一、絕緣距離

由于10Kv開(kāi)關(guān)柜用于對(duì)三相交流電進(jìn)行分配，因此相間及相對(duì)地之間必須保證一定的距離，否則會(huì)引起短路，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成危害。但我們單純以空氣作為絕緣介質(zhì)時(shí)，絕緣距離要求如表1。

有時(shí)為了減少開(kāi)關(guān)柜外形尺寸，可以有以下幾種方法：

1)在空氣間隙中插入一塊非金屬的絕緣隔板，從而縮小對(duì)絕緣距離的要求。但要注意的是空氣凈距離不小于60毫米，相間絕緣隔板應(yīng)設(shè)置在中間位置。該方法的缺點(diǎn)是絕緣隔板受使用環(huán)境影響很大，存在絕緣老化的問(wèn)題。

2)使用熱縮套管把高壓帶電導(dǎo)體整個(gè)套起來(lái)，實(shí)踐中要確保絕緣距離不小于100毫米。缺點(diǎn)是熱縮套管同樣存在絕緣老化的問(wèn)題。  

表1：

3)國(guó)外ABB公司有一種均勻電場(chǎng)的設(shè)計(jì)理論，可以通過(guò)改善帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)來(lái)縮小對(duì)絕緣距離的要求。缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)用戶很難接受這一理論，因?yàn)檫@不符合DI/T 404—1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4)國(guó)外三菱公司有一種熱涂敷工藝，可以在高壓帶電導(dǎo)體表面均勻附上一層絕緣材料。缺點(diǎn)是需要增添流化床設(shè)備。

綜上所述，在設(shè)計(jì)許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣，滿足上表的要求。

二、爬電距離

由于電力系統(tǒng)用戶往往追求高可靠性，實(shí)踐中我們要符合以下條件：

高壓開(kāi)關(guān)柜中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機(jī)絕緣件)的外絕緣爬電比距(高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比)對(duì)于純瓷絕緣為18mm/kV，對(duì)于有機(jī)絕緣為20mm/kV。

由于這一要求比較高，很多常規(guī)的元器件往往滿足不了要求，這就要求我們告知元器件生產(chǎn)廠家加以定制。元器件生產(chǎn)廠家往往會(huì)采用不增加絕緣子高度而增多或增高裙邊的方法。

我們?cè)谶x型時(shí)要注意裙邊的高度與裙距比例不能太懸殊，另外，我們還應(yīng)注意開(kāi)關(guān)柜使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，為了防止發(fā)生凝露，我們可以在開(kāi)關(guān)柜中加入帶自動(dòng)控制的加熱器。

三、五防連鎖功能

為了防止現(xiàn)場(chǎng)操作人員無(wú)意識(shí)地實(shí)施錯(cuò)誤的操作，從而導(dǎo)致事故，除了加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)以及實(shí)施工作票制度，我們還應(yīng)在開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)中加入強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或采取提示性措施。

對(duì)于開(kāi)關(guān)柜而言，需提供五種防止誤操作功能：  

1) 防止誤分誤合斷路器

對(duì)于有人值守的變電站，可采用不同編號(hào)的紅綠翻牌來(lái)實(shí)現(xiàn)。即每臺(tái)斷路器均對(duì)應(yīng)唯一編號(hào)的紅綠翻牌，平時(shí)紅綠翻牌置于控制屏上。

對(duì)于無(wú)人值守的變電站，由于斷路器的分合均從遠(yuǎn)方操作，無(wú)法應(yīng)用紅綠翻牌方法，只能加入電氣聯(lián)鎖。

2) 防止帶負(fù)荷分合上下隔離開(kāi)關(guān)或帶負(fù)荷推入拉出斷路器手車。

這一功能一般都采用機(jī)械聯(lián)鎖進(jìn)行強(qiáng)制性聯(lián)鎖。

這一要求的原因是隔離開(kāi)關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭之間不具備分?jǐn)嗪完P(guān)合正常負(fù)荷電流的能力。萬(wàn)一誤操作，會(huì)燒毀隔離開(kāi)關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭，事故還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

