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        大電流開關(guān)柜內(nèi)主回路母線固定方式設(shè)計

        2019-10-09 14:47:15錢良文
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年13期
        關(guān)鍵詞:開關(guān)柜溫升

        錢良文

        摘? 要:大電流開關(guān)柜一次元件包括大電流斷路路、電動隔離開關(guān)、穿芯式電流互感器、主母線、引入引出母線等。通過分析5 000 A大電流開關(guān)柜主母線立式、疊加式固定2種方式,選用4根TMY-125×10銅母線進(jìn)行立式固定設(shè)計,經(jīng)試驗分析,立式固定對母排設(shè)計、加工及溫升等要求更具有優(yōu)勢。通過立式固定方式的設(shè)計,解決了主母線加工、安裝固定難題,并成功應(yīng)用到實際工程項目中。

        關(guān)鍵詞:開關(guān)柜;大電流;散熱面積;溫升

        中圖分類號:TM642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        隨著用電量驟增,用于接收和分配電能的大電流開關(guān)柜需求量增大,選用大電流發(fā)電機(jī)出口柜也不斷增加,額定電流達(dá)到4000 A~6300 A的12 kV中壓交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的市場需求在快速增長。但大電流開關(guān)柜在溫升、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、電氣參數(shù)方面要求高,為滿足客戶需求,行業(yè)內(nèi)都在做相應(yīng)的研究和試驗,優(yōu)化主回路設(shè)計。力爭在產(chǎn)品設(shè)計、采購成本、加工成本、維修成本等方面做到成本最優(yōu)。

        1主回路母線疊加式固定方式

        1.1 疊加式固定方式結(jié)構(gòu)(圖1)

        4根TMY-125×10銅母線按圖1疊加在一起,中間留母線厚度的間隙,在間隙中放入銅墊塊,將銅母線、墊塊、絕緣子固定在一起,再用M16的六角螺栓,將絕緣子固定在開關(guān)柜的安裝梁上,完成此部分銅母線的安裝。

        1.2 疊加式固定方式的優(yōu)勢、劣勢分析

        優(yōu)勢:疊加式方法固定主回路母線,原理簡單,固定直接,只需要在銅母線上開一個φ17的安裝孔即可,不需作特別設(shè)計就能固定母線,被部分用戶接受,多數(shù)場合可以采用此種方法。

        此種方法固定大電流主回路母線,將4根TMY-125×10銅母線水平或豎直疊加固定在一起,由3組母線構(gòu)成開關(guān)柜三相交流載流回路,由表1可知:單相主回路載流量=排寬(mm)×厚度系數(shù)=125×44.1=5512.5A,當(dāng)用于額定電流5000A的主回路中,可以滿足1.1倍額定電流的載流量。

        劣勢:大電流開關(guān)柜中的電動隔離開關(guān)、斷路器等一次元件,其制造廠家,考慮元器件自身技術(shù)原因,為保證觸頭本身散熱面積、載流量能力以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,隔離開關(guān)、斷路器的觸頭設(shè)計時采取立式出線方式,母線搭接方式只能按照元件本身形狀來設(shè)計,象知名品牌3AH3 712-4 5000-63kA發(fā)斷,如圖2所示。采用疊加固定方式,柜內(nèi)主母線需貼合斷路器出線觸頭外形設(shè)計,銅母線與斷路器出線母線不在一個平面上,在空間上存在90°夾角,此時,主母線與斷路器觸頭搭接處需做轉(zhuǎn)接母排,導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)主母線設(shè)計、加工、安裝很因難,且增加銅材用量。

        2 主回路母線立式固定方式設(shè)計

        2.1 立式固定方式結(jié)構(gòu)(圖3)

        立式固定方式構(gòu)成:上下不銹鋼夾板、固定絕緣子、不銹鋼螺桿。安裝順序:①將二根M12×190不銹鋼螺桿旋入固定絕緣子;②套入下夾板,將4根TMY-125×10銅母線放入下夾板凹槽中,調(diào)整銅排位置;③固定上夾板。

        2.2 立式固定方式零件設(shè)計

        夾板設(shè)計:材質(zhì):00Cr(304)不銹鋼,板厚:3.0 mm,公稱抗拉強(qiáng)度:520 MPa,公稱屈服強(qiáng)度:205 MPa,能保證主回路母線立式固定方式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。夾板設(shè)固定銅母線的槽,槽寬12,設(shè)有孔距為56.5 mm ,18×13長腰孔的不銹鋼螺桿安裝孔,左右兩端折邊,高度為25 mm,尖角均R1.5。夾板采用激光切割加工工藝,切割后轉(zhuǎn)數(shù)控折彎加工而成。設(shè)計圖如圖4所示。

