10kV常压密封空气绝缘环网柜隔离刀的设计探讨

刘美集

摘要：在当前10kV配网建设项目中，无六氟化硫气体环保性的10kV常压密封空气绝缘环网柜及其配网自动化成套设备逐渐开始采用，相对传统的10kV六氟化硫环网柜及其配网自动化成套设备，10kV常压密封空气绝缘环网柜及其配网自动化成套设备大范围应用能有效为碳中和作出贡献，10kV空气绝缘隔离刀闸是10kV常压密封空气绝缘环网柜及其配网自动化成套的关键部件，本文就隔离刀闸分闸瞬间最小电气间隙等技术难点着重分析，并提出相应参考数据，以便相关人士参考。

关键词：10kV常压密封空气绝缘环网柜；隔离刀闸；最小电气间隙

前言

当前国内10kV常压密封空气绝缘断路器柜自动化成套设备相关标准，要求标准型的开关柜隔离刀闸相对地、相间及隔离刀闸断口电气间隙均不小于125mm，产品实际生产发现，隔离刀闸分闸瞬间由于机械传动积累误差与产品外形尺寸限制等原因，隔离刀闸分闸瞬间的最小电气间隙无法满足相对地不小于125mm的要求，因此隔离刀闸分闸瞬间最小电气间隙设计取值范围的安全性研究就显得尤其重要，本文将隔离刀闸分闸瞬间最小电气间隙等技术难点等方面展开研究分析，以供业内参考。

1、10kV常压密封空气绝缘断路器隔离刀闸设计现状

10kV常压密封空气绝缘断路器柜中隔离开关三相一般为纵深方向排列，设置合闸、分闸、接地三工位，依照DL/T404标准要求，空气绝缘时，断口、相间及对地距离大于125mm。当此距离按壳体、主静触头、动触头、接地静触头之间，从左往右排列时，将导致开关柜体有450mm至500mm宽， 也有把壳体、主静触头、动触头、接地静触头之间距离，按从斜上方向斜下方排列，以获得小的柜体宽度，但由于动触刀分闸时，与壳体之间的距离也需大于125mm，此方式缩小柜体有限，且拉长了开关箱体上下方向的长度，即增加了开关柜的高度。

隔离刀在分、合主刀时，虽然没有灭弧要求，但仍然要承受25kA/4s短时耐受电流和63kA峰值耐受电流，具备相应短路接地关合能力，不同生产单位的隔离刀触点选用的材质不同。

有厂家直接用型材铜排再次模具挤压成形触点，此方式加工效率较高，电阻低，提高触点局部硬度，但仍需在合适的触头压力、触点接触面之间取得平衡。

有的厂家用型材铜排加工成触头后，在触点部位加入合金触点，在尽量少增加电阻的前提下，提高触点耐烧蚀性，减少接地关合前引弧距离。但此方式究竟采用哪种合金触点、合金比例是多少，触点形状尺寸的确定，是否确实可靠地起到了预定的作用，还需进一步检验。

在一定的隔离开关结构、一定材质触点及触点结构的前提下，开关的机械特性与触头压力，对实现隔离开关的功能息息相关。

机械特性与接地短路关合有关，主要是接地时的合闸速度和同期性，合适的接地合闸速度与同期性，可以降低合闸时电弧的影响，但高的合闸速度需要机构与开关高的机械强度来支撑。

合闸时选用合适的触头压力，可以有效降低接触电阻，保障长期运行的可靠性，及防止接地关合时触头的反弹。

实际情况是不同厂家的隔离开关是不一样的，所以各项参数的具体值还需通过相应试验来验证。

2、10kV常压密封空气绝缘断路器隔离刀闸设计存在的困难

空气绝缘条件下，隔离开关动触头分闸瞬间，由于触臂长、速度大，很有可能由于惯性作用晃过分闸预定的定位点，靠近接地静触头，虽然最后返回正确位置。但此时如果开关为下进线，将可能导致对地击穿短路。此处需要改进结构，确保动触头定位准确，确保动触头在分、合闸瞬间到主刀静触头之间、到接地静触头之间的可靠距离。同时，此开距需要留有适当裕度，现阶段的定位基本由机构来实现，空气绝缘的隔离开关纵深长，触臂长，机构在分闸瞬间完全准确定位隔离触臂有难度。

空气绝缘条件下，在密封箱体封装时，空气中含有少量尘埃、水汽，一定温度范围内，空气所能够容纳的水汽与环境温度成正比，即环境温度越高，空气就能够容纳更多数量的水汽。当箱体内外遇到快速的温度差时，可能在箱体内部产生凝露，形成液态水，而隔离开关的一次导体一般是裸露在空气中，如果箱体内有水滴到导体，可能引起事故。虽然可以考虑通过开关柜布置环境或设备切断凝露形成条件，但毕竟是外在的后续手段。

由于需具备接地关合能力，此隔离开关不能脱离操作机构单独存在，必须通过配套的弹簧操作机构输出特定机械动作，才能确保可靠合闸。在一定的电气分闸开距及触头夹紧力前提下，当触头臂足够长时，主轴旋转的角度小，但分合闸力矩大；当触头臂短时，主轴旋转角度大，但分合闸力矩小，需要结合开关柜的整体尺寸综合考虑。

空气绝缘条件下，在密封箱体内封装安装运行时。隔离开关的尺寸和结构决定了密封箱体的大小。而密封箱体反过来又限制了隔离开关绝缘净空，如果当绝缘净空不够，装入各种绝缘挡板，或用热缩、冷缩等方式把净空不够的相临导体局部包裹。这种方式不知是否还符合“带电导体相间及相对地之间绝缘介质为空气”这个条件。即使符合，也必定增加了成本，增加了需要控制质量的开关部件；需确定开关箱体封装时的水汽，不会使绝缘挡板受潮，不会促使绝缘老化。密封箱虽然有带空气过滤功能的装置进行内外气体压力平衡，但其通风条件远远比不上KYN系列开关柜自然状态的通风条件。

3、10kV常压密封空气绝缘断路器隔离刀闸分闸瞬间最小电气间设计参考数据

查询相关标准，涉及了最小电气间隙的标准主要有GB3836.3-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分与《DL/T 404-2007 3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》，其中GB3836.3-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分 增安型》标准规定，工作电压8300-11000V最小电气间隙为100 mm，见下图

《DL/T 404-2007 3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》标准规定，纯以空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备，额定工作电压12Kv相间和相对地最小电气间隙为125mm，但如果通过凝露试验最小电气间隙可以适当小于上述规定上，见下图.

涉及应遵循的主要产品标准主要有《GB/T 3906 3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》、《GB/T 11022 高压开关设备和控制设备标准的共用技术》，标准均未对最小电气间隙提出要求，仅对工频耐压提出要求。

咨询高压开关标委会等专家， GB/T 311、GB/T 11022、GB/T 3906等相关产品标准，仅提出工频短时耐受电压42kV的要求，未对电气间隙提出要求，电气间隙大于60mm就能通过耐压试验，产品试验就判为合格。

综上所述，现查到的GB3836-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分 增安型标准规定，工作电压8300-11000V时最小电气间隙为100 mm，通常规定值均有裕度，为此建议10kV常压密封空气绝缘环网柜隔离刀闸分闸瞬间最小电气间隙应不小于90mm。

参考文献

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