高压开关柜设备基础知识全方位阐述

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中压开关柜定义及分类：

开关柜是金属封闭开关设备的俗称，在母线分段系统中，作为接受和分配电能，并对电力电路实行控制、保护、监视和测量之用。按照GB3906（3.6～40.5kV金属封闭开关设备）定义，金属封闭开关设备是指除进出线外，完全被金属外壳包住的开关设备。

中压开关柜分类：

1.按产品名称分：

a.铠装式交流金属封闭开关设备：某些组成部件分别装在接地的、用金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。

b.间隔式交流金属封闭开关设备：间隔式与铠装式一样，某些元件也分设在单独隔室内，但具有一个或多个非金属隔板。

c.箱式交流金属封闭开关设备：除铠装式、间隔式以外的金属封闭开关设备。

2.按结构特征分

a.固定式：SF6负荷开关、真空负荷开关、压气负荷开关等均采用固定安装方式。特点：运行可靠，维修不方便。

b.移开式：断路器手车、PT手车、计量手车、隔离手车等均采用移开安装方式。特点：检修方便，梅花触头容易发生故障。

3.按使用场所分

a.户内；b.户外：箱式变、户外交流高压隔离开关、柱上真空断路器ZW32-12。

开关柜型号命名：

开关柜型号是根据由国家机械工业部发布的行业标准《JB/T8754高压开关设备型号编制办法》来命名。

JB/T8754标准为推荐性而非强制性，因此开关柜命名不一定完全遵循本标准。

开关柜全型号组成（简化）：

1.1.第1位为产品名称，见下表：

K：铠装式交流金属封闭开关设备

J：间隔式交流金属封闭开关设备

X：箱式交流金属封闭开关设备

1.2.第2位为结构特征，见下表：

Y：移开式；G：固定式。

1.3.第3位为使用场所，见下表

N：户内；W：户外。

1.4.第4位为设计序号，按产品型号证书发放的先后顺序用阿拉伯数字表示，由型号颁发单位统一编排。（西高所）

1.5.第5位为改进顺序号，按改进先后顺序用A、B、C……表示，由型号颁发单位统一编排。

1.6.第6位为额定电压，用阿拉伯数字表示，单位千伏（kV）。

1.7.第7位为主开关类型，见下表：

（S）— 配少油断路器；（L）— 配SF6断路器；

（Z）— 配真空断路器；（F）— 配负荷开关。

（F.R）— 配负荷开关+熔断器组合；

（J.R）— 配接触器+熔断器组合；（F-C）

（G）— 配隔离开关；

1.8.第8位为主开关所配用的操动机构类别。常用弹簧操动机构T。

1.9.第9位为开关柜的额定电流，以安培值表示（A） 。

1.10.第10位为开关柜的额定短路开断电流或额定短时耐受电流，以千安值表示（kA）。

“KYN28-12（Z）/T1250-31.5”型号解读：

K— 铠装式交流金属封闭开关设备；

Y— 移开式；

N— 户内；

44— 设计序号；

12— 额定电压（12kV）；

(Z)— 配真空断路器；

T— 采用弹操机构；

1250— 额定电流（1250A）；

31.5— 额定短路开断电流（31.5kA）。

开关柜额定值：

1.额定电压：额定电压为开关设备所在系统的最高电压上限。标准值：3.6，7.2，12，24，40.5。（我们常说的6，10，35，110，220 kV等 是指系统的标称电压，而不是设备的额定电压）

2.额定绝缘水平：

衡量开关设备绝缘水平两个非常重要指标：

额定短时工频耐受电压（1min）和额定雷电冲击耐受电压。

GB3906-2006 《3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》；

GB/T 11022-2011 《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》；

DL/T 404-2007 《3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》；

DL/T 593-2006 《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》。

GB/T是指推荐性国家标准（GB/T），“T”在此读“推”。推荐性国标是指生产、交换、使用等方面，通过经济手段或市场调节，而自愿采用的国家标准。

耐压参数：

《3.6kV ~40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》 (DL/T404-2007) 5.106 对最小空气间隙的要求：

单纯以空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备，相间和相对地的最小空气间隙应满足下述要求：

额定电压(kV)

3.6

7.2

12

24

40.5

相间和相对地(mm)

75

100

125

180

300

带电体至门(mm)

