开关柜系统设计

开关柜是集成了主开关、隔离装置、测量装置、保护装置一体的系统化设备，各个环节相互关联。

其中主开关-断路器的作用最为重要，其是设备的关键，正常分、合电流，短路时可以承受，可以开断短路电流，这是一个复杂的过程，开断时间只有几个毫秒，开断短路电流却达到几十千安培，在极短的时间内把电流截断，如同高压水突然停止，造成的冲击、震荡可想而知。

 

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开断的过程会产生巨大电弧，我们平时打开灯开关、或者拔下插头等都有电弧，那只是220伏几安培，而高压开关一万伏，电流数万安培，电弧能量巨大。交流电在正弦波经过零点时熄灭电弧，触头两端电压迅速建立，如同水坝突然把水阻挡住，必然会造成一波高水压冲击，在开关里就是瞬态恢复电压，开断过程速度要快，速度每秒1.2米，真空状态下10mm开距仅需几毫秒打开，所谓天下武功，无快不破，触头间距离开的速度产生的耐压水平大于瞬间恢复电压则电弧就熄灭了，无法继续。

 

开断短路过程电流会在回路中的电感、电容等造成充放电，产生高频震荡，高电压对地都有电容，互感器等线圈设备有电感。震荡产生高频电流，高幅值电压，这也就是断路器切电容非常困难的原因，频率达4250Hz。

这一过程产生的过电压对其它设备的影响也是巨大的，过电压叠加会造成绝缘薄弱点的击穿烧蚀。

同时开断短路电流，断路器触头受到电动斥力影响，操作机构动作影响，一次对隔离触头的电动力都是巨大的，这也就是为什么做开断试验，中置式断路器手车一定要与静触头咬合好。否则开断过程就有可能造成梅花触头烧损，特别是40/50kA T100s/T100a开断过程。这也说明了开关柜是一个系统，开断过程对整个一次回路系统都是巨大的考验。

动热稳定考验整个导电回路，特别是动连接部位，断路器的隔离触头，接地开关的触头，整个电流方向决定了各个部件受到的电动力方向，我们可以在试验中选择进线的位置，从而电流方向产生的电动力有利于触头保持合闸位置，而不是反向推开触头。但实际产品还是要考虑具体应用下的电流走向，保证开关一直处于可靠状态，如磁锁板始终使触头加紧。

 

绝缘更需要系统考虑，我们做试验时经常出现这里绝缘解决了，那里又冒出来了，真是哪里不行补哪里，反反复复通过不了。而有时，并没有针对性的去包裹、加绝缘板等措施，而是改变一下布置，就完全通过，怎么打耐压都可以通过，这就是系统解决，电场分布均匀了，电子可以逃逸了有地方去了，避免了局部场强过高，自然问题就解决了。

温升也是一样的，不是说加铜排就可以解决的，而是系统性分析，发热点、散热点均匀分布，不会造成某一点温度很高，也不会有的地方温度很低，对各个发热点及其周边连接通过TNT节点分析，在发热点周边设置散热点，及时准确降温，而不是把加大触头、加大铜排甚至加大触头压力，这些效果都不好，所谓疏堵结合，即要花钱又要会赚钱，开源节流相得益彰，系统性解决问题。

 

绝缘、温升、动热稳定、开断关合、机械寿命甚至内部电弧都是通过系统设计可以解决的，如系统电弧转移就可以避免局部烧损，试验失败。爆炸转移到相对较强壮的部位，电弧距离缩小使电弧能量最小。

好的设计有其内在品质，内在原因，我们不能像外行人一样只看外观，只看成本，坚持专业的分析解决问题。