3) 防止帶電操合接地開(kāi)關(guān)或掛接臨時(shí)接地線。

這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，因?yàn)樗P(guān)系到人為短路接地。

4) 防止帶有臨時(shí)接地線或接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)送電。

這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，目的也是為了防止人為短路接地。

5) 防止人誤入帶電間隔。

這一功能一般也采用機(jī)械聯(lián)鎖，目的是為了防止人員觸電。

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)五防功能，機(jī)械聯(lián)鎖必不可少。各種型號(hào)的開(kāi)關(guān)柜，如GG-1A、XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在機(jī)械聯(lián)鎖方面各具特色。多數(shù)采用機(jī)械零部件傳動(dòng)方式，一環(huán)扣一環(huán)，除非操作人員用外力將零部件損壞，否則只能按預(yù)定程序操作，可靠性高，但零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高。

有時(shí)，我們也可采用機(jī)械程序鎖方式，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但由于存在萬(wàn)能鑰匙，很難完全避免操作人員誤操作。而且，這一方式無(wú)法適應(yīng)無(wú)人值守變電站的要求。

在萬(wàn)不得已的情況下，如不帶斷路器的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜中，我們只能采用電磁鎖方式，由于電磁鎖、分壓瓷瓶和導(dǎo)線均有損壞的可能，還需外部電源供電，可靠性差。至于高壓帶電顯示裝置，只能算是提示性措施，毫無(wú)可靠性可言，一般不推薦使用。

當(dāng)然，運(yùn)行人員要想通過(guò)高壓帶電顯示裝置來(lái)了解哪段主回路在帶電運(yùn)行，又另當(dāng)別論。

四、防護(hù)等級(jí)

為了防止人體接近高壓開(kāi)關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)柜時(shí)，我們應(yīng)考慮要達(dá)到幾級(jí)防護(hù)等級(jí)。 

設(shè)計(jì)時(shí)我們要注意隨著防護(hù)等級(jí)的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所以不能追求高的防護(hù)等級(jí)，一般以IP3X和IP4X為宜。

五、動(dòng)穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)柜通常要能承受20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的額定短路開(kāi)斷電流，當(dāng)開(kāi)關(guān)柜中通過(guò)如此大的電流時(shí)，相間及同相母線之間會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力。這時(shí)，我們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線不會(huì)產(chǎn)生明顯位移。

一般而言，兩個(gè)絕緣子之間的距離不應(yīng)超過(guò)800毫米，對(duì)于某些薄弱環(huán)節(jié)還應(yīng)給予加強(qiáng)。由于動(dòng)穩(wěn)定的理論計(jì)算極其復(fù)雜，一般設(shè)計(jì)時(shí)需依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，最終需通過(guò)型式試驗(yàn)加以檢驗(yàn)。

六、溫升

電力系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)柜通常要能承受4000A及以下的正常工作電流，由于一次元器件通常處于密封的柜內(nèi)運(yùn)行，他們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高。若溫度超過(guò)以下極限值，便會(huì)燒毀元器件，釀成事故。

表2：

為了達(dá)到溫升的限制條件，我們必須加強(qiáng)制造工藝。雖然我們可以采取在電氣聯(lián)接面上涂凡士林、導(dǎo)電膏、鍍錫、鍍銀等種種措施，但最終的保證在于制造。可以說(shuō)，運(yùn)行中發(fā)生事故的絕大多數(shù)開(kāi)關(guān)柜都是由于制造工藝不過(guò)關(guān)，從而導(dǎo)致溫升過(guò)高引發(fā)的。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們要極力避免渦流現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)，可采用磁阻率高的材料。

實(shí)際工作中，深深感到開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)深度永無(wú)止境，有時(shí)，我們根本無(wú)法從理論上加以論證分析，只能求助于經(jīng)驗(yàn)，求助于型式試驗(yàn)，這也許是每門學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀，也是它得以發(fā)展的根本原因。