105

130

155

210

330

以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备，带电体与绝缘板之间的最小空气间隙应满足下述要求：

对 3.6kV 、7.2kV 和 12kV 设备应不小于30mm；

对 24kV设备应不小于45mm；

对 40.5kV 设备应不小于60mm 。

以空气或以空气-绝缘材料作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备应考虑绝缘材料的厚度、设计场强和老化，并应按照 DL/T 593 中 6.2.8 的要求进行凝露试验。只要能够通过凝露试验，最小空气间隙可以适当小于上述规定的距离。

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》：

12.3.1 设计、施工的有关要求
12.3.1.1 高压开关柜应优先选择 LSC2 类（具备运行连续性功能）、“五防” 功能完备的产品，其外绝缘应满足以下条件：

空气绝缘净距离：≥125mm（对 12kV），≥300mm（对40.5kV）；
爬电比距：≥18mm/kV（对瓷质绝缘），≥20mm/kV（对有机绝缘）。

如采用热缩套包裹导体结构，则该部位必须满足上述空气绝缘浄距离要求；如开关柜采用复合绝缘或固体绝缘封装等可靠技术，可降低其绝缘距离要求。

两大文件都提及，可降低其绝缘距离要求，但是具体值是多少？

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》补充：

对于12kV 开关柜，经过近年开关柜故障情况分析，复合绝缘可靠性并不高，建议采用复合绝缘，导体间、导体对地绝缘净距不小于110mm 。对于40.5kV 开关柜，采用复合绝缘，导体间、导体对地绝缘净距不小于240mm。

浙江地区：《开关柜设备质量提升技术措施》：

8）12kV和40.5kV绝缘护套的厚度应分别满足：≥1.8mm和≥3.5mm，绝缘护套应满足《电力设备母线用热缩管》（DL/T1059）的要求。40.5kV优先采用硫化工艺。

9）12kV和40.5kV开关柜绝缘隔板厚度应分别满足：≥3mm和≥5mm。

3.额定频率：

额定频率的标准值为16.67Hz、25Hz、50Hz。

三相开关设备的额定频率标准值为50Hz。

4.额定电流：开关设备的额定电流是开关设备在规定使用和性能条件下能持续通过的电流有效值。如630A、1250A、3150A、4000A。

功能单元是以单元内各主回路元件中具有最小额定电流的元件的值，作为该单元的额定电流。

5.额定短时耐受电流（热稳定）：

在规定使用和性能条件下，在规定的短时间内，开关设备在合闸位置能够承载的电流的有效值。20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA。

6.额定峰值耐受电流（动稳定）：

在规定使用和性能条件下，开关设备在合闸位置能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。50kA、63kA、80kA、100kA、130kA 。

额定峰值耐受电流一般取额定短时耐受电流的2.5倍。

7.额定短路持续时间：

开关设备在合闸位置能承载额定短时耐受电流的时间间隔。0.5S，1S， 2S，3S，4S。

外壳防护等级：

IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。

IP防护等级表示方法：

防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。

第一位数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6；

第二位数字表明设备防水的程度。代表防止进水的等级，最高级别是8。

附加字母和补充字母定义：

KYN44-12产品外壳防护等级IP4X ，隔室间防护等级IP2X。

IP4X：开关设备外壳能阻挡直径大于1mm金属丝或厚度大于1.0mm窄条物体进入柜内；

IP2X：开关设备隔室间能能阻挡手指或直径大于12.5mm物体进入。

第一和第二位特征数字不要求规定时，该处由字母“X”代替如：IP4X、IPXX；附加字母和补充字母不要求规定时可以直接省略。

联锁：

为了保证可靠的运行和操作者的安全，金属封闭开关设备应具有以下功能：

1.防止带负荷分、合隔离开关（隔离手车）；

2.防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器（允许提示性）；

3.防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、负荷开关等开关；

4.防止在带电时误合接地开关；

5.防止误入带电隔室。

以上5点统称为“五防联锁”

