2. 導(dǎo)電回路
一般中壓開關(guān)柜，開關(guān)柜鋼板使用量293.7kg，占開關(guān)柜總重量的56.6%。開關(guān)柜銅排使用量88.2kg，占開關(guān)柜總重量的17%。
2.1母線系統(tǒng)優(yōu)化
母線系統(tǒng)作為開關(guān)柜重要的組成成分，對(duì)于1250A電流等級(jí)空氣絕緣開關(guān)柜，銅排重量約為65kg，占開關(guān)柜總重量的13%，成本約為4550元（以7萬(wàn)/噸為例），占開關(guān)柜總成本的15%。而對(duì)于大電流如3150/4000A空氣絕緣開關(guān)柜，銅排重量約235kg，占總重量的30%，成本16450元，占總成本的27%。
(1）截面的選擇
常規(guī)矩形母線，受到集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)的影響，相對(duì)于管型母線、D型等異形母線，材料利用率低，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都是由于載流導(dǎo)體之間存在的電感差異引起的循環(huán)或渦流，避免這兩種效應(yīng)（并因此最小化損耗）的必要條件是導(dǎo)體的形狀，圓形截面是優(yōu)選的。銅管母線的集膚效應(yīng)系數(shù)低，交流電阻小，因而母線的功率損失小。若采用多片矩形導(dǎo)體，隨著片數(shù)的增加，集膚效應(yīng)系數(shù)不斷增加，單位截面的有效載流量下降，片與片之間電流分布不均勻，附加損耗加大。
常規(guī)電流等級(jí)管型母線、D型母線與矩形母線使用對(duì)比，如表1所示。管型母線由于載流量高，因此相對(duì)于矩形母線，可以使用更少的銅材，特別是大電流開關(guān)柜，如4000A開關(guān)柜，采用管型母線的開關(guān)柜每臺(tái)可以比采用矩形銅排節(jié)省6270元，減少有色金屬使用量、降低成本效果顯著。
表 1 不同截面形狀母線的使用量對(duì)比
由表1可以看出，相同截面積的銅導(dǎo)體，圓管的載流量是矩形銅排的1.25倍，意味著相同截面的銅導(dǎo)體，圓管形狀可以比矩形排多承載1/4的電流；交流電阻與直流電阻之比只有1.05，意味著相同截面積具有相同的直流電阻，而圓管形狀的交流電阻只是矩形排的60%(1.05/1.75)，可以減少40%的額外功率損失。減少40%的發(fā)熱，不但提高了開關(guān)柜的額定電流，同時(shí)發(fā)熱低、溫升低。
(2）母線系統(tǒng)組成
圖2所示開關(guān)柜內(nèi)部分支母線布置不同，銅排長(zhǎng)度基本一致，采用相同矩形銅排成本相同，但通過(guò)合理設(shè)計(jì)，分支母線不需要絕緣子支撐，主母系通過(guò)穿墻套管支撐，方便安裝，節(jié)省成本。母線布置需要充分考慮開關(guān)柜的溫升設(shè)計(jì)，開關(guān)柜一次觸頭連接部位由于動(dòng)連接，接觸電阻大，發(fā)熱高，同時(shí)由于密封在觸頭盒內(nèi)部，熱量不易散發(fā)出來(lái)。圖2中方案二的分支母線從觸頭盒出來(lái)后向后部溫度低的空間折彎，因溫差大從而可以從觸頭盒內(nèi)部傳導(dǎo)出更多的熱量，有效降低觸頭部位的溫升。圖2方案三采用管型母線，如表1所示載流量高，表面積大有利于散熱，斷路器動(dòng)觸頭與管型母線一體的靜觸頭直接動(dòng)連接，減少靜觸頭與分支排的連接，降低接觸電阻，進(jìn)而降低發(fā)熱量。
圖2 開關(guān)柜的母線布置
方案一 方案二 方案三
(3）接地母線
