寧波耀華電氣科技有限責(zé)任公司 劉堅鋼 王競?cè)?劉曉穎

隔離刀閘是一種用于高壓開關(guān)的電器，用于在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路，在實(shí)際的使用過程中，對隔離刀閘的操作有帶電作業(yè)和對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電作業(yè)，而對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電會增加停電的范圍、影響居民正常用電，所以一般采用帶電作業(yè)的方法。作業(yè)人員在拉開隔離刀閘后，在電纜頭進(jìn)行裝拆接地線或電纜接頭時隔離刀閘側(cè)帶電，隔離刀閘和作業(yè)人員之間沒有專用絕緣屏蔽用具，導(dǎo)致作業(yè)人員和隔離刀閘電源側(cè)距離過近，存在較大的安全隱患，且由于帶電側(cè)距離較近，會限制作業(yè)人員的活動范圍，影響作業(yè)速度，對恢復(fù)用電造成一定的影響[1]。

當(dāng)前國內(nèi)10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器柜自動化成套設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求標(biāo)準(zhǔn)型的開關(guān)柜隔離刀閘相對地、相間及隔離刀閘斷口電氣間隙均不小于125mm，產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，隔離刀閘分閘瞬間由于機(jī)械傳動積累誤差與產(chǎn)品外形尺寸限制等原因，隔離刀閘分閘瞬間的最小電氣間隙無法滿足相對地不小于125mm 的要求，因此隔離刀閘分閘瞬間最小電氣間隙設(shè)計取值范圍的安全性研究就顯得尤其重要。

在當(dāng)前10kV 配網(wǎng)建設(shè)項目中，無六氟化硫氣體環(huán)保性的10kV 常壓密封空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜及其配網(wǎng)自動化成套設(shè)備逐漸開始采用，相對傳統(tǒng)的10kV六氟化硫環(huán)網(wǎng)柜及其配網(wǎng)自動化成套設(shè)備，10kV常壓密封空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜及其配網(wǎng)自動化成套設(shè)備大范圍應(yīng)用，能有效為碳中和作出貢獻(xiàn)。10kV 空氣絕緣隔離刀閘是10kV 常壓密封空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜及其配網(wǎng)自動化成套的關(guān)鍵部件，本文就隔離刀閘分閘瞬間最小電氣間隙等技術(shù)難點(diǎn)著重分析，并提出相應(yīng)參考數(shù)據(jù)，以便相關(guān)人士參考。

1 10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器隔離刀閘設(shè)計現(xiàn)狀

10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器柜中隔離開關(guān)三相一般為縱深方向排列，設(shè)置合閘、分閘、接地三工位，依照DL/T404標(biāo)準(zhǔn)要求，空氣絕緣時斷口、相間及對地距離大于125mm。當(dāng)此距離按殼體、主靜觸頭、動觸頭、接地靜觸頭之間，從左往右排列時，將導(dǎo)致開關(guān)柜體有450mm 至500mm 寬。也有把殼體、主靜觸頭、動觸頭、接地靜觸頭之間距離按從斜上方向斜下方排列，以獲得小的柜體寬度，但由于動觸刀分閘時與殼體之間的距離也需大于125mm，此方式縮小柜體有限，且拉長了開關(guān)箱體上下方向的長度，即增加了開關(guān)柜的高度。

隔離刀在分、合主刀時，雖然沒有滅弧要求，但仍然要承受25kA/4s 短時耐受電流和63kA 峰值耐受電流，具備相應(yīng)短路接地關(guān)合能力，不同生產(chǎn)單位的隔離刀觸點(diǎn)選用的材質(zhì)不同。有廠家直接用型材銅排再次模具擠壓成形觸點(diǎn)，此方式加工效率較高、電阻低、提高觸點(diǎn)局部硬度，但仍需在合適的觸頭壓力、觸點(diǎn)接觸面之間取得平衡。

有的廠家用型材銅排加工成觸頭后，在觸點(diǎn)部位加入合金觸點(diǎn)，在盡量少增加電阻的前提下提高觸點(diǎn)耐燒蝕性，減少接地關(guān)合前引弧距離。但此方式究竟采用哪種合金觸點(diǎn)、合金比例是多少，觸點(diǎn)形狀尺寸的確定，是否確實(shí)可靠地起到了預(yù)定的作用，還需進(jìn)一步檢驗(yàn)。

在一定的隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)、一定材質(zhì)觸點(diǎn)及觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的前提下，開關(guān)的機(jī)械特性與觸頭壓力，對實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的功能息息相關(guān)。機(jī)械特性與接地短路關(guān)合有關(guān)，主要是接地時的合閘速度和同期性，合適的接地合閘速度與同期性可以降低合閘時電弧的影響，但高的合閘速度需要機(jī)構(gòu)與開關(guān)高的機(jī)械強(qiáng)度來支撐。合閘時選用合適的觸頭壓力，可以有效降低接觸電阻，保障長期運(yùn)行的可靠性，及防止接地關(guān)合時觸頭的反彈。

