电气开关范文

导语：如何才能写好一篇电气开关，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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电气开关柜是电力系统中最为重要的设备之一，因为电气开关柜的质量优劣，直接关系到电力系统的正常运行。因此电气开关柜从设计上就充分考虑电气开关柜的运行电压、使用环境、内部结构等有可能影响电气开关柜正常运行的不利因素，而根据电气开关柜的不同分类，开关柜有很大的差别。

1.电气开关柜的部件

电气开关柜的部件根据开关柜的功能和工作电压不同有所变化，但是大体上包括几大类分别是：柜体、梁架、各种面板、开关柜门、支架和配件。一般小型开关柜柜体是整体结构，而大型和高压开关柜采用可拆卸式柜体。开关柜的梁包括横梁、纵梁、内横梁、电缆梁、刀开机构梁、挂料梁、母排梁等；面板包括顶板、底板、侧板和隔板；柜门包括：仪表门、前下门、后上门、后大门左、后大门右支架包括：角支架、单门支架、双门支架。

2.电气开关柜各部件在设计时的要求

2.1电气开关柜柜体的设计

低压电气开关柜的柜体设计一般为整体设计，柜体材料应采用冷弯钢板材，开关柜柜体及门板采用2.0mm优质冷轧钢板，如果没有特殊要求应尽可能少用或不用焊接。柜体整体应具有一定的强度，能够承受一定的外力冲击。柜体在设计中要考虑柜内各种电气配件的发热问题，柜体的扇热一般采用自然风冷散热方式，如开关柜的符合较大可采用风扇强制散热。在自然散热方式中，开关柜应在柜体的上下和两侧均应设置散热孔槽，以便形成自然空气对流，热空气从上端孔槽排出，冷空气从下端孔槽流入。同时柜体的防护等级最低为IP4X。

2.2梁架的设计

在高压电气开关柜设计上一般采用框架结构，外部安装顶板和侧板，柜体骨架一般分为横梁和纵梁，开关柜的横梁和纵梁都应采用开口型钢，在梁架上设置标准安装孔，实现框架的灵活组装和拆卸，同时在梁架设计上要实现标准化，同一系列的开关柜梁架要统一，在设计精度上要高，提高梁架的互通性。

目前电气开关柜多采用抽屉式功能结构，因此开关柜的内横梁要满足抽屉式功能模块支撑的要求。电缆梁、电容器梁、刀开机构梁和挂料梁这些功能梁要有一定的机械强度，同时采用开口型钢，在梁上有预留小孔，满足安装时固定螺丝的需要。

开关柜在设计母排梁时根据开关柜的功能，将母线设计为柜顶式和柜后式，梁架要有足够的强度，提高母排的抗电动能力。同时要有一定的空间，避免相间空气击穿的高强度短路。必要时设计保护功能的隔板，隔板必须是高阻燃、高绝缘的非金属材料，一旦发生故障能够抵御电弧放出的热量。母线连接孔一律倒角45度，母线上接二次线时一律用M5螺钉，钻4、两孔套丝。母线弯曲时原则上不允许热加工，但不热加工不能满足弯曲形状和尺寸要求时，其弯曲部分的加热温度不准超过下列数值：铜母线：350℃；铝母线：250℃。

2.3开关柜柜门的设计

开关柜的仪表门在设计上要根据开关柜的功能布置好各种仪表，在仪表门上要做好安装仪表的预留孔，并且适当设计一些预留孔，便于以后开关柜设备增添或功能改变时仪表的安装，同时要注意仪表布置上的美观。仪表门的材料要选用高强度的冷弯钢板，在仪表门门沿上要设置橡胶条，防止仪表门在开关过程中对仪表造成损害，同时也提高了开关柜的防护等级。

在开关柜的前中门设计上要突出对人员的安全性考虑，防止操作人员误入带电区间，特别是高压开关柜应设置与断路器或隔离开关的机械联锁装置，确实实现这些带电设备，确实处于断路状态才能打开开关柜门。柜体门的开启应转动灵活，开启角度不得小于90°，在开闭过程中不应损坏喷涂层。门的缝隙应调整一致，低压开关柜同一缝隙均匀差

2.4开关柜顶板和侧板的设计

柜体的顶板在设计上应该便于拆卸，便于现场母线的装配和调整，顶板和侧板可为全通风型，侧板、顶板的材料要选用高强度的冷弯钢板，其厚度不小于2.0mm，其表面的涂覆层质量要保障均匀、附着力强、喷涂层厚度达到规定要求，色彩一致并符合规定，喷涂层不能有皱纹、流痕、针孔、气泡透底，无划痕等。平整度总的要求是每米内的凹凸不超过+11nm。

2.5开关柜支架的设计

电气开关柜内部电气元件水平安装时离不开支架，水平安装支架的两端在设计上要与梁架适应，以便支架为可卡住开关柜主体梁架上，并且可沿着梁架上下滑动的卡槽。这样每次调整支架的时无需反复地去拆卸固定螺丝，使得更换元件变得更加灵活。电缆安装支架距柜底高度不小于300mm。当间隔的电缆较多（3根及以上），在开关柜电缆室设置母线排，母线排距柜底高度不小于5001m。

2.6开关柜的接地设计

为保障设备和人员的人身安全，开关柜必须设计沿开关柜宽度方向的专用贯通式接地母线，接地母线必须与接地网相连。金属壳体或可能带电的金属体（包括因绝缘由损坏可能会带电的金属体）与接地螺钉问，必须保证具有可靠的电气连接，其与接地螺钉问的连接电阻实测值不得超过O.01。接地螺钉应不小于M12，一次设备接地均采用编结铜扁线，但必须有接地标识（接地标牌或接地色标）。压接头搪锡，截面不小于32mm。

3.结束语

综上所述，在电气开关柜部件的设计上一定要遵循“安全、实用、可靠”的原则，做到既能满足电气开关柜内电气元件安装的需要，又要能够满足电气开关柜的防护等级需求，同时又满足人性化、市场化和合理化的综合特点，只有这样才能突出自己的优势，在电气开关柜市场上立于不败之地。

参考文献

[1]简明机械设计手册，机械工业出版社，1997.10

[2]中国国家标准分类汇编，机械卷4，中国标准出版社，1993

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关键词：隔离开关；仿真模型；实训教学；设备检修

电力类专业的高职学生步入工作岗位后，大多从事电气设备运行、维护与检修工作。隔离开关作为电力系统广泛使用的开关电器，主要作用是将被检修的设备与带电部分可靠隔离，以保证工作人员的人身安全和检修的设备安全。高压隔离开关在电力系统中的运行数量最多，其质量优劣、运行维护好坏将直接影响到电力系统的安全运行。隔离开关的检修与故障处理是电力系统检修人员的必备技能，也是电力类技能比武的一项重要赛项。隔离开关检修时，检修人员应掌握隔离开关的结构及相关的技术参数，必须严格遵守现场作业指导书进行规范操作，以确保检修质量[1]。因此，在电气设备检修类实训课程中引入仿真模型，通过模型演示与现场设备检修实操相结合，增强学生专业学习兴趣，提高教学质量，使学生掌握高压开关设备的检修作业规范具有重要意义。

1课程现状分析

电气设备检修类实训课程是发电厂及电力系统、供用电技术等高职电力类专业的一门专业核心课程，课程内容包含电力安全工作规程、高压断路器检修、高压隔离开关检修、高压开关柜检修等内容。基于电力系统电气设备检修相关的最新发展趋势，许多高职院校将高压隔离开关的拆卸与组装、单极调整与试验、三极调整与试验作为实训内容的核心模块，通过课程学习，使学生掌握常见电气设备的检修作业流程，具备能胜任设备运行维护检修岗位的职业能力。学生在实训前缺乏现场工作经验，对高压开关设备的结构、动作原理缺少感性认识，在检修过程中，对各个部件的作用不甚了解，容易出现螺丝、底座、连杆等安装错误，发生触头弹簧、止钉、闭锁连板漏装等问题，使实训效果大打折扣。基于实训设施、场地条件限制与学生操作安全考虑，实训教学中难以在检修平台上完成高压开关设备检修的全流程，同时开关设备在检修过程中频繁的分、合闸操作对设备本身损坏较大。基于上述分析，学生仅通过现场操作训练，难以全面掌握高压开关设备的调试与检修作业规范。本文建立某型号高压隔离开关仿真模型，以期通过模型各部件展示及其分合闸动作演示，加深学生对高压开关设备的结构和动作原理的认知，进一步提升电气设备检修类实训课程教学效果[2]。

