一、絕緣距離 由于10kV開關(guān)柜用于分配三相交流電，因此必須保證相間和相對地之間有一定的距離，否則會造成短路，對整個(gè)電力系統(tǒng)造成危害。然而，當(dāng)我們僅使用空氣作為絕緣介質(zhì)時(shí)，絕緣距離要求如表1所示。

表1

有時(shí)，為了減少開關(guān)柜的外部尺寸，可以使用以下方法:

(1)在氣隙中插入非金屬絕緣隔板，從而降低對絕緣距離的要求。但應(yīng)注意的是，凈空氣距離不小于60毫米，相間絕緣隔板應(yīng)設(shè)置在中間位置。這種方法的缺點(diǎn)是絕緣隔板受使用環(huán)境影響大，存在絕緣老化的問題。

(2)用熱縮套管覆蓋整個(gè)高壓帶電導(dǎo)體。在實(shí)踐中，確保絕緣距離不小于100毫米。缺點(diǎn)是熱收縮套管也有絕緣老化的問題。

表3

(3)國外ABB公司有均勻電場的設(shè)計(jì)理論，可以通過改進(jìn)帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)來降低絕緣距離的要求。缺點(diǎn)是國內(nèi)電力系統(tǒng)用戶難以接受這一理論，因?yàn)樗环螪I/T 401997標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(4)國外三菱公司有一個(gè)熱涂層工藝，可以在高壓帶電導(dǎo)體表面均勻附著一層絕緣材料。缺點(diǎn)是需要增加流化床設(shè)備。

綜上所述，在設(shè)計(jì)允許的情況下，應(yīng)盡可能采用空氣絕緣，以滿足上表的要求。

第二，爬電距離 由于電力系統(tǒng)用戶傾向于追求高可靠性，在實(shí)踐中我們必須滿足以下條件:在高電壓開關(guān)柜時(shí)，各部件及其支撐絕緣(純瓷和有機(jī)絕緣)的外絕緣爬電比(高壓電氣部件外絕緣爬電距離和額定電壓比)對于純瓷絕緣為18毫米/千伏，對于有機(jī)絕緣為20毫米/千伏。

由于這一要求相對較高，許多傳統(tǒng)部件往往不能滿足要求，這就要求我們通知部件制造商對其進(jìn)行定制。

部件制造商通常采用增加或增加裙緣而不增加絕緣體高度的方法。在選擇款式時(shí)，我們應(yīng)該注意裙高與裙距的比例。此外，我們還應(yīng)該注意使用開關(guān)柜的地方的環(huán)境條件。為了防止冷凝，我們可以在開關(guān)柜處增加一個(gè)自動(dòng)控制的加熱器。

三防五防聯(lián)鎖功能 為了防止現(xiàn)場操作人員無意識地進(jìn)行錯(cuò)誤操作，造成事故，除了加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)和執(zhí)行工作票制度外，還應(yīng)在開關(guān)柜的設(shè)計(jì)中增加強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或采取提示措施。對于開關(guān)柜，應(yīng)提供五種防誤操作功能:

(1)防止斷路器誤分合閘

對于載人變電站，可以使用不同數(shù)量的紅色和綠色瓷磚。也就是說，每個(gè)斷路器對應(yīng)于唯一數(shù)量的紅色和綠色擋板，它們通常放置在控制屏幕上。對于無人值守變電站而言，由于斷路器是從遠(yuǎn)處操作的，因此不能使用紅綠卡轉(zhuǎn)向方法，只能增加電氣聯(lián)鎖。

(2)防止負(fù)荷分離開關(guān)上下或負(fù)荷推拉斷路器手車。該功能一般采用機(jī)械聯(lián)鎖進(jìn)行強(qiáng)制聯(lián)鎖。這一要求的原因是手車的隔離開關(guān)和動(dòng)、靜觸頭不具備斷開和閉合正常負(fù)載電流的能力。如果誤操作，隔離開關(guān)和手車的動(dòng)、靜觸頭將被燒毀，事故可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