實(shí)際情況是不同廠家的隔離開關(guān)是不一樣的，所以各項參數(shù)的具體值還需通過相應(yīng)試驗(yàn)來驗(yàn)證。

2 10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器隔離刀閘設(shè)計存在的困難

空氣絕緣條件下，隔離開關(guān)動觸頭分閘瞬間，由于觸臂長、速度大，很有可能由于慣性作用晃過分閘預(yù)定的定位點(diǎn)，靠近接地靜觸頭，雖然最后返回正確位置。但此時如果開關(guān)為下進(jìn)線，將可能導(dǎo)致對地?fù)舸┒搪?。此處需要改進(jìn)結(jié)構(gòu)，確保動觸頭定位準(zhǔn)確，確保動觸頭在分、合閘瞬間到主刀靜觸頭之間、到接地靜觸頭之間的可靠距離。同時，此開距需要留有適當(dāng)裕度，現(xiàn)階段的定位基本由機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，空氣絕緣的隔離開關(guān)縱深長，觸臂長，機(jī)構(gòu)在分閘瞬間完全準(zhǔn)確定位隔離觸臂有難度。

空氣絕緣條件下，在密封箱體封裝時，空氣中含有少量塵埃、水汽，一定溫度范圍內(nèi)，空氣所能夠容納的水汽與環(huán)境溫度成正比，即環(huán)境溫度越高，空氣就能夠容納更多數(shù)量的水汽。當(dāng)箱體內(nèi)外遇到快速的溫度差時，可能在箱體內(nèi)部產(chǎn)生凝露形成液態(tài)水，而隔離開關(guān)的一次導(dǎo)體一般是裸露在空氣中，如果箱體內(nèi)有水滴到導(dǎo)體可能引起事故。雖然可以考慮通過開關(guān)柜布置環(huán)境或設(shè)備切斷凝露形成條件，但畢竟是外在的后續(xù)手段。

由于需具備接地關(guān)合能力，此隔離開關(guān)不能脫離操作機(jī)構(gòu)單獨(dú)存在，必須通過配套的彈簧操作機(jī)構(gòu)輸出特定機(jī)械動作，才能確?？煽亢祥l。在一定的電氣分閘開距及觸頭夾緊力前提下，當(dāng)觸頭臂足夠長時主軸旋轉(zhuǎn)的角度小，但分合閘力矩大；當(dāng)觸頭臂短時主軸旋轉(zhuǎn)角度大，但分合閘力矩小，需要結(jié)合開關(guān)柜的整體尺寸綜合考慮。

空氣絕緣條件下，在密封箱體內(nèi)封裝安裝運(yùn)行時，隔離開關(guān)的尺寸和結(jié)構(gòu)決定了密封箱體的大小。而密封箱體反過來又限制了隔離開關(guān)絕緣凈空，如果當(dāng)絕緣凈空不夠，裝入各種絕緣擋板或用熱縮、冷縮等方式把凈空不夠的相臨導(dǎo)體局部包裹。這種方式不知是否還符合“帶電導(dǎo)體相間及相對地之間絕緣介質(zhì)為空氣”這個條件。即使符合也必定增加了成本，增加了需要控制質(zhì)量的開關(guān)部件；需確定開關(guān)箱體封裝時的水汽不會使絕緣擋板受潮、不會促使絕緣老化。密封箱雖然有帶空氣過濾功能的裝置進(jìn)行內(nèi)外氣體壓力平衡，但其通風(fēng)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上KYN 系列開關(guān)柜自然狀態(tài)的通風(fēng)條件。

3 10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器隔離刀閘分閘瞬間最小電氣間設(shè)計參考數(shù)據(jù)

查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，涉及了最小電氣間隙的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB3836.3-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分與《DL/T 404-2007 3.6kV～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》，其中GB3836.3-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分增安型》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作電壓8300～11000V 最小電氣間隙為100mm（表1）。

表1 電氣間隙和爬電距離

《DL/T 404-2007 3.6kV～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，純以空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，額定工作電壓12kV 相間和相對地最小電氣間隙為125mm，但如果通過凝露試驗(yàn)最小電氣間隙可以適當(dāng)小于上述規(guī)定，見表2。

表2《DL/T 404-2007 3.6kV～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)涉及應(yīng)遵循的主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要有《GB/T 3906 3.6kV～40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》、《GB/T 11022 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)》，標(biāo)準(zhǔn)均未對最小電氣間隙提出要求，僅對工頻耐壓提出要求。咨詢高壓開關(guān)標(biāo)委會等專家，GB/T 311、GB/T 11022、GB/T 3906等相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，僅提出工頻短時耐受電壓42kV 的要求，未對電氣間隙提出要求，電氣間隙大于60mm 就能通過耐壓試驗(yàn)，產(chǎn)品試驗(yàn)判為合格。