2仿真模型开发

结合电气设备检修类实训课程内容，本文选取我国电力系统中应用数量较多的GW4型隔离开关为建模对象，采用三维设计软件SolidWorks建立某GW4型双柱水平旋转式高压隔离开关的三维模型。由于GW4型隔离开关是由大量零件（包含多种杆件、轴销、轴承、主从动支柱绝缘子、导电臂、触头、触指等）交叉组合构成的多体机械系统，其建模过程较为复杂。首先，根据某厂家提供的GW4隔离开关安装图纸，按照实际尺寸1：1比例对各零部件单独建模，其典型零部件轴销、操作杆拐臂、连接头、轴承如图1所示。其次，将已建立的零部件根据其动作关系通过不同类型的配合（如重合、平行、同心及距离配合等）进行装配[3]，分别组建隔离开关的操作部分、支柱绝缘子以及导电部分等局部结构，建立的各装配体如图2所示。最后，根据GW4型隔离开关动作原理，将各局部结构的装配体进行整体模型的组装。由于GW4型隔离开关A、B、C三相结构类似，建模时先组装A相单极模型，经调试无误后再通过重复导入，形成B、C两相模型。再加入相间连杆，通过配合定义约束，对三个单极模型进行连接，完成三相隔离开关的整体模型建模，以实现三极隔离开关模型主、从动极的联动操作，最终建立的GW4型三极隔离开关整体装配模型如图3所示。

3模型应用

“电气设备检修实训”是某校发电厂及电力系统专业的一门专项实训课程，学生通过课程学习能掌握常见型号高压隔离开关的动作原理；能准确阐述隔离开关检修周期、检修项目及检修作业的流程；能分析隔离开关典型机械故障现象并进行基本的检修调试操作。本文以该课程为例，将上述隔离开关仿真模型应用于“电气设备检修实训”课程教学，并从以下方面开展教学实践。（1）隔离开关分、合闸动作过程教学GW4型隔离开关本体为双柱水平旋转式结构。其动作过程涉及部件较多，分合闸运行时，由操作杆转动驱动底部传动机构动作，带动各相支柱绝缘子转动，进而使上部主、从动导电臂在水平方向内转动，直至触头触指啮合，以实现分合闸运行。现场实践教学环节中，由于学生普遍缺乏现场工作经历，未曾接触过高压隔离开关设备的分合闸动作过程，仅根据教师的语言描述难以准确掌握隔离开关的动作原理。教学中引入可动作的隔离开关三维模型，通过对模型进行分合闸操作演示，使学生对高压开关设备的动作原理认识由抽象转换为具象。同时，学生将隔离开关仿真模型的分合闸模拟演示与实训现场隔离开关设备的分合闸操作相结合，通过对比分析以深刻体会设备运行的理论动作与实践操作间的区别。（2）隔离开关状态调试模拟演示高压隔离开关在解体检修后，需要按照相应型号的安装作业书进行规范整体调整作业，以确保各部件参数指标满足技术要求。若调试不得当，可能引发导电回路过热，烧蚀触头等不良影响，威胁隔离开关安全稳定运行[4]。因此，掌握隔离开关状态调试方法是电力类专业学生的一项必备技能。“电气设备检修实训”课程教学中，教师对上述隔离开关仿真模型中交叉连杆、操作拐臂等杆件的机械尺寸进行调整，以模拟演示隔离开关的多种调试不当状态。引导学生结合演示结果自主分析调试不当对隔离开关分合闸运行产生的影响，并总结各杆件伸长及缩短的作用影响规律。学生将作用规律应用至现场实操环节，加深其对电气设备运检工作重要性的认识。

4结束语

电气设备检修类实训课程作为高职电力类专业学生的一门专业核心课程，其教学效果对学生从事电力设备检修、电力安全生产管理等相关专业工作具有重要意义。本文以目前广泛应用的高压开关设备GW4型隔离开关为对象，建立其三维仿真模型，在电气设备检修类实训课程中应用该模型进行隔离开关分、合闸动作与状态调试的模拟演示。通过仿真与实操相结合，增强学生对专业学习的兴趣，丰富实训教学内涵，进一步提升实训教学效果。将仿真模型应用至相关专业课程的实践教学环节，不仅能提高课程教学效果，又能对《电气设备检修实训》课程的教学提供新的教学理念，是检修类实训课程教学改革的发展方向。同时，隔离开关检修是电网企业、发电企业电气设备检修、技能培训、技能鉴定主要项目，本文建立的隔离开关三维模型的开发对现场标准化作业的开展、员工培训及技能鉴定有良好的促进作用，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]张涛．高压隔离开关安装与检修[M]．北京：中国电力出版社，2012．

[2]刘德泉．仿真模型在高职建筑设备类课程教学改革中的实践与应用探讨[J]．职业教育与培训，2019（25）：178-179．

[3]丁正龙．solidworks实战教程[M]．武汉：华中科技大学出版社，2020．

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关于矿用电气设备隔爆外壳在电弧短路故障状态下安全性能的研究是前苏联马凯耶夫采矿安全研究所1950-1954年开始进行的。他们发现了在这种状态下出现的各种情况以及影响间隙隔爆结构参数的因素。试验研究结果表明，在隔爆外壳内产生相间电弧短路或者大电流熔化导线的条件下，间隙宽度为0. 5mm的平面隔爆接合面不能保证所要求的安全等级（p=10-3）。

德国ωβκ的F・凯林（Fritz Killing）、格劳（Groh ）和苏联马凯耶夫采矿工业劳动安全科学研究所的А.Г.依赫诺（А.Г.Ихно）、斯柯琴斯基矿业研究所的H・Φ・什世金（H・Φ・Шищкин）和В.Ф.安东诺夫（В・Φ・Aнтонов）的研究表明，在隔爆外壳内发生2～10kA 的电弧短路时，当断电时间大于某一时间时，隔爆外壳便失去了防爆作用。当短路电流Id＝5kA，断电时间t0≥100ms 时，10mm 的钢板外壳可被烧穿喷出电弧；当10≤t0≤100ms时，灼热的爆炸生成物将沿着隔爆间隙喷出， 引燃壳外的甲烷空气混合物。

电弧烧穿隔爆外壳的情况在我国不少矿井时有发生。1973年6月24日徐州矿务局夹河煤矿的爆炸事故便是典型案例之一。由于QC83-225磁力起动器的隔爆壳内发生电弧短路，将外壳烧穿，形成一个Φ100的洞， 电器芯体熔融一 体，电弧及电弧生成物喷出，引起瓦斯煤尘爆炸，死亡56人。

1976年大同挖金湾矿，因链板运输机卡住，电动机堵转，点动起动时，起动器顺隔爆间隙往外喷烟、喷火。反复多次，引燃周围棉纱，形成火灾。烧毁支护棚子，顶板冒落，煤尘飞扬，继而引起煤尘爆炸，死亡35人。

研究与实践表明，只有当短路电弧的存在时间小于10ms时，隔爆外壳才具有充分的防爆性能。但目前传统的矿用电器保护切断时间一般为250ms， 少数可达30～80ms。因此，单纯靠隔爆外壳保障电气设备防爆性能，存在着一定的局限性。