除了上述联锁外，现有用户还常要求：

6.二次航空插闭锁，及手车处于工作位置时，不可拔插二次航空插；

7.活门自锁：活门常态下不能“随意”开启，但手车从试验位置向工作位置摇进过程中，通过手车可解锁使活门自动开启；

8.断路器室门闭锁：当手车处于工作位置时，断路器室门不可开启等。

联锁的新要求：

随着智能化开关柜的广泛应用，电动底盘车和电动接地开关的出现，对“五防联锁”又提出了新的要求。

1.后门、断路器门，电缆门，必须增加行程开关；

2.锁接地开关滑块的电磁锁和挂锁都不建议使用；

3.只能使用摩擦接地；

4.对导轨等和手车配合精度要求比较高；

5.考虑手动优先问题。

中压元件：

真空断路器：

1、断路器分类

按内部绝缘介质分：

少油断路器、真空断路器、SF6断路器及磁吹断路器；

按操作机构分：电磁、弹簧、永磁。

2.技术参数

2.1 额定电压（kV）：12、24、40.5；

2.2 额定电流（A）：630、1250、1600、2000、2500、3150、4000；

2.3 额定短路开断电流（kA）：16、20、25、31.5、40（额定短时耐受电流）；

额定短路开断电流：断路器能开断最大短路电流。

2.4 额定峰值耐受电流（kA）：40、50、63、80、100、130；

『额定短路关合电流』：当断路器合闸到已短路的系统时 ，能关合的最大短路电流。

2.5 额定短路电流持续时间：4s（3s、2s）。

2.6 机械寿命3万（永磁机构10万次）。

2.7 二次操作电压。

互感器：

1.电流互感器（CT）：

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量，二次侧不可开路。

按照用途不同，电流互感器大致可分为两类：

测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）：在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息。

保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）：在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

按原理分类：

电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。

电子式电流互感器。

按安装方式分类：

贯穿式电流互感器：用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。

支柱式电流互感器：安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。

套管式电流互感器：没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。

母线式电流互感器：没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

型号说明：

如：LZZBJ9-10：400/5，0.2S/0.5/10P30，20/20/30，31.5/4，局放≤10pC

1.1 型号：LZZBJ9-10

“L”：电流互感器；“Z”：支柱式；“Z”：浇注式；

“B”：带保护级；“J”：加强型；“9”：设计序号。

“10”：系统的标称电压（kV）。

1.2 变比：400/5 一次电流/二次电流

一次电流根据系统需求；二次电流：5A、1A；复合变比：200～400/5。

1.3 精度等级：0.2S/0.5/10P30

计量级：0.2S（S扩大测量范围）；

测量级：0.5；

保护级：10P30；

“10”表示绕组的复合误差±10%；

“P”表示保护；

“30”表示准确限值系数。

如：

5P10表示当一次过流10倍时，该绕组的复合误差≤±5%；

10P10表示当一次过流10倍时，该绕组的复合误差≤±10%；

10P15表示当一次过流15倍时，该绕组的复合误差≤±10%。

1.4 额定输出容量：20/20/30：容量的大小直接决定了电流互感器的外型

1.5 短时热电流、短路持续时间：31.5kA/4S；额定动稳定电流是短时热电流2.5倍。湖南地区国网工程对短路持续时间要求4S。

1.6 局放：≦10pC。

这是国网工程的要求，业扩工程一般只要满足≦20pC即可。

2.电压互感器（PT）：

电压互感器和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。

电压互感器二次侧不允许短路。

型号说明：

如：JDZ9-10：10/0.1/0.1,0.2/0.5，20/20 ，局放≤10pC

JDZX9-10：10/√3，0.1/√3，0.1/√3，0.1/3，0.2/0.5/3P，50/50/100，局放≤10pC。

2.1 型号：JDZ(X)9-10

“J”：电压互感器；“D”：单相 “Z”：浇注式；

“X”：带剩余电压绕组；“9”：设计序号。

“10”：系统的标称电压（kV）

2.2 变比：

“10/0.1/0.1”：一次侧为10kV，二次侧为100V；

“10/√3/0.1/√3/ 0.1/√3/0.1/3”（星形Y和开口三角形接法）

2.3 精度等级

计量级：0.2；

测量级：0.5、1、3；

保护级：3P、6P，P表示保护。

2.4 额定输出容量

容量的大小直接决定了电流互感器的外型，一般保护级的容量大于测量和计量级的容量。

2.5 局放：≦10pC

这是国网工程的要求，业扩工程一般只要满足≦20pC即可。

半封闭电压互感器的容量还远不止20pC。

3.零序电流互感器

型号说明，如：LXK-Φ80：150/5，10P10，2.5；

3.1 型号：LXK-φ80(100、120、200)

