内容包括：防止误分（合）断路器、防止带负荷分合隔离开关、防止带电挂合接地开关、防止带接地开关合闸、防止误入带电间隔。
五防措施：除了防止误分（合）断路器可以采取提示性说明的方式以外，其他的要求都必须采取机械联锁或电气加机械闭锁的方式实现。
方式：包括开关之间操作机构联锁、带电显示+电磁锁、程序锁、电气联锁。对于中置柜：主要是通过底盘车内机构联锁、电磁锁、电气联锁等方式来实现；对于固定柜：主要通过负荷开关内部机构联锁、电磁锁及电气联锁等方式来达到要求。
设计时应根据各种柜型结构不同具体考虑应采用的联锁方式。
1.10系统接地运行方式
目前主要运行方式有：小电流接地运行方式（中性点不接地系统、中性点经高阻接地、中性点经消弧线圈接地）、大电流接地运行方式（中性点经小电阻接地）。
10kV不直接连接发电机的系统，单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用中性点不接地方式，通常当超过下列数值又需在故障条件下运行时，应采用经消弧线圈接地方式；
a)3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，10A。
b)3～10kV非钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：3kV和6kV时，30A；10kV时，20A；3～10kV电缆线路构成的系统，30A。
3～10kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用小电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求。
不同接地方式有不同的进出线零序保护，应注意零序互感器的选用。对于中性点不接地、经高阻接地和经消弧线圈接地的方式应选用小电流型零序互感器，第四种选用大电流型零序互感器。并应注意互感器二次负载能力与负载容量之间的配合。
1.11系统运行方式
10kV配电所主接线一般采用单母线或单母线分段；当供电连续性要求较高，不允许停电检修断路器或母线时，可采用双母线接线。电源可以先经隔离柜，再经过断路器柜连接至母线，隔离柜与进线断路器柜要加装电气联锁和机械连锁。
2 常见10kV开关柜事故预防及处理
2.1预防1OkV高压开关柜事故
第一，对于新建、改建和扩建的过程项目中，建议使用加强型绝缘的铠装金属封闭式的高压开关设备，尤其是发电厂、潮湿的环境中，必须使用带有加强绝缘、母线外壳的10 kV开关设备。
第二，10 kV高压开关设备中绝缘部分禁止使用酚醛树脂，聚氯乙烯和聚碳酸酯等有机绝缘材料，应使用环氧树脂、DMC等阻燃绝缘材料。
第三，在10kV高压开关柜的配电室内配置通风、防潮设备，在设备投运前、雨季或需要时启动，防止凝露引起绝缘事故。
第四，开关柜之间的母线应采用穿墙套管进行隔离，防止开关柜烧毁时殃及其它开关柜或火烧连营的情况发生。辅助线应用阻燃软管或金属软管包裹，以防止二次损坏。
第五，对于旧的无防误功能的固定柜或手推车柜，应改进五防功能，避免和减少人身和设备事故。
2.2预防10kV开关事故
第一，尽可能选择使用真空断路器，在室内则是选择六氟化硫断路器，避免危害到人们的身体健康。在高压电缆分支箱中，尽可能的使用有着多个开关、多电路的组合开关形式，有效地避免设备损坏影响到其它回路所造成的供电可靠性问题。
第二，开关额定电流，短路开断电流，额定短时耐受电流，峰值耐受电流等应该符合其计算数据的要求。
第三，安装温湿度控制器、调节装置，避免因为负载、设备待机等所造成的过热或者是潮湿引起的损坏问题。高压配电室应配置安全可靠的控制电源，防止开关误动或者拒动。
2.310kV开关柜绝缘事故处理措施
（1）改善运行环境条件，对经常发生事故的潮湿区域采取加热，通风，吸湿，定期维护清洁;（2）提高10 kV断路器和开关设备的绝缘性能，增加10 kV开关设备和断路器的爬电距离。实践证明，上述技术措施是有效的，事故率可以初步控制。
结束语：
总之，10kV的高压开关柜在整个电力系统中占据着重要部分，开关柜的安全运行是确保电力系统安全稳定运行的基础，在实际设计过程中，我们必须充分注意事项和要求，学习行业专家学术的论著，积极总结相关设计经验，以熟练的掌握电力技术标准，了解新产品、新技术、新工艺、新标准，提升设计水平。
参考文献：
[1] 张瑞日，程英霞，陈智敏等.浅谈10kV 开关柜设计过程中注意的一些内容[J].华章，2012（24）：325.
[2] 邱耿华.10 kV 配电开关柜设计原理及事故预防[J].机电信息，2011 （21）.
[3] 任海波，单晖，李迎春.10 kV 及 35 kV 开关柜设计[J].电工技术， 2011（12）.
[4] 李小松.浅谈10kV 高压开关柜设计的几点体会[J].电器开关，2003（5）.
论文作者:赵均华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：开关柜论文; 联锁论文; 方式论文; 电流论文; 断路器论文; 高压论文; 母线论文; 《电力设备》2019年第6期论文;