此外，在大短路电弧的作用下，隔爆外壳的温度急剧升高，有可能引燃外壳表面堆积煤尘。空气式开关装置触头分断电弧释放的能量可表为：

At=KhUIt0

式中：Kh=2Uh/(πUr)；Uh─电弧电压降，V；Ur─燃弧电压，V；

U─电源电压，V；I──电弧电流，A；t0──电弧作用时间。

巴乌爱尔（Бауер）提供了系数Kh的数值。在小短路容量时,可取Kh =0.07当短路容量为10~50MVA时，相应地取Kh=0.12￣0.25。

全苏科学院标准样品物理研究所（ВННИСО）A・A・卡依马柯夫（A・A・камаков）研究了矿用电气设备的外壳在强电弧短路作用下的防火防爆性能。研究表明，在矿井电网短路容量为50MVA，电弧能量At＝130￣300kJ，电弧距壳壁距离L＝60￣100mm，t0＝150ms时,壳壁外表面被加热到允许温度极限（壳壁厚3mm）； 当电网短路容量增至100￣150MVA（Id＝10～15kA，t0＝150～200ms）时，短路电弧释放的能量At＝500～600kJ。这时壳壁外表面的温度将为240～450℃。

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【关键词】10kv真空开关，电力， 检修，技术

中图分类号： F407.61 文献标识码： A

一.前言

最近几年来，真空开关在当今社会中越来越受欢迎。特别是的大、中、小型的水力发电站运用特别的广泛。真空开关机械寿命长、检修周期长、开断容量大、灭弧性能好等优势，相信在不久的未来它将普及在企业和人们的日常生活中。但是，也时有报道真空开关出现故障的事情，加强真空开关质量的提升，有着提高人们生活质量、社会以及经济意义。

二、真空泡真空度的检测

1.将开关管两触头拉至额定开距，逐渐增大触头间的工频电压，若能承受额定工频耐压1min即为合格。10kv真空开关管的额定工频耐压为42kv。试验时，如发现真空泡内有细微放电声，则表明真空度已下降，即使工频耐压试验通过，也不能作为合格产品投入运行，应立即更换。

2.用真空度检测仪检测，将检测结果与出厂试验和交接试验时测得的值相比较，不应有显著变化。工频耐压法只能发现真空度严重下降的真空灭弧室。当真空灭弧室真空度下降至10-2-10-1Pa时，工频耐压仍能通过。因此，新修订的DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》中，对真空开关的试验增加了“有条件时，在大修、小修后对真空灭弧室的真空度进行测量”的条文。但目前市场上销售的真空检测仪大多需要将真空泡拆下来后才能进行检测，给检修带来不便，并增加了机构调整工作量。有的检测仪不需要将真空泡拆下来，但测量精度往往不够，这一点有待有关厂家解决，不过采用同一台仪器在不同时期测得的真空度还是具有可比性的。

由于真空泡做工频耐压试验时，有可能发生X射线，故国外的真空泡制造厂商，有的明确表示不希望进行耐压试验。

三.真空断路器开距、超行程的调整

开距是指断路器处于分闸状态时，真空开关管两触头之间的距离。开距对绝缘性能影响很大。开距的大小由真空开关管的技术条件决定。测试方法是在动导电杆上任选一点A，然后在真空开关管固定件上任选另一点B，测定A在开关分合闸位置时相对于B所走的位移差即可确定。常用调整方法是：

1.同超行程调整方法；

2.转动真空泡一定角度，调整动导电杆的长度，不同安装方式的真空泡能够旋转的角度不一样，此法较适用于微调。

超行程是指当真空开关管的动触头由分闸位置运动到动静触头接触后，断路器的触头弹簧被压缩的位移。开距和超行程之和即为行程。

超行程的测量方法是：量出触头弹簧在分、合闸位置时的长度，将分闸时的长度减去合闸时的长度即为触头的超行程。超行程的变化能够反映真空泡触头的磨损量。

超行程会影响分合闸速度，故每次检修时均应及时调整超行程并做好记录。当触头磨损量累计达到一定程度时，应及时更换真空泡。不同型号的真空泡触头允许的磨损程度不一样。装配真空泡时，几个方向螺母应均匀拧紧，以免开关管单侧受力。

四.10kV隔离开关的改进措施

1.安装分段开关保护器

10kV柜内隔离开关的改进措施之一是安装分段开关保护器。安装分段开关保护器可以有效地解决10kV柜内隔离开关存在的问题。分段开关保护器主要10kV及以下电压等级的新一代微机综合保护测控装置，可集中组屏或就地安装。装置按常规保护理念设计，出口独立，集测量、保护、控制于一体，功能简单，层次清晰，界面友好，操作方便。装置结构采用双CPU、后插式结构，强、弱电分开，抗干扰性能强。主CPU采用DSP6726微处理器，每秒执行300MIPS浮点运算，运行速度高，存储容量大，可在线纪录事件、操作、故障、遥信等多种SOE信息。与此同时，它也起到了保护10kV柜内隔离开关的速断以及过流等情况，提高了10kV柜内隔离开关的正常工作运行速率。

2.隔离开关和接地开关

10kV配电开关柜隔离开关或接地开关的分、合闸操作位置应明显可见。安装于10kV配电开关柜中的接地开关，其关合短路电流的能力和短时耐受电流及短路持续时间均应满足10kV配电开关柜铭牌的要求。特别是通过短路电流时，接地开关不会由于产生的电动力作用而被意外地打开。

3.坚持隔离开关定期大小修制度。

对于久未停电检修的母线侧隔离开关应积极申请停电检修或开展带电检修，防止和减少恶性事故的发生。结合电力设备预防性试验，应加强对隔离开关转动部件、接触部件、操动机构、机械及电气闭锁装置的检查与，并进行操作试验，防止机械卡涩、抽头过热、瓷瓶断裂等事故的发生，确保10kV隔离开关运行的可靠性。

五.目前主流运转车结构特点及性能比较

1.主要结构型式

经了解,中置手车式高压柜运转车,主要基本类型有两种:螺杆式结构和挂钩式结构。

螺杆式结构,主要体现:(1)螺杆实现运转车与柜体连接。(2)螺杆传动,实现断路器手车从柜体内进出。(3)断路器手车运转车上升降由螺杆装置驱动。这种结构代表是西门子公司中置柜运转车。

挂钩式结构,主要体现:(1)挂钩和导向杆实现运转车与柜体连接。(2)调节手轮,实现运转车导轨面与柜体内导轨面一致性调整。(3)挂钩式运转车没有提升机构,需靠人力将断路器手车放置运转车或柜内,再运转车实现断路器手车进出。这种结构代表是ABB公司中置柜运转车。

2.优缺点对比

相挂钩式运转车,螺杆式运转车提供了比较完善使用功能。但国内生产厂家选用螺杆式运转车并不普遍,主要原因是螺杆式运转车结构比较复杂,机加工零件较多,生产成本高,同时,与开关柜配套运转车所需数量较少,许多厂家并没有运转车上投入更多设计,重视不够。挂钩式运转车功能上不及螺杆式,但因其结构简单,易于加工制造,成本低廉,到了生产厂家广泛选用。,现场实践及对挂钩式运转车设计分析,发现目前常规挂钩式运转车均存一定缺陷,这种缺陷会对断路器手车造成潜损害,增加维护工作量,会引起非正常停电时间延长。同时存在不同程度变形,每个工程中约有一、二台变形较大影响正常操作,需维修处理。

六.对10KV高压开关柜结构设计改进的措施

针对上文所述运转车存问题,我们设计了一种改进方案,这种方案着重解决了上文所述挂钩式运转车存各种缺陷,主要表现以下几个方面:

1.消除柜体导轨与运转车导轨之间间隙,避免产生撞击力,结构上,确保当运转车靠紧柜体时,运转车导轨与柜体导轨可靠接触,基本无间隙。

2.特别设计了锁定装置:利用磨擦自锁原理,一个特别设计凸轮装置,可以实现运转车锁定。其工作方式为:凸轮未锁定前,弹簧作用下挂钩与柜体接触面间有一定操作间隙,可以使运转车挂钩顺利插入并钩住柜体。逆时针转动凸轮,消除操作间隙,将运转车与柜体可靠锁定,推拉断路器手车时,无需再靠人力顶住运转车,操作可靠性以提升。同时,为保证挂钩转轴不因受力变形,将挂钩转轴处改为腰形孔,锁定前,弹簧将挂钩向前拉,保证了挂钩与柜体正常操作间隙。

3.操作间隙调整:一段时间使用后,挂钩及凸轮会磨损,间隙增大,会降低锁紧力,针对可能出现这种情况,凸轮与运转车之间,增设了调整垫。调整垫可以作为配件,由用户需要自行添加。

七.结束语

综上所述，本文以真空开关的检查与检修为核心，对我国真空开关电气设备的检查、运用、结构、以及修理进行了分析，并阐述了真空开关设备结构检查与修理改进，去发现问题，以自己的多年来的工作经验提出具体的措施。希望以此来引起这一行业的相关人员对于真空开关检查与维修的重视，保证设备的正常运行。

参考文献

[1]雷海燕,刘俊国. 高压真空断路器故障分析与处理[J].科技资讯，2010(4).