接地開關(guān)正常運(yùn)行時(shí)是打開的，不承載電流，只有在開關(guān)柜以及連接電纜等檢修維護(hù)時(shí)，才需要合上相應(yīng)的接地開關(guān)，對(duì)操作人員進(jìn)行人身安全保護(hù)，這就需要承載萬(wàn)一倒送電可能帶來(lái)的接地短路電流，按照標(biāo)準(zhǔn)一般25kA/31.5kA 4s，同主回路一致。觸頭盒出線排處到接地開關(guān)的連接排無(wú)需考慮額定電流，只需考慮短路電流，因此按照GB/T3906附錄D計(jì)算承受電流持續(xù)時(shí)間0.2s~5s的熱效應(yīng)的裸導(dǎo)體橫截面積，不同短路電流下計(jì)算結(jié)果如表2所示。
表2 不同短路電流下熱效應(yīng)的裸導(dǎo)體橫截面積
圖3所示1250A 31.5kA開關(guān)柜，銅排1的計(jì)算截面330.5mm2，采用6×60銅排即可，而有些廠家使用的是和主導(dǎo)電回路一致的母線規(guī)格10×80mm，造成浪費(fèi)。對(duì)于銅排3根據(jù)計(jì)算截面積大于222.2mm2即可，采用6x40mm銅排可以滿足要求，采用6x60mm就過(guò)大。
圖3 開關(guān)柜的接地母線系統(tǒng)
對(duì)于斷路器手車接地回路，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抽出式斷路器的接地連接在使用條件下不會(huì)受到短路電流的影響，因此斷路器手車的接地連接不需要短時(shí)耐受電流和峰值耐受電流試驗(yàn)，同時(shí)一般斷路器隔室接地觸頭不會(huì)作為接地手車的接地連接使用，因此斷路器手車的接地是保護(hù)接地，對(duì)于可抽出部件的接地，應(yīng)接地的金屬部件在試驗(yàn)位置、隔離位置以及中間位置應(yīng)保持接地；在所有位置，接地連接的載流能力不應(yīng)小于對(duì)外殼的要求值，也就是接地點(diǎn)通過(guò)直流30A時(shí)，其電壓降最大為3V，即需要滿足斷路器車架至主接地排的接地電阻小于0.1Ω。
圖3中的母線2，功能手車接地觸頭及其連接采用6x60mm銅排是完全沒(méi)有必要的，可以采用3x20mm小銅排，接地觸頭可以采用觸頭壓力10N，經(jīng)計(jì)算電阻140μΩ，完全滿足接地電阻要求，有些設(shè)計(jì)采用側(cè)面接地觸頭與鋁合金導(dǎo)軌接觸實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。
2.2母線的表面處理
開關(guān)柜接地排不承載電流，相比鐵、鋅、鎂等金屬，銅的耐蝕性比較強(qiáng)，與鋁相比，銅更耐非氧化性酸、堿和海水等的腐蝕。因此開關(guān)柜內(nèi)部接地連接及主接地排一般不需要鍍錫等表面處理。
對(duì)于氣體絕緣開關(guān)柜，主要采用SF6氣體或環(huán)保氣體的純氮?dú)饨^緣或干燥空氣絕緣，氮?dú)夂透稍锟諝?21%氧氣+79%氮?dú)?的絕緣性能接近，導(dǎo)熱性能相近，因此相同結(jié)構(gòu)對(duì)于工頻耐受、雷電沖擊耐受電壓、溫升試驗(yàn)等結(jié)果相近。
氮?dú)夂透稍锟諝獾膬r(jià)格相近，因此產(chǎn)品成本也差不多。
按照GB/T11022-2020表14溫升限值，氮?dú)夂土蛞粯?，是NOG非氧化性氣體，因此可以和SF6充氣柜一樣，內(nèi)部銅件觸頭無(wú)需鍍銀或鍍錫處理，裸銅排和鍍銀銅排溫升限值一致，都是75k。
對(duì)于SF6氣體絕緣開關(guān)柜，SF6氣體屬于NOG非氧化性氣體。因此，SF6或氮?dú)饨^緣環(huán)網(wǎng)柜不存在氧化問(wèn)題，銅排連接、觸頭完全無(wú)需鍍銀，完全可以滿足產(chǎn)品性能要求，可靠運(yùn)行，采用SF6、氮?dú)饨^緣的環(huán)保氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜觸頭、連接不電鍍，成本比干燥空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜要低。而干燥空氣含有氧氣，屬于OG氧化性氣體，則裸銅排/觸頭的溫升只有35k，因此氣箱內(nèi)部的銅排需要鍍鎳或鍍銀。
來(lái)源：會(huì)說(shuō)電氣