表2 DL/T 404-2007 5.106對最小間隙的要求

4 隔離刀閘絕緣遮蔽用具的研究

隔離刀閘是一種用于高壓開關(guān)的電器，用于在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路，在實(shí)際的使用過程中，對隔離刀閘的操作有帶電作業(yè)和對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電作業(yè)，而對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電會增加停電的范圍，影響居民正常用電，所以一般采用帶電作業(yè)的方法，作業(yè)人員在拉開隔離刀閘后，在電纜頭進(jìn)行裝拆接地線或電纜接頭時，隔離刀閘側(cè)帶電，隔離刀閘和作業(yè)人員之間沒有專用絕緣屏蔽用具，導(dǎo)致作業(yè)人員和隔離刀閘電源側(cè)距離過近，存在較大的安全隱患，且由于帶電側(cè)距離較近、會限制作業(yè)人員的活動范圍，影響作業(yè)的速度，對恢復(fù)用電造成一定的影響。

4.1 技術(shù)原理

拉開隔離刀閘進(jìn)行操作時，當(dāng)安全距離不足時，目前有兩種方法：采用帶電作業(yè)方法；對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電操作。現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是因?yàn)橹虚g沒有專門的絕緣遮蔽工具。采用帶電作業(yè)方式由于作業(yè)環(huán)境的限制有部分地方不適宜進(jìn)行，對隔離刀閘上級電源進(jìn)行停電操作增加停電范圍，影響用電可靠性。拉開隔離刀閘后進(jìn)行作業(yè)時隔離刀閘與操作人員安全距離不夠存在安全風(fēng)險。針對上述缺點(diǎn)制作10kV 戶外電纜隔離刀閘絕緣遮蔽用具，根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境設(shè)計的隔離帶電體用具，降低作業(yè)風(fēng)險，提高安全可控性[2]。

4.2 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

設(shè)計10kV 戶外電纜隔離刀閘絕緣遮蔽用具用于遮蔽帶電體，絕緣遮蔽工具能夠便捷的固定到橫擔(dān)，起到遮蔽作用，有效地增大了作業(yè)人員活動區(qū)域，提高了作業(yè)人員在工作時的靈活性，在作業(yè)過程中起到隔離電源保護(hù)作用和警示作用[2]；解決目前隔離刀閘和操作人員距離過近存在的安全問題。在拉開隔離刀閘后在電纜頭側(cè)進(jìn)行裝、拆接地線或電纜頭施工時，隔離刀閘側(cè)帶電，隔離刀閘和操作人員中間沒有便捷式專用的絕緣屏蔽、隔離措施，操作人員和隔離刀閘電源側(cè)安全距離過近，存在的安全隱患問題。

4.3 優(yōu)化設(shè)計的絕緣遮蔽用具優(yōu)點(diǎn)

通過對現(xiàn)有帶電作業(yè)用絕緣遮蔽用具進(jìn)行改良、創(chuàng)新，對原有遮蔽流程進(jìn)行簡化，制作專用引線絕緣固定支架和絕緣隔離擋板，使作業(yè)過程更加安全可靠，從而減輕作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，節(jié)約作業(yè)時間，提高帶電作業(yè)效率。

安全性。作業(yè)人員在工作時存在同時碰觸接地體和帶電體發(fā)生觸電的安全隱患，絕緣遮蔽工具并不是數(shù)量越多安全性越高。傳統(tǒng)的軟絕緣進(jìn)行遮蔽時程序復(fù)雜，交叉搭接部分不易掌握且容易脫落。通過對帶電更換柱上跌落式熔斷器工器具進(jìn)行改造，可將上、下引線牢固固定，并采取硬質(zhì)絕緣材料對邊相進(jìn)行隔離，全面提升帶電作業(yè)安全性[2]。

實(shí)用性。傳統(tǒng)作業(yè)法需要遮蔽部位較多，大多使用軟絕緣，無形中增加了作業(yè)人員的工作量[2]。通過使用改進(jìn)的絕緣工器具，使用絕緣毯的數(shù)量大大減少，工作量大幅降低。

靈活性。通過采用硬質(zhì)絕緣將兩個邊相可靠隔離開，增大了作業(yè)人員活動區(qū)域，提高了作業(yè)人員在工作時的靈活性[2]。

5 結(jié)語

綜上所述，GB3836-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第3部分增安型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作電壓8300～11000V 時最小電氣間隙為100mm，通常規(guī)定值均有裕度，為此建議10kV 常壓密封空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜隔離刀閘分閘瞬間最小電氣間隙應(yīng)不小于90mm。在現(xiàn)有絕緣遮蔽用具基礎(chǔ)上充分挖掘最貼近實(shí)際需要的絕緣遮蔽用具，減少了勞動強(qiáng)度，提高帶電作業(yè)安全可靠性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。