王继龙
正泰电气股份有限公司 上海市 201614
摘要：为满足国网标准化KYN28-12开关柜满足内燃弧要求，利用脑图对内燃弧的危害和开关柜设计要素进行了梳理,通过脑图对开关柜具体结构型式和元器件参数的设计和选择进行了细化，识别出内燃弧31.5kA/1s与40kA/1s的结构设计和元器件选型的差异；同时给出了开关柜结构设计的实例以及断路器、母线室、电缆室及泄压盖板校核步骤。
1 引言GB/T3906-2020、国网Q / GDW 13088.1 — 2018《12kV～40.5kV 高压开关柜采购标准 第 1 部分：通用技术规范》，对12kVA 类优质设备开关柜，额定短路电流 31.5kA 及以下空气绝缘开关柜燃弧时间应不小于 1s；对12kV开关柜满足内部燃弧的结构设计以及型式试验验证过程中影响内燃弧的核心要素，未见系统性梳理的相关文献，本文试图对内燃弧起决定性的要素通过脑图呈现给大家，并将型式试验的开关柜结构改进实例提供给大家参考。
2 内部燃弧危害的脑图图1（脑图）是根据31.5kA/1s型式试验摸底过程，对导致开关柜失效和受损的关键要素进行了梳理，见 *号部分；
.png)
.png)
3 开关柜设计的脑图开关柜结构失效和受损导致内燃弧试验失败，对40kA/1s开关柜设计在以下几个方面重点关注，并做相关改进，参见图6
1）安全性设计：如外壳防护等级；断路器室、母线室、电缆室的门及柜间隔板需增加强度；
2）开关柜正常运行过程中，需预防绝缘件随工作环境的劣化，除满足空气绝缘净距要求，还需增加绝缘件局放的测试；
3）为防止导体表面锐角产生电子堆积性放电，母线剪切面需球面处理；
4）活动联接的带电回路间（如动静触头），接触点温度使温升和弹簧力交变恶化，使周围绝缘介质的强度下降，产生绝缘击穿故障，镀银层厚度需大于8um；
5）柜内绝缘件需选择阻燃型，触头盒结构选择带排气通道；
6）为降低电弧产生的压强，内燃弧室之间的隔板上增加故障时可以开启的辅助通道。
7）顺利通过40kA/1s内燃弧型式试验，解决好温升和内燃弧这一对矛盾，是成败的关键。对触头盒结构，燃弧各室门板结构、视窗结构、通风孔设计，泄压通道的阻尼结构，大电流柜带风机泄压通道结构等进行了改进设计，见图7~11
.png)
4 设计校核根据内部故障时，柜内压力p（kgf/cm2）可以根据下式估算
1）p=3.46U I【T0+n（Tp-T0）】/Q
U=a+bL+cId10-5 公式中符号和取值详见【2】
2）泄压通道开启临界压力pc=pt+po，其中pt为t燃弧时间下的压力值，po为标准大气压。
3）燃弧门需承受pm或者Fmax（其中pm为燃弧时间内最大压强，最大冲击力Fmax=（pm-po）A/n（其中A为承载压力的面积，n为门的铰链数和锁的固定点）；
4）泄压盖板开启临界压力要求Pc≤pm校验（其中pc-pm恒小于零，且绝对值越大，燃弧门越安全）；
5）依据开关柜内部压力与燃弧整个过程的变化，可以绘制出如下曲线，见图12。0~t1为泄压盖板未打开区间，t1~t2盖板为启开至完全打开过程，以上两过程共计5~10ms；t2~t3为泄压盖板完全打开，最大可以延续至1s。
故，泄压盖的强度按照pc值校验；燃弧门应按照pm校验。
.png)
5 结语本文基于国网标准化KYN28-12开关柜设计和型式试验的实例，通过脑图思维呈现内燃弧危害的核心，将其细化为开关柜设计的脑图，梳理出了影响内燃弧的核心要素，如防护等级，安全绝缘距离，开关柜骨架的结构设计和断路器室、母线室、电缆室门结构以及泄压通道结构设计，柜内元器件的选择等，同时对31.5kA/1s与40kA/1s结构设计的差异进行了对比；该满足内燃弧40kA/1s的KYN28-12开关柜已通过型式试验验证。
参考文献【1】Q/GDW国家电网有限公司企业标准 Q / GDW 13088.1 — 2018 12kV～40.5kV 高压开关柜采购标准 第 1 部分：通用技术规范
【2】高压开关柜—结构 计算 运行 发展 钱家骊 袁大陆 杨丽华 张节容 关永刚 编著 中国电力出版社，2007