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优化设计 Optimization Design 大电流开关柜主回路优化设计 马炳烈 刘爱华 陈念岩 （天水长城开关厂 甘肃天水 741018） 1 引言 布置和导体截面的优化进行研究，提出 求》规定的许可温升值。因此，对其优 近年来，市场对中压大参数交流 一些技术措施。 化的最终目标应该为：在试验电流 金属封闭开关设备(以下简称开关柜) (1.1倍额定电流)和满足标准规定的许 的需求逐年增加，如12 kV开关柜， 3 多导体之间的附加损耗系数 可温升值下，使所使用的导体的截面 额定电流要达到4000～6 300 A甚至 在相邻的两导体构成的交流电流 积总和最小，或者说要使导体的电流 8 000 A，额定开断电流达63 kA或更 回路中，由于导体的自感、互感和分布 密度最大化。 大。对这样的大参数开关柜，关键技术 电容等的影响，每根导体的载流都会 在图1所示的各相四导体三相载 主要有两项，一是提高开断能力，二是 受到自身截面形状、尺寸和相邻导体 流系统的试验中发现，这些同截面导 载流主回路的设计。对载流主回路进 的影响。宏观来看，这些影响可以用导 体的温升，与每一导体各自的平均电 行优化，减少铜铝有色金属的用量，既 体在交流条件的电阻相对于直流条件 流密度值呈现为密切的正相关关系， 对制造厂有经济利益，也具有节约资 的电阻的变化，即采用附加损耗系数 以致可以不需考虑导体受邻近效应产 源的社会意义，并且还可提高产品的 来描述： 生的在导体整个截面区域内实际电流 可靠性，减少用户在产品全寿命周期 R＝KR 密度分布不均匀的影响。这样，就把多 a a d 的成本投入，对产品制造商、用户和社 K＝KK 导体布置的优化任务简化为在符合温 a sapa 会都有价值。 式中 K——导体的集肤效应系数； 升规定下提高各导体载流的均衡性。 sa ——导体的邻近效应系数。K 经过对不同截面导体的比较，以 pa 2 任务的提出 在导体截面一定时，一个导体受 在相同温升值下，各自载流的电流密 开关柜是除外部连接外，由完全封 另一相邻导体作用的邻近效应，与相 度大小作为判据。 闭于接地金属外壳内的开关元件、相关 邻导体通过电流时所产生磁场的磁感 的控制、测量、保护装置及其内部连接、 应强度大小、方向和它自身电流的方 5 各相四导体三相载流系统 支持件，连同该外壳所构成的设备的总 向有关。在每相由多根导体构成的三 的试验 称。大电流开关柜的主回路，包括断路 相交流载流系统中，同相两导体之间 试验模型如图1所示，每相回路由 器、隔离开关等开关元件、主母线、连 的邻近效应表现为使导体的电流分布 4根立放的铜母线(TMY120×100)构 接母线、引入引出分支母线组成。其中， 趋向两导体的外侧，而不同相的两导 成，图a为各导体平行直列布置，图b 开关元件的载流部件是独立设计的，可 体之间，由于两导体电流之间存在120° 为A、C相外侧导体与内侧导体在长度 采用复杂的异型结构件来满足在相应条 相差，其邻近效应使电流分布偏于趋 方向的中点用特制连接件进行了换位， 件下的许可温升要求，装于开关柜内时 向内侧。这样，系统中特定导体所受其 每相4根导体之间的间距依次为 只考虑符合它们的安装条件，如风道、 他导体影响的总邻近效应系数就