[2]管春玲.电磁式真空断路器故障分析及改进措施[J].科技创新导报，2011(5).

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关键词：低压开关柜；结构特点；优缺点

中图分类号：F407文献标识码： A

前言

低压开关柜是由一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、保护、测量、信号、调节等设备, 由制造厂家负责完成所有内部电气和机械的连接, 用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。低压开关柜主要集中安装在变电所, 紧靠变压器, 作为动力配电中心( PC), 把电能分配给不同地点的下级配电设备。随着新建和改造配网电力工程的不断增多, 低压开关柜作为低压配电系统最主要的成套设备, 在电力系统中发挥着越来越重要的作用。低压开关柜从断路器的安装方式上分, 主要有固定式和抽出式两种结构。其中, 抽出式低压开关柜以其功能单元空间利用率高、柜内出线回路多、相同规格的抽屉可灵活互换的优点,在低压成套设备中得到了广泛的应用, 无论是产量、品种和电气性能都超过了固定柜。

1. 抽出式低压开关柜的结构特点

抽出式低压开关柜是采用钢板制成封闭固定的外壳,作为完整功能的开关设备和相应的附件安装在柜体可水平抽出的底板上, 完成某一类供电任务的功能实体。抽出式

低压开关柜的主要特点为:

1.1 相互隔离的功能小室: 利用绝缘隔板或接地的金属隔板将柜体分成若干个功能隔室, 一般包括: 母线室(装设水平母线的空间)、电器室(装设功能单元的空间)、电缆室(电缆进出线空间)。在馈电柜中, 还要用隔板将抽屉之间隔开, 形成抽屉单元隔室。隔室能防止触及相邻功能单元的带电部件, 限制事故电弧的扩大, 防止外来物从一个单元进入另一个单元。

1.2 模数化尺寸设计: 抽出式低压开关柜在高度方向上采用模数尺寸设计。模数化设计就是确定一个基本模数,柜体骨架及其安装孔尺寸、功能单元区空间和功能单元的外形尺寸均以基本模数的整数倍按需要进行增减变化。在有效安装空间内, 不同模数的电器元件可以任意组合。

1.3 抽出部件的互换性: 馈电柜能够灵活地根据所需要的各种单元线路方案进行任意组合, 可以迅速更换故障单元而不需要将其余回路停电, 提高了供电的连续性, 并且相同单元可在任一柜上互换。

1.4 抽屉单元的四个位置: 抽屉单元一般设置连接位置(运行中, 电气回路接通)、试验位置( 主回路断开, 控制回路接通)、分离位置( 电气回路断开)、移出位置( 取出抽屉)。这四个位置都有机械定位装置, 不会因外力的作用从一个位置移动到另一个位置。通过机械连锁装置的操作程序性, 只有在主回路和辅助回路全部断开的状态下才能移动抽屉。

2. 柜体尺寸

低压抽出式开关柜柜体的基本尺寸如表1, GCK、GCS和MNS柜体尺寸均为标准化设计。

表1 低压抽出工开关柜柜体的基本尺寸

应注意的是:

(1) 进线柜和母联柜根据万能式断路器的尺寸, 即框架电流选择合适的柜宽。

(2) 采用后出线方式时, 柜深优选1000mm, 800mm 柜深不便于连接出线电缆。

(3) 后出线的馈电柜柜宽为400mm 或600mm, 侧出线的柜宽为800mm 或1000mm。

3．进线和馈出电缆方式

抽出式低压开关柜有两种电缆进出线方式:

(1)后出线方式: 水平母线室在柜体上部, 电缆室在柜体后部, GCK、GCS和MNS 都可以做到, 此时, 柜后应留有至少600mm 的操作通道。

(2)侧出线方式: 水平母线室在柜体后部, 电缆室在柜体前右侧部, GCS 和MNS 可以做到。当受场地限制, 柜体靠墙布置及背靠背布置时只能选用侧出线方式。

4．抽屉尺寸及安装数量

一般抽出式柜型功能单元的有效高度为1800mm, 由于基本模数尺寸( E) 不同, 不同柜型的抽屉尺寸和安装数量有所不同。以下是三种柜型的比较。

(1) GCK: 1E = 25mm, 1 单元抽屉为8E ( 200mm ),抽屉分1单元、2单元、3单元三种, 有效高度区间最多可容纳9个1单元抽屉。

(2) GCS: 1E = 20mm, 1 单元抽屉为8E (160mm ),抽屉尺寸有1 /2 单元、1 单元、2 单元、3 单元四种, 有效高度区间最多可容纳22个1 /2单元或11个1单元抽屉。

(3) MNS: 1E = 25mm, 1 单元抽屉为8E (200mm ),抽屉尺寸有1 /4单元、1 /2单元、1单元、2单元、3单元五种, 有效高度区间最多可容纳36个1 /4单元、18个1 /2单元或9个1单元抽屉。

一般来说, 1 /4 单元抽屉所允许塑壳开关最大电流为32A, 1 /2单元为63A, 1 单元为250A, 2 单元为630A, 3单元为800A。

5． 技术性能

不同柜型之间存在区别的主要技术参数如表

表2不同柜型之间存在区别的主要技术参数

比较而言, GCK的主母线额定电流较小, 抗短路能力较弱, 适合用在变压器容量较小( 1600kVA 及以下) 的中小型变电所中。

6．固定插拔式结构与抽出式结构的比较

说到抽出式结构, 就不得不提到馈电柜的另一种结构型式: 固定插拔式。固定插拔式结构同抽出式结构一样,由固定的柜体和装有开关等主要电器元件的可移装置部分组成, 所不同的是, 插拔式结构所选用的断路器本体带有插接式底座, 依靠插接式底座和元件室后端的垂直可插母排, 可以将断路器从间隔回路中拔出进行维修或更换, 完毕后再将断路器插入回路即可。功能单元和垂直母排之间的连接, 采用一次隔离触头, 即使与其连接的回路是带电的, 也不影响其互换性。柜体采用分隔式布置, 每个电气单元均占有一个独立的隔室, 隔室门上设有机械或电气联锁开关, 电路接通时隔离室不能打开, 只有开关分断时隔室门才能打开。固定插拔式结构保留了固定柜结构简单、操作方便的优点, 同时也具有抽屉柜功能单元分隔明确、隔离可靠的特点, 因此是一种可替代抽出式结构的经济实用的方案。

很多馈电柜都同时具有这两种结构形式, 用户可以根据自己的习惯和工程特点进行选择。一般说来, 抽出式结构偏向于馈出少、回路电流大的动力回路或电动机控制回路; 插拔式结构在馈出多、回路电流小的配电回路中更具优势。

现在一些低压开关柜的高端产品, 能够做到将两种结构形式的功能单元组装在一面馈电柜中, 馈出单元既可抽出式连接, 亦可插拔式连接。小电流回路采用插拔式结构,简化了开关柜的制造工艺, 降低了造价; 大电流回路采用抽出式结构, 使较大体积的断路器移动更省力, 操作更安全。组合式结构是抽出式低压开关柜的发展趋势之一。

