摘 要：高壓開關(guān)柜拼柜時母排需穿過穿墻套管進(jìn)行安裝，母排的安裝位置、與穿墻套管的間隙對電場分布均有影響，而不同的熱縮套管厚度會影響母排與穿墻套管間的空氣間隙。鑒于此，通過仿真分析母排位置、母排熱縮套管厚度對電場的影響，再通過試驗(yàn)分析進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，當(dāng)銅件與穿墻套管距離較大時，熱縮套管厚度對最大場強(qiáng)值無明顯影響；當(dāng)銅件與穿墻套管距離較小時，熱縮套管越厚，最大場強(qiáng)值越大。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；熱縮套管；電場仿真；最大場強(qiáng)值

中圖分類號：TM591" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）01-0027-06

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.01.007

0" " 引言

隨著我國電網(wǎng)系統(tǒng)的高速發(fā)展，人民的生活水平越來越高，各用戶端對電的依賴越來越強(qiáng)，對電能的可靠性也提出了越來越高的要求[1-3]。作為電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一的高壓開關(guān)柜在智能化、環(huán)保性、小型化、容量提升等方面發(fā)展迅速。絕緣性能是高壓開關(guān)柜的重要可靠性指標(biāo)之一[4-5]，不斷提高開關(guān)柜絕緣性能是開關(guān)柜制造廠商的不懈追求。

熱縮材料因具有低溫收縮、耐腐蝕、電氣性能優(yōu)異等特性，在中低壓電纜附件和開關(guān)柜母排套管中得到了廣泛應(yīng)用[6-7]。開關(guān)柜中主母排、上分支排、下分支排中均使用熱縮套管，主母排需穿過穿墻套管連接各開關(guān)柜，由于安裝誤差及長期的重力作用等影響，主母排不能確定完全處于穿墻套管中心處。本文通過仿真分析在不同位置、使用不同厚度的熱縮套管時母排的電場強(qiáng)度及電場分布，分析其對電場的影響，并通過試驗(yàn)進(jìn)行對比分析。

1" " 銅排不同位置對電場分布的影響

本次研究以12 kV/3 150 A進(jìn)線柜母排為例開展分析。母排穿過穿墻套管與各開關(guān)柜連接如圖1所示，圖中所用主母排為3×120 mm×10 mm，穿墻套管方孔尺寸為135 mm×60 mm。

首先研究母排不同位置對電場分布的影響，仿真及試驗(yàn)采用1×120 mm×10 mm母排，仿真模型如圖2所示。

圖中母排銅排長度為1 200 mm，銅排外包裹熱縮套管，熱縮套管長度為590 mm。本文選用五種不同的母排進(jìn)行仿真研究，即裸銅排，熱縮套管厚度分別為1.5、2、2.5、3 mm的母排。銅排在穿墻套管的方孔中居中放置時X=0，Y=0，銅排分別沿X軸、Y軸移動，直至銅排或熱縮套管貼于穿墻套管方孔內(nèi)壁，即X=0時，Y在0～25 mm之間移動，Y=0時，X在0～7.5 mm之間移動。仿真中輸入高電壓為14.4 kV。

母排為裸銅排時，其沿X軸、Y軸移動，絕緣件的最大場強(qiáng)值變化如圖3所示。

由圖3可知，母排處于不同位置時，空氣域的最大場強(qiáng)值均大于穿墻套管上的最大場強(qiáng)值；當(dāng)母排與穿墻套管的間隙較大時，移動母排對絕緣件最大場強(qiáng)值影響較小，且均小于空氣擊穿場強(qiáng)；當(dāng)母排靠近穿墻套管時，即最近距離小于2 mm時，其最大場強(qiáng)值劇增，大于空氣擊穿場強(qiáng)。

母排熱縮套管厚度為1.5 mm時，其沿X軸、Y軸移動，絕緣件的最大場強(qiáng)值變化如圖4所示。

由圖4可知，熱縮套管厚度為1.5 mm的母排處于不同位置時，空氣域的最大場強(qiáng)值均大于穿墻套管上的最大場強(qiáng)值；絕緣件的最大場強(qiáng)值隨著與穿墻套管之間的距離變小而增大，其中對空氣域影響較大，對穿墻套管、熱縮套管的影響較??；當(dāng)母排與穿墻套管之間的最小距離較小時，空氣域最大場強(qiáng)值劇增，且大于空氣擊穿場強(qiáng)。

母排熱縮套管厚度為2 mm時，其沿X軸、Y軸移動，絕緣件的最大場強(qiáng)值變化如圖5所示。

從圖5可知，熱縮套管厚度為2 mm的母排處于不同位置時，空氣域的最大場強(qiáng)值均高于其他絕緣件；絕緣件的最大場強(qiáng)值隨著母排與穿墻套管的間隙減小而增大，其中對空氣域影響較大，對穿墻套管、熱縮套管的影響較??；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的最小距離為2 mm，空氣域的最大場強(qiáng)值大于空氣擊穿場強(qiáng)。

母排熱縮套管厚度為2.5 mm時，其沿X軸、Y軸移動，絕緣件的最大場強(qiáng)值變化如圖6所示。

從圖6可知，熱縮套管厚度為2.5 mm的母排處于不同位置時，絕緣件中空氣域的最大場強(qiáng)值最大；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的最小距離為2.5 mm，空氣域的最大場強(qiáng)值大于空氣擊穿場強(qiáng)。