(3)防止帶電操作接地開關(guān)或懸掛臨時(shí)接地線。該功能需要機(jī)械聯(lián)鎖，因?yàn)樗c人工短路接地有關(guān)。

(4)防止用臨時(shí)接地線或接地開關(guān)切換電源。該功能需要機(jī)械聯(lián)鎖，并且還旨在防止人為短路接地。

(5)防止人們誤入帶電區(qū)間。該功能通常也是機(jī)械聯(lián)鎖的，以防止電擊。

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)五防功能，機(jī)械聯(lián)鎖是必不可少的。各種類型的型號和開關(guān)柜，如GG-1A、XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN和GZSl，在機(jī)械聯(lián)鎖方面都有自己的特點(diǎn)。它們中的大多數(shù)都是由機(jī)械零件一個(gè)接一個(gè)地驅(qū)動(dòng)的。除非操作者用外力損壞零件，否則只能按照預(yù)定程序操作，可靠性高。然而，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求高。

有時(shí)，我們也可以使用機(jī)械程序鎖，結(jié)構(gòu)非常簡單，但由于萬能鑰匙的存在，很難完全避免操作者的誤操作。此外，這種方法不能滿足無人值守變電站的要求。在萬不得已的情況下，如果不帶斷路器的進(jìn)線等于0+，我們只能使用電磁鎖。電磁鎖、分壓瓷瓶和電線都有可能損壞，還需要外部電源，可靠性差。

至于高壓帶電顯示裝置，它只能被視為一種暗示性的措施，沒有可靠性。通常不建議這樣做。當(dāng)然，對于操作者來說，通過高壓帶電顯示設(shè)備來知道主電路的哪一部分正在通電是另一回事。

四、關(guān)于保護(hù)水平 為了防止人體接近高電壓開關(guān)柜的高壓帶電部分和接觸運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開關(guān)柜時(shí)，應(yīng)考慮達(dá)到幾個(gè)保護(hù)級別。

在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意隨著防護(hù)等級的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)增加，散熱條件變差。因此，我們不能追求高保護(hù)級別，IP3X和IP4X通常是合適的。

V.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜通常能承受20kA、31.5kA、40kA甚至50kA的額定短路開斷電流。當(dāng)如此大的電流流過電力系統(tǒng)時(shí)，開關(guān)柜，相間母線和同相母線之間將產(chǎn)生巨大的電力。此時(shí)，我們需要支撐絕緣子的支撐，以防止母線發(fā)生明顯位移。

一般來說，兩個(gè)絕緣子之間的距離不應(yīng)超過800毫米，一些薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)。由于動(dòng)力穩(wěn)定性的理論計(jì)算極其復(fù)雜，一般設(shè)計(jì)需要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，最后需要通過型式試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)。

六.升溫 在電力系統(tǒng)中開關(guān)柜通常能承受4000安及以下的正常工作電流。由于主要部件通常在密封的機(jī)柜中運(yùn)行，因此它們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到機(jī)柜外部，從而導(dǎo)致機(jī)柜內(nèi)部的溫度升高。如果溫度超過以下限值，部件將被燒毀，并會發(fā)生事故。

為了達(dá)到溫度上升的極限，我們必須加強(qiáng)制造過程。雖然我們可以在電氣連接表面涂凡士林、導(dǎo)電膏、鍍錫、鍍銀等措施，但最終的保證在于制造。可以說，在操作開關(guān)柜期間發(fā)生的絕大多數(shù)事故都是由于生產(chǎn)過程過密而導(dǎo)致的溫度過高引起的。

當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該盡力避免渦流現(xiàn)象。當(dāng)確實(shí)不可避免時(shí)，可以使用具有高磁阻率的材料。

在實(shí)際工作中，我們深深感受到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)深度是無窮無盡的。有時(shí)候，我們根本無法從理論上證明和分析它。我們只能依靠經(jīng)驗(yàn)和類型測試。這可能是每一門學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展的根本原因。