总结

综上所述, 要选择出性价比高、实用性强的产品, 首先要全面掌握抽出式低压开关柜的性能和特点; 其次要针对工程的实际情况, 在满足各种技术性能的前提下, 选择标准化程度高、经济耐用的结构类型; 再次由于配电系统的不断发展和销售市场的激烈竞争, 使产品更新换代的速度与日俱增, 因此要善于选用融合了新技术和新工艺的产品。现在, 低压抽出式开关柜所面临的主要问题是: ( 1)高端进口产品技术的国产化和通用化, 在提高产品的使用寿命和可靠性、缩短生产周期的同时, 降低工艺成本; ( 2)随着传感技术和通信技术的发展, 状态监测和故障诊断技术将得到质的提高, 免维护、自动化程度高、无人值守必将是产品的发展方向。

篇6

变电站运行过程中一个非常重要的组成部分就是其电气隔离开关，电气隔离开关是否能够正常运行对于整个变电站及电力网络的正常运行都具有非常重要的作用，在变电站的电气隔离开关的安装过程中，综合的考虑各种影响因素，注意安装过程中常见的问题，应用合理的安装施工思路及安装技术是非常必要的，本文就对其施工过程中常见的问题进行简单分析，并对其常用的安装施工技术进行简单分析，对于变电站电气隔离开关安装施工质量的提升具有积极的作用。

【关键词】变电站电气隔离开关 安装施工 问题 技术

随着社会市场经济的发展，社会对于电力供应的需求在不断增大，并且对于供电的安全、稳定性性能也提出了更高的要求，做为供电网络中的重要组成部分，保证变电站的安全、稳定运行是非常必要的，而在变电站运行过程中，一个非常重要的部件就是电气隔离开关，其能否在变电站运行过程中发挥良好作用，对于整个电力网络的安全、稳定运行都具有严重的影响，这就要求在电气隔离开关的安装过程中充分的考虑各种问题，保证其安装施工质量，这对于变电站的正常运行是非常必要的，本文就针对此予以简单分析。

1 变电站电气隔离开关安装施工过程中应该注意的问题

在变电站的电气隔离开关的安装过程中，其安装质量对于整个变电站的正常运行有着非常重要的影响，这就需要在相关的电气隔离开关的安装过程中综合考虑各种问题，控制好各种不利因素给整个施工质量带来的影响，这对于整个变电站的运行质量的提升具有积极的作用，下面就对变电站电气隔离开关安装过程中的一些常见问题进行简单分析。

1.1 仪表及线路的安装

在电气隔离开关的安装过程中，涉及到大量的线路连接问题及仪表安装问题，在此过程中，应该加强相关仪表的保护，防止在安装的过程中造成相关仪表的损害，并且要严格规范仪表的安装手段，不能在仪表的安装过程中对其进行晃动与敲击，这时因为在相关仪表的内部含有较多的精密元件，如果相关的元件受到较大的震动，很容易造成内部精密元件的损害，这会直接对仪表的测量准确性造成影响，严重时还会导致仪表不能正常工作。

另一方面，保证仪表能够与相关的设备仪器良好连接，使仪表在工作的过程中能够保持水平状态，并且相关的设备、仪表以及线路之间的结合点应该能够保持受力均匀，为了避免结合点中出现松动或者是虚连现象，不能对结合点施加非正常的外力对其正常工作产生影响。为了保证整个安装工作的有效性，在开展仪表及线路的安装工作之前，应该保证施工现场的清洁，使得整个安装工作在干燥、无尘的环境下开展，这对于保证仪表的良好使用性能是非常必要的，如果不得不在相对较潮湿的地方开展安装工作，应该保证相关设备、仪表具有良好的密封性。

1.2 高压隔离开关的安装

在高压隔离开关的安装过程中，要保证设备相关设备能够正常运行，保证恰当的用力是非常重要的，如果在安装的过程中用力过大，则容易导致设备内部的齿轮不能进行正常的吻合，一旦出现这种情况，则容易导致设备在使用的过程中出现三相电流不同期的情况，导致设备不能正常运行。并且在接触点的调整过程中，要严格控制动静接头的安装质量，保证接头在运行的过程中良好接触，如果在设备运行的过程中，接头附近出现严重的发热现象，则有可能时因为出头没有完全接触或者是接头的插入深度不够，应该进行重新的插入。另外，在接地刀连杆的安装过程中，尤其要注意接地刀的调整工作，保证其能够在安装结束之后正常工作。

1.3 接地开关的安装

在隔离开关的安装过程中，尤其要注意其开关所处位置，如果其隔离开关处于分闸位置中，容易导致开关不能进行灵活转换，并且其在动作的过程中很容易与隔离开关发生碰撞，导致其不能正常工作，所以在实际的安装工作中，应该先将隔离开关的机箱进行固定，之后在开展接地开关的安装工作，这能够有效的避免隔离开关对接地开关的安装产生严重干扰。

1.4 隔离开关机箱的固定

上文中提到，在接地开关的安装过程中，要想有效的避免隔离开关对接地开关安装工作的干扰，应该先对隔离开关机箱进行固定，之后再开展相关的接地开关的安装工作，实际的安装过程中，设备的型号不同，隔离开关机箱的安装要求及开关就会存在一定的差异，这就需要在实际的安装施工过程中，保证设备支架的型号与设备本身相一致是非常必要的，这样能够有效的避免开关机箱无处固定的情况。

2 变电站电气隔离开关安装施工中的常用技术

变电站电气隔离开关的安装是一个比较复杂的过程，并且在实际的安装过程中，施工现场的环境对于安装质量具有较大的影响，在施工的过程中，只有保证了安装技术的合理性，才能保证隔离开关的安装质量，下面就对隔离开关安装过程中的常用技术进行进行简单分析。

2.1 隔离开关母线接触头的安装

电气隔离开关中的常用的一种母线是悬挂式母线，依据其适用范围对其柔性静触头进行分类，可以分为A型与B型两种，其中A型柔性静触头适宜应用于双列母线的安装中，而B型柔性静触头既能应用于单列母线的安装中，也能应用于双列母线的安装中，在实际的应用中，A型触头的应用能够保证设备在运行的过程中能够保持静触杆的水平状态，但是在其安装过程中，安装过程是比较复杂的，安装的过程中需要对两根导线及四只单T型线夹进行压接，而在B型触头的安装过程中，只需要进行一只线夹的压接，并且B型静触头的静触杆具有较大的长度，要想使其在工作的过程中保持稳定，需要使其保持梯形布置。另一方面，在实际的安装过程中，不同的电气隔离开关具有各种不同的型号，在其安装的过程中，对于施工技术的要求是不同的，要想保证母线触头的施工质量，必须在施工的过程中采用合理的技术。将GW16型隔离开关作为实例来进行简单分析，即使对其静触杆进行了加紧操作，在滚轮的作用下仍然会引起滑动现象，并且会产生侧面的挤压，这容易引起静触头的变形，因此，在实际的施工过程中，要综合的考虑各种因素的影响，选择合理的静触头，选用A型静触头是比较合适的。

2.2 隔离开关的母线驰度的确定

母线发生垂直变化的程度就是母线的驰度，其驰度的变化值受到温度的影响是比较大的，一旦母线的驰度的波动幅度超出触头接触区的限定范围，容易导致触头的接触不良现象，这会对变电站的正常运行产生严重的影响，这就需要采取有效的措施，使目前的驰度保持在要求的设计范围中，在实际的安装过程中，要对具体的安装方案进行科学合理的规划，对GW16型电气隔离开关的安装作为实例来进行简单分析，在开始电气隔离开关的安装之前，需要对母线驰度进行详细的计算，充分的考虑温度变化对母线的长度及相关参数的影响，经过初步的分析之后，得到触头接触区的大致范围，一般情况下，可以将静触杆的安装位置设置在与动触座距离大概65毫米的位置，但是在实际的安装过程中，由于现场环境条件的不同，对于母线的性能影响是具有较大不同的，需要根据实际的情况进行设定，并且实验表明，接近母线中间位置的驰度变化程度是比较大的，因此，在实际的安装分析过程中，应该对不同位置的母线进行针对性的考虑，这能够保证计算及分析的准确性。