        固定絕緣子設(shè)計:材質(zhì):環(huán)氧樹酯,機(jī)械強(qiáng)度:拉彎強(qiáng)度>23kN,爬電距離:20 mm/kV,固定絕緣子底部留有嵌件M16×33、頂部嵌件4-M12×16和M16×23螺紋孔。固定絕緣子采用高溫壓制工藝。設(shè)計圖如圖5所示。

        不銹鋼螺桿的設(shè)計:材質(zhì):φ12 mm圓鋼 00Cr(304)不銹鋼,性能等級:4.8級,公稱抗拉強(qiáng)度:400 MPa、公稱屈服強(qiáng)度:320 MPa、有效剪切面積:89 mm2,長度為190 mm全螺紋螺桿。

        3 主回路母線立式固定方式驗證

        3.1 結(jié)構(gòu)件溫升試驗

        溫升按GB/T 11022—2011 6.5條款,試驗在戶內(nèi),大體上無空氣流動的室溫(20 ℃)環(huán)境下進(jìn)行。在溫升試驗規(guī)定的條件下,當(dāng)周圍空氣溫度不超過40 ℃時,開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備任何部分的溫升不應(yīng)該超過裸銅的溫度75℃、溫升極限35 K。

        試驗應(yīng)持續(xù)足夠長時間以使溫升達(dá)到穩(wěn)定,若在1 h內(nèi)溫升不超過1 K,就認(rèn)為達(dá)到這一狀態(tài),通常這一判據(jù)在試驗持續(xù)時間達(dá)到受試設(shè)備熱時間常數(shù)的5倍時就會滿足。

        試驗電流5 500 A,在銅母線固定熱電偶,溫度測量參數(shù)見表2,其溫升值在允許范圍內(nèi)(溫升極限35 K, 溫度極限75 ℃),且表現(xiàn)值較優(yōu)越,對開關(guān)柜溫升要求是一種好的結(jié)構(gòu)形式。

        3.2 散熱面積分析

        假設(shè)銅母線規(guī)格為4層TMY-125×10,母線長1.5 m,有效散熱表面積指的是銅母線所有表面積之和。疊加固定方式有效散熱表面積:S1=1.43m2,主回路母線立式固定方式有效散熱表面積:S2=1.63m2,S1/S2×100%=1.43/1.63×100%=87.7%。

        疊加固定方式有效散熱表面積S1為立式固定方式有效散熱表面積S2的87.7%,母線立式固定有效散熱表面積具有明顯優(yōu)勢,且不銹鋼螺桿、不銹鋼夾板均采用不導(dǎo)磁材料,避免結(jié)構(gòu)件本身產(chǎn)生渦流而發(fā)熱。

        4 主回路母線立式固定方式優(yōu)點

        設(shè)計與加工:優(yōu)化了母排的復(fù)雜形狀、加工尺寸難控制等,減掉了轉(zhuǎn)接排(無需轉(zhuǎn)接)。避免了因加工而導(dǎo)致銅排尺寸與斷路器配合產(chǎn)生的一系列問題等,節(jié)約了加工、測量、采購成本,縮短了加工周期。

        安裝與運(yùn)行:母排與斷路器能自然吻合,不損傷斷路器,銅排無需其他聯(lián)接,避免了斷路器受外力影響而損傷,保證了開關(guān)柜安全運(yùn)行。

        5 實踐與應(yīng)用

        某電站發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜,主回路母線采用立式固定。該電站設(shè)備參數(shù)見表3,且都滿足出廠要求。發(fā)電機(jī)出口柜主母線立式固定實物如圖6所示。

        6 結(jié)語

        立式固定方式解決了大電流開關(guān)內(nèi)主母線的固定與聯(lián)接,不損傷斷路器和隔離開關(guān)出線觸頭,且同時保證了結(jié)構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度、母線散熱、母線溫升,是一種新穎的方法,此方法也可用于大電流母線槽、低壓成套柜、母線橋等。該種立式設(shè)計方案,值得推廣。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張博.10 kV開關(guān)的電氣與機(jī)械特性運(yùn)行狀態(tài)試驗研究[D].沈陽工程學(xué)院,2017.

        [2]費少偉.額定電流4000安培中壓開關(guān)柜的研制[D].蘇州大學(xué),2016.

        [3]王進(jìn).某大電流高分?jǐn)喾忾]式金屬開關(guān)柜的設(shè)計與研究[D].東南大學(xué),2015.

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