“LX”：零序电流互感器；“K”：开合式；

“φ80”：内孔直径，还有100、120、150、180等。

3.2 变比：150/5 一次电流/二次电流

一次电流根据系统需求；二次电流：5A、1A。

3.3 精度等级：10P10

同电流互感器，一般不体现准确限值系数，如：10P。

3.4 容量:2.5VA

受外形限制容量很小，一般不超过5VA，所以一般与设计院确认时不体现准确限值系数。

3.5 原理：正常情况下，三相电流矢量和等于零，零序CT二次绕组无信号。

当发生接地故障或三相电流不平衡时，三相电流矢量和不等于零，零序CT二次侧输出信号，带保护元件动作，切断电源，达到接地故障保护目的。

避雷器：

无间隙复合外套氧化锌避雷器：

氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好保护性能。其主要由氧化锌压敏电阻构成，因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。当过电压侵入时，流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。

根据使用场所不同分为：

配电型（S）：保护相应电压等级的开关柜、变压器、箱式变、电缆头等有关配电设备免受大气和操作过电压损坏；

电站型（Z）：保护发电厂、变电所中交流电器设备免受大气过电压和操作过电压的损坏；

电机型（D）：限制真空断路器或少油断路器投切旋转电机时产生的过电压，保护旋转电机免受操作过电压的损坏；

电容器型（R）：抑制真空断路器或少油断路器操作电容器组产生的过电压，保护电容器组免受操作过电压的损坏。

高压熔断器：

4.1 电压互感器保护用（如：XRNP-40.5/0.5-31.5）

4.2 变压器保护用（如：XRNT-12/16-50 ）

干式变压器：

各种变压器的区别：干式、油浸是属大型配电用；整流属交流电直流用；电炉变压器为中频或高频专用。

2.感应式式带电显示器

采用专用感应式传感器，与高压保持安全的空气距离，非接触式测量。

这里安全距离就是之前提到的“空气绝缘净距离”。

12kV：≥125mm；

40.5kV：≥300mm。

福建地区都是采用感应式传感器。

接地开关：

型号：JN15-12/31.5（12kV）

JN15B-40.5/31.5（40kV）

J：接地开关；N：户内；15、15B：设计序号。

12、40.5：额定电压（kV）；31.5：额定短路开断电流（kA）。

相间距离（mm）。

JN15-12/31.5（12kV）：150、210、275。

JN15B-40.5/31.5（40kV）：360、300。

接地开关配柜需注意：

操作方式（左、右）、软连接长度是否需加长（常规L=240mm）、是否配传感。

常见问题说明：

母排的选型：

1.主母排选型：目前大部分工程项目的主母排规格均被设计院、用户指定，若未指定的工程项目请按下表选型。

一般情况下，主母排规格是按主母排的额定电流选型，主母排的额定电流即为进线柜的额定电流，进线柜的额定电流取自本台柜一次元器件额定电流的最小值。

2.支母排选型

进线柜、母联开关柜和母联隔离柜的支母排规格应与主母排相同，其余柜型（如馈线柜、母线设备柜等）按本台柜额定电流选型。本台柜的额定电流取自本柜一次元器件

额定电流的最小值。

针对国网工程，北京、天津、上海、新疆、湖北这五个地区要求开关柜的支母排按断路器的额定电流选型。

3.接地母排选型

一次主接地母排标配为TMYR-40×6，二次接地贯穿排为TMYR-20×5。

二次接地贯穿排为国网工程项目的标准配置，业扩（用户工程）项目若无特殊说明，无需配置。

4.验电车：验电车顾名思义就是验电用的，开关设备在检修状态活门是封闭的，如果用人力或手去拉开活门是非常危险的，验电小车的作用就是推进的同时使活门打开，插入验电棒看是否有电，确定无电后再推入接地车使母线接地，从而确保检修安全。

5.接地车

接地车作用：开关设备检修时，用于线路挂接地用。

与接地开关区别在于：接地开关具有关合接地短路电流能力，而接地车没有。

接地车一般分为：上接地车（主母线接地）和下接地车（线路侧接地）两种。