2.3 隔离开关静触头接触点的选定

静触头的接触点的选定是电气隔离开关安装过程中的重要内容，在隔离开关的安装过程中，粗调工作完成之后，静触头接触点的确定可以依据施工现场的环境以及施工过程中的设备种类进行设定，但是在实际的施工过程中，由于受到各种因素的影响，安装结束后，出现接触点的偏移现象是比较常见的，出现这种情况的主要原因是安装施工的过程中没有充分考虑母线自身重量对安装过程的影响，因此，在实际的安装过程中，需要在对母线进行驰度调整之后在进行静触头的安装，另一方面，在静触头的安装过程中，应该充分的考虑触头类型对于施工技术的特殊要求。如在A型静触头的安装过程中，应该使用T型线夹进行触头的固定，隔离开关合上之后，要截取长度适当的导线进行触头的压接，使其能够与T型夹保持良好的连接，但是在实际的安装过程中，如果先进行T型线夹的压接，很容易导致静触杆实际的位置与预计的接触点之间出现较大的偏移。在B型静触头的安装过程中，相比之下，施工难度显著降低，在安装过程中，T型线夹的压接可以预先进行，可以在压接完成之后再进行导线的截取，静触杆位置的调整也可以通过导线线圈调节来进行，这能够有效的提升静触杆安装位置的准确性。

3 结束语

电气隔离开关是变电站中的重要部件，对于变电站的安全稳定运行具有非常重要的作用，本文就对电气隔离开关安装过程中应该注意的主要问题进行了简单分析，并对其安装过程中的一些关键技术进行了简单分析探讨，对于电气隔离开关安装质量的提升及变电站的安全稳定运行具有积极的作用。

参考文献

[1]原帅.浅析变电站电气隔离开关安装的施工技术[J].无线互联科技，2012（09）.

[2]林炜星.220kV变电站电气隔离开关安装施工技术的研究分析[J].科技与企业，2011（16）.

[3]刘连华.220kV变电站电气隔离开关安装施工技术分析探讨[J].四川建材，2010（02）.

篇7

【关键词】双电源转换开关；可靠性；选择与应用

中图分类号：O434文献标识码： A

双电源自动转换开关，由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器（转换控制器）组成，用于监测电源电路，并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。作为消防负荷和其他重要负荷的末端互投装置，双电源自动转换开关在重要负荷的供电系统中是不可缺少和重要的一个环节。所以其性能应符合相关标准要求的重要性也越来越强。其中，转换时间也是考核双电源自动转换开关性能的重要指标之一。但是，因为双电源自动转换开关的特殊构造，其转换试验方法又有别于其它普通的低压开关电器，而且目前并无精确测量转换时间的成熟设备

一、双电源转换开关的现状分析

在上个世纪80年代初期，我国对双电源转换开关的研制还处于空白阶段，一些需要双电源切换的场所不得不采用手动式双投刀开关。到了80年代中期，针对国内市场对双电源转换开关的需求现状，一些电器商相继从日本、法国、韩国和美国等国家引进了一些双电源转换开关，这在一定程度上丰富了我国的电器元件市场，极大程度地缓解了国内对双电源转换开关电气设备的需求。双电源转换开关自诞生以来经历了以下四个发展阶段：第一个阶段是两接触器型转换开关。这是我国最早生产出来的双电源转换开关，该装置虽然整体结构较为简单、价格低廉，但是其在电压检测功能方面略显不足，并且能耗较大，同时线圈长时间处于通电状态非常容易烧毁，不适用于可靠性要求较高的场所；第二阶段是两断路器式转换开关，即CB级ATSE。该装置具有过电流保护功能，属于保护和电源切换一体化的装置；第三阶段是励磁式专用转换开关。该装置主要是由一个励磁式接触器和控制器构成的，它的机械联锁较为可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度较快。从双电源转换开关的概念角度上讲，该装置属于PC级的ASTE；第四阶段是电动式专用转换开关，该装置也归属于PC级ASTE的范畴。它的主体是负荷开关，属于机电一体化的开关电器设备，转换机构则是由电机或是励磁驱动，整个转换过程较为平稳且速度相对较快，同时还可以配过零位功能。然而，因为PC级ASTE本身不带保护功能，因而需要加装断路器等保护装置，这样才能实现过流和短路等保护功能。

二、双电源转换开关电气的选择

CB级双电源转换开关具备短路保护功能和双电源切换功能，大幅度地减少了连接点，相比较PC级双电源转换开关而言，具有明显的低价格优势。由于双电源开关必须保障电源的可靠供电，所以不允许其存在过载切换，即不能使用具备过载保护功能的断路器作为双电源开关主触头的开关电器。通常在电气工程设计中，应当尽量选用塑壳断路器，避免选用微型断路器。此外，CB级双电源转换开关的低压断路器与上下级出线回路低压断路器的选型必须满足配电保护选择性要求，避免存在上下级同时出现跳闸问题。当使用一台双电源转换开关带动若干路负荷时，极易因某路负荷回路出现故障而致使出现同时跳闸现象。因双电源转换开关只具备检测进线端电源状态的功能，所以在电源侧电压和频率均处于正常运行的情况下，双电源转换开关的控制器根本无法检测到电源故障，不能实现开关的自动转换操作，从而导致同一双电源转换开关下其他重要负荷电源易发生供电中断的事故。由此分析可知，在电气工程设计时，应当避免在重要负荷（如消防负荷）中采用CB级双电源转换开关。

PC级双电源转换开关仅具备电源转换功能，而不具备过载保护和短路保护功能，同时该类双电源转换开关拥有独立一体式结构形式、耐短路电流冲击性强、主触头切换容量大、操作机构简单、转换速度快、抗氧化性能强等特点。当双电源转换开关的前端与后端出现选择性保护不当而引起同时跳闸时，双电源转换开关能够及时检测到电源停电状况，进行转换到备用电源的操作，进而保障其他重要负荷供电不受其影响。因此，应对一级负荷、二级负荷采用PC级双电源转换开关，以达到提高设备供电可靠性的目的。

三、双电源转换开关的具体应用

（一）考虑技术因素

双电源转换开关不仅要完成负载在两路电源间的选择和转换，还要根据供电电路中出现的复杂情况（如设备频繁操作、过负荷、短路电流冲击等）作出反应。所以，在选择和应用双电源转换开关时必须充分考虑技术因素，如供电系统配电方式、负载使用性质以及转换时间等因素。

（二）三位式双电源转换开关的应用

三位式双电源转换开关主要适用于市电与发电机电源转换。在正常电源一旦发生一相断相时，双电源转换开关必须及时切断电源，并使其自身置于零位，直到发电机稳定送电一段时间之后，再将其置于发电机位置。通常情况下，转换应当集中装设在低压配电室的母线上，以便于日常维护。因发电机组的输出柜自身配备了保护电器，所以应当在该转换设计中选用PC级双电源转换开关。

（三）双电源转换开关极数的应用

一般情况下，双电源转换开关可分为两极、三极、四极，在选择开关极数时应当以配电系统为依据。两极双电源转换开关适用于单相电路，三极双电源转换开关适用于三相电路，四极双电源转换开关适用于拥有两个不同输入电源的接地系统，同时也适用于需满足剩余电流保护的配电系统。在采用四极双电源转换开关时，能够实现三相电路带中性线的转换，完全隔离两套系统，确保两套系统独立运行。

（四）PC级双电源转换开关的应用

当消防负荷容量大且较为集中时，需要在低压配电室的母线上直接放射作双电源转换，或者需要在电源进线后直接作双电源转换的场合，如消防水泵房等，在选择双电源转换开关时应满足放射式供电要求，选用PC级双电源转换开关，而不宜选用CB级双电源转换开关，从而避免因开关电气自身故障而导致电源转换失误，造成事故损失。