母排熱縮套管厚度為3 mm時，其沿X軸、Y軸移動，絕緣件的最大場強(qiáng)值變化如圖7所示。

從圖7可知，熱縮套管厚度為3 mm的母排處于不同位置時，空氣域的最大場強(qiáng)值均高于其他絕緣件的最大場強(qiáng)值；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的間隙為3 mm時，空氣域的最大電場強(qiáng)度值大于空氣擊穿場強(qiáng)。

以熱縮套管厚度為1.5 mm的母排為例，母排處于不同位置時的電場分布云圖如圖8所示。

綜合分析以上數(shù)據(jù)可知，任意一根母排，處于相同位置時，場強(qiáng)最大值均處于靠近銅排圓角的空氣域中；絕緣件的最大場強(qiáng)值隨著銅排與穿墻套管之間的距離縮小而增大；母排與穿墻套管接觸時，空氣域的最大場強(qiáng)值大于空氣擊穿場強(qiáng)。

2" " 熱縮套管厚度對電場分布的影響

為研究不同熱縮套管厚度對電場分布的影響，對比分析絕緣件在使用不同厚度熱縮套管時的最大場強(qiáng)值，形成以下對比分析圖。

母排使用不同厚度的熱縮套管，厚度用h表示，穿墻套管的最大場強(qiáng)值如圖9所示。

從圖9可知，穿墻套管的最大場強(qiáng)值隨著母排與穿墻套管之間距離縮小而增大；當(dāng)母排處于相同的位置時，穿墻套管的最大場強(qiáng)值與熱縮套管厚度之間無必然聯(lián)系。

母排使用不同厚度的熱縮套管，熱縮套管本身的最大場強(qiáng)值如圖10所示。

從圖10可知，銅排與穿墻套管之間的距離越小，熱縮套管的最大場強(qiáng)值越大；當(dāng)銅排沿Y軸移動時，移動距離小于20 mm，即銅排與穿墻套管的間隙大于5 mm時，熱縮套管的最大場強(qiáng)值變化不大，且無明顯變化趨勢，熱縮套管厚度對其最大場強(qiáng)值無明顯影響；當(dāng)銅排沿Y軸移動距離大于20 mm，即銅排與穿墻套管的間隙小于5 mm時，熱縮套管的最大場強(qiáng)值隨間隙縮小而逐漸變大，且當(dāng)銅排處于相同位置時，熱縮套管厚度越小，其最大場強(qiáng)值越??；當(dāng)銅排沿X軸移動時，熱縮套管的最大場強(qiáng)值隨間距縮小而逐漸增大。

銅排使用不同厚度的熱縮套管，空氣域的最大場強(qiáng)值如圖11所示。

從圖11可知，當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離較大時，空氣域的最大場強(qiáng)變化不大，且熱縮套管厚度對空氣域的最大場強(qiáng)影響不明顯；當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離較小時，空氣域的最大場強(qiáng)隨距離減小而增大，且熱縮套管厚度越大，空氣域的最大場強(qiáng)越大。

綜合以上數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離大于5 mm時，最大場強(qiáng)值均低于空氣擊穿場強(qiáng)；當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離小于5 mm時，最大場強(qiáng)值隨著間距縮小而增大，且熱縮套管越厚，最大場強(qiáng)值越大，即更易擊穿。

3" " 銅排熱縮套管對起始局放電壓的影響

根據(jù)上述仿真結(jié)果，選擇無熱縮套管的銅排、熱縮套管厚度為1.5 mm的銅排進(jìn)行試驗(yàn)，測試銅排在不同位置時的起始局放電壓。試驗(yàn)裝置如圖12所示。銅排與穿墻套管安裝方式一致。

銅排從中心位置分別沿X軸、Y軸向穿墻套管移動，測試銅排在不同位置時的起始局放電壓，其結(jié)果如圖13所示。

由圖13可知，隨著銅排移動距離增加，起始局放電壓越低，即銅排與穿墻套管的距離越小，越容易被擊穿；無熱縮套管的銅排沿X軸移動5 mm，即銅排圓角處與穿墻套管接觸時，其起始局放電壓低于14.4 kV，通電時可能會被擊穿；銅排沿Y軸移動，處于相同位置時，有熱縮套管的結(jié)構(gòu)起始局放電壓均低于無熱縮套管的結(jié)構(gòu)，且所有位置的起始局放電壓均大于14.4 kV，滿足12 kV中置柜絕緣要求。

4" " 結(jié)論

本文研究的是中置柜主母排穿過穿墻套管時的電場強(qiáng)度，分析銅排的位置、銅排熱縮套管的厚度對電場強(qiáng)度的影響，再通過試驗(yàn)測試相同結(jié)構(gòu)的起始局放電壓，與仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析。所得結(jié)論如下：1）銅排與穿墻套管的距離大于5 mm時，銅排的位置對電場分布的影響不大，銅排熱縮套管的厚度對電場分布影響不明顯；2）銅排與穿墻套管的距離小于5 mm時，距離越小，空氣域最大場強(qiáng)值越大；3）銅排與穿墻套管的距離小于5 mm時，熱縮套管越厚，空氣域最大場強(qiáng)值越大；4）銅排安裝時，為確保不發(fā)生空氣擊穿，銅排與穿墻套管間需有間隙，且熱縮套管越薄，間隙需越大。

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收稿日期：2024-07-31

作者簡介：杭雅慧（1990—），女，江蘇東臺人，工程師，從事高低壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。