（五）双电源转换开关在关键电气设备中的应用

对于消防排烟机、消防泵、防火卷帘门等关键的电气设备而言，必须配置两套设备，当一套设备发生故障，可以利用双电源转换开关的自动转换功能，切换至正常设备运行。两台双电源转换开关电气要分别负责双路电源自动转换和主、备设备的自动使用。目前，这种双电源转换开关的设计方案得到了广泛应用，不仅能够考虑电源和设备因素，还能够保障关键用途设备的正常运行。

四、结 论

总而言之，双电源转换开关作为一种低压配电产品，其可靠性对于较为重要负荷的供电十分重要。由于我国对双电源转换开关的研究起步较晚，应用也尚处于初级阶段，为此，在今后一段时期内，应将研究的重点放在电源转换时对设备的影响上，这有利于双电转换开关的进一步推广应用。

参考文献：

[1]葛世伟.陶良明.王兴利.王旭川.陈召军.一种新型的微断型双电源自动转换开关[J].低压电器.2009（17）.

[2]王志平.PC级双电源自动转换开关（ATSE）在工程中的应用[A].第七届全国石油和化学工业电气技术交流研讨会论文集选编[C].2009（7）.

[3]李雨.丁鸿杰.齐从谦.双供电系统实时监控和自动切换装置的研制[J].工业仪表与自动化装置.2008（05）.

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关键词 自动转换开关；电器双电源切换；问题研究

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号2095―6363（2017）03―0025―02

自动转换开关电器用于紧急供电系统中，其工作原理是从一个电源将负载的电路转换到另一个电源，并保证负荷的传送是连续和可靠的。电源自动给转换开关是保证产品的可靠和安全运行，如果一旦转换失败，轻则导致电源间的短路引发停电，重则会令生产停顿，造成很大的经济损失和社会问题。

1 ATSE的核心电气性能

自动转换开关电器即ATSE，其核心包括开关本体和控制器两部分，其电气性能开关，应用较普遍开关本体的性能与本体接在主电路上，不同类型的ATSE是通过电机行程带动开关，有的由接触器、断路器等元件加机械联锁组成，具有同步性，动触头开启速度较慢；有的为一体式结构，应遵循建筑电气的设计规律也由专用的负荷开关组成，以防止主、备电源同时接通开关本体，需具有可靠联锁，本体转换驱动机构有电机驱动和电磁驱动之分。电磁驱动方式反应迅速，作为ATSE的执行机构，材料与主触头的结构使用动、静触头的连接方式，适合快速转换的场合，灭弧方式等多方面有关，ATSE的基本取决于此。

对于ATSE的选择，按照使用类别和荷载的要求，进行转换时间等，例如转Q条件上必须标明三相失电、过压、欠压等。如果对比较大的系统进行转换，出现不合适的额情况，就要设定时间差，将负荷的要求、延时自复的要求进行调整，达到常用电源稳定30s以上，才能被视为正常。

2 PC级和CB级的ATSE的选择

根据国家关于自动转换开关电器分级的规定，一般可以分为PC和CB级。对2种级别的选择，可以从以下几方面进行考虑：现今，在电流等级相同的情况下，PC级的制造成本会比CB级的高，所以，CB级比PC级更具有经济、实惠。从可靠性角度看，PC级的自动转换开关电器对故障电源的敏感度比较高，因此在进行断路器的自动转换开关电器选择的时候，一般会选用PC级的断路器的减速电机驱动转速来驱动开关，电机转速一般为15r/min～20r/min，开关需要转动到一定转角后触头才能断开，并发出了转换信号后，才能采用励磁直接驱动的自动转换开关电器加以运行，大约30ms之后再断开故障电源。

3 PC级ATSE前端是否需要加断路器或隔离电器

由于断路器的核心功能是保护电路避免发生过载、短路、接地故障，因此，在进行开关设置的时候，往往对于PC级的自动转换开关电器不加载开关保护，而是将负荷一侧的电源分开，使剩余电源小于等于1MA。了确保供电的稳定性，可以把高低压屏置于配电系统的最前端，但这样会使回路中的可开断触头增多，增加了经济成本，而且也没有此项规定。一般情况下，在隔离电器中设置散热性能好、储存空间大的落地自动转换开关电器是很有必要的，可以在建筑物中配备配电柜、消防泵房等大型的自动转换开关电器，并采用高低压屏可以保证供电的可靠性，但是由于隔离开关占用空间大、成本高，对可靠性有一定影响，因此不是所有出线开关都要加隔离开关。

4两工作位与三工作位的ATSE选择

两工作位主要应用在消防应急系统中，当火灾发生的时候，二路电源能够保持一路的畅通，并且在火灾发生的时候能够得到及时的救援。而三工作位主要应用在柴油机电的备用电和非消防系统上，将发电机的负荷调整为正常电源的断相状态，对自动转换开关电器进行电源的切断，将自动转换开关电器放置在零位上，然后确认电机组的电源指标都达到了稳定状态。当电动机的荷载在转换的时候出现了振动，或者出现了负载转换的高感抗时，就要在相位差距较大的时候，采用零位的转换的方法，将自动转换开关电器的三工作位加以转换，避免在切换大电机的时候引发负载导致的电流冲击。

5三极和四极的ATSE选择

在正常的供电电源和备用发电机之间进行系统的三极和四极的自动转换开关电器开关的选择具体表现在：备用电源为发电机组的时候，一般自动转换开关电器的可靠性较强，因此对于CB级的脱扣的保护和PC级的电机驱动中发生的不可靠的因素，建议选择励磁驱动的专用PC级。作为高感性负载的发电机，在三段位的自动转换开关电器应该具有隔离功能，并且配备现场可调的延时转换设置，还要具备电源转换到正常的备用电源的命令启动功能，发出指令后，荷载将返回到常用的电源中，发电机组停止自投自复和不白复的设置功能。

6重要荷载对ATSE的选择

根据供电电源的有关规定，智能化设计采用的是微处理器和集成芯片两种器件，一级负荷应有两个电源供电，如果其中一个有故障，另一个随时可以作为备用加以替补。其他供电系统的负荷，如果有重要的负荷，参数可调，两个电源之外再增设应急电源精度高，但是不能接入，控制器发出动指令，将采集的信号与之进行比较，当被测电源异常（如断相、失压或频率偏差）时，具有性能好、可靠性高和使用方便等优点。建议在一级负荷中使用一体化结构的专业PC级。数字化、智能化控制器的工作原理是：在单片机中存储判断电路信号是否正常的标准值，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。

7 ATSE的发展趋势

ATSE向大容量、高分断方向发展，具有可编程、自动测量、数字通信等功能，除了完成负载，产品融合了现代材料、机电、测量、控制和微机技术，不断更新换代，技术性能不断提升，包括控制器和开关本体部分，双电源放射式供电，控制器的发展集数字化、智能化、网络化于一身在两路电源间的选择和转换功能外，还需考虑供电电路中的各种复杂情况，充分考虑供电系统的配电方式，如短路电流的冲击等，如消防水泵房等，对ATSE的选择应从技术角度出发，为确保关键用途设备的正常运行，符合转换时间及负载使用性质等实际要求消防负荷容量大且比较集中时，需要在低压配电室的母线上直接放射作双电源转换，或因电源进线后需要直接作双电源转换的场合。

篇9

关键词:网络理论;EMI电源滤波器;插入损耗;开关电源

中图分类号:TN713文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)10-193-02

Design and Simulation of EMI Filter of Switching-mode Converter

WANG Jinxia1,YANG Qingjiang1,ZHANG Hui2

(1.Electric and Information College,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin,150027,China;2.Pacific Circuit Company,Dalian,116001,China)

Abstract:Filtering is a good way to suppress the conducted EMI.In order to improve the performance of filter and shorten the research and development time,a simple and good effect filter design method is presented in this dissertation for DC-DC switch power.Basic theory of EMI source filter,topological structure,principle of design and high frequency performance of filtering components are illustrated in this dissertation.Then filter insertion loss simulation model is established,simulation program is compiled and design results are analyzed.Finally,correction of design method is verified by practice test.At the same time,on the basis of design of EMI source filter,continuation function circuit of filter is designed.It is main against surge voltage by switch motion.

Keywords:network theory;EMI source filter;insertion loss;switch power

目前,在我国绝大多数工程设计中,尤其是在设计初期,很少考虑设备内部电路对内以及对外的电磁干扰问题,致使许多电力电子装置性能都不能得到理想效果。往往是问题出现了才去寻找原因与解决方案,这既耗时又耗力,而且加大了产品的成本。因此,提高电力电子装置的电磁兼容性[1]已成为十分重要的问题。为了提高产品质量与可靠性,缩短产品的开发周期,则要求进一步加强对电力电子装置电磁干扰特性的研究,特别是在设计初期,则考虑设备电路之间的电磁干扰是十分必要的,然而电磁干扰滤波器[2]是提高电力自动化设备电磁兼容性的重要器件之一。

1 研究方法和实验方案

1.1 开关电源频率分布

根据开关电源[3]产生共模、差模干扰的特点,可以粗略按干扰的分布划分3个频段:0.15~0.50 MHz差模干扰为主;0.5~5 MHz差模、共模干扰共存;5~30 MHz共模干扰为主。

1.2 共模和差模等效电路

在进行EMI电源滤波器电路结构分析时,通常将共模干扰和差模干扰分开分析,分别计算各自等效电路的A参数矩阵,并得出对应的插入损耗[4]。

分别给出滤波器在理想状态下的共模等效电路和差模等效电路如图1、图2所示。

1.3 干扰信号分析

近年来,共模和差模干扰信号分离技术发展日渐成熟,可通过多种方法获得共模和差模干扰信号各自的相量成分大小。常用的干扰信号分离方法有电流探棒、差模拒斥网络以及干扰分离器等。在进行传导型电磁干扰测量时,必须使用传输线阻抗稳定网络[5],它是电磁兼容检测规定的线性阻抗固定网络,其主要功能是提供待测物工作电源,隔绝外部干扰,并提供一个固定阻抗,以摄取待测物干扰,利用频谱分析仪[6]读取干扰的大小,测量电路如图3所示。当分别获知干扰源共模和差模干扰大小时,便可利用共模和差模等效滤波电路[7],并依据所需的衰减量设计适当的元件值。

根据现有条件,通过对测试结果和标准要求的综合分析可得滤波器抑制共模和差模干扰需要达到衰减量。共模和差模插入损耗与频率对应关系如表1所示。

2 程序设计及仿真

所有算法采用Matlab语言编程实现。从程序功能分为滤波器设计和滤波器分析两大模块。

2.1 共模电感和差模电感的计算

共模电感和差模电感的计算频点是根据开关电源的工作频率来取值的,分别是工作频率、谐波频率及几个高频点。

2.2 仿真结果分析

测试工作是对EMI电源滤波器性能做出评价的重要依据,一般在电磁中进行。电磁屏蔽室[8]是能够提供防止电磁干扰、净化电磁环境试验场所插入损耗常用的设备,一般是频谱分析仪、人工电源网络等,该实验使用的分析仪型号为HP3585ASPECTRUMAN ALYZER 20 Hz~40 MHz。表2所示为滤波器实际测得的共模和差模插入损耗。

2.3 结论

通过一个直流EMI电源滤波器的设计实例,阐述滤波器的整个设计流程。设计过程主要包括:首先明确EMC规范要求[9],选择滤波电路结构,并使用网络理论进行分析,同时在分析干扰信号的基础上给出滤波器的共模和差模插入损耗设计指标[10]。在此使用Matlab软件建立滤波器仿真模型,通过编程计算出部分滤波元件的参数,并分别对滤波器的理想及高频电路模型进行仿真分析,讨论元件参数、高频分布参数及源、负载阻抗对滤波器频率特性的影响。最后通过实验验证滤波器设计方法和仿真模型的正确性。在此使用的滤波器设计方法同样适用于多级滤波器、交流单相滤波器及交流三相滤波器。

3 结 语

总之,本设计是建立在网络理论上的EMI电源滤波器设计技术,能严格保证滤波器网络的稳定性和网络传输特性,使其弥补以前经验设计的不足。同时结合实际工程技术,使设计方案更加实用,缩短滤波器的开发周期,并节省研发成本。该设计方法使该设备具有抑制电气电子设备的传导干扰,提高电气电子设备传导敏感度水平,保证电气电子设备整体或局部屏蔽效能等优点,同时具有结构简单,性能可靠,操作方便,有较好的实用价值。

参考文献

[1]刘鹏程,邱扬.电磁兼容原理及技术.北京.高等教育出版社,1993.

[2]区健昌.EMI滤波器和开关电源防护技术(续).安全与电磁兼容,2002(3):32-34.

[3]刘新宇.EMI电源滤波器关键技术研究.西安:西安电子科技大学,2002.

[4]曹才开.开关电源电磁干扰滤波器插入损耗的研究.通信电源技术,2003(10):17-20.

[5]周立夫,林明耀.EMI电源滤波器的设计和仿真分析.低压电器,2004(4):7-9.

[6]周志敏,周纪海.开关电源实用技术设计与应用.北京:人民邮电出版社,2003.

[7]王丽,张小青.EMI滤波器与浪涌抑制技术的结合.电力系统通信,2006(7):50-53.

[8]王丽,陈杨,张小青.开关电源EMI滤波器的设计.电气时代,2006(9):132-133.

[9]钱照明,袁义生.开关电源EMC设计研究现状及发展(上).电子产品世界,2003(7):51-53.

篇10

关键词：自动转换开关电器；产品选择；应用；发展趋势

中图分类号：TM52 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0009-02

自动转换开关电器也称作ATSE，现已发展成为低压配电系统的重要组成部分。自动转换开关电器一般应用于额定电压交流不超过1000伏特或者直流不超过1500伏特的低压供电系统之中，并在转换电源期间中断向负载供电。在电源切换系统之中，如果转换失败就会导致电源之间的短路，或者因负荷过大而产生断电的情况，这种结果的出现不但会影响到生产活动的顺利进行，还可能进一步的致使金融系统陷入瘫痪的状态，产生不可估量的经济损失，当然，也有可能将生命置于危险的境地，由此而引发的社会问题是极为棘手的[1]。所以，在一些发达国家，一般都将都将自动转换开关电器产品的生产与使用进行重点限制与规范。而不同电器产品的技术水平会对用电的可靠性产生直接的影响，所以，在实际应用中对其进行选择和应用就显得十分重要。本文以此为基础，首先分析了自动转换开关电器的主要特点和功能，然后讨论了自动转换开关电器的选择与应用，最后从多个层面探讨了自动转换开关电器的发展趋势。旨在通过本文的工作，为自动转换开关电器的生产和应用提供一定的可供借鉴的信息，促进电器产业的良性发展。

一、自动转换开关电器的主要特点及功能

（一）负荷开关双投型自动转换开关电器

该种自动转换开关电器是由两套负荷开关共同拼装为一个整体，利用一套微型可逆电机形成电动操作机构，然后借助齿轮变速箱传动实现双电源的自动转换与控制的功能，动作方式和有单电机完成驱动的断路器投切型自动转换开关的电器原理完全相同。通常，负荷开关双投型自动转换开关电器具备以下特征：一是因为自身的运动、传动机械相对简单于紧凑，除了电气联锁以外，还能够借助机械齿轮传动结构实现机械联锁功能，这样使得安全性得到保障。二是二次控制回路许多产品均集开关和逻辑控制于一身，因为采用电子产品，使得故障隐患降低，基本适应了可靠性要求。而且受结构形式制约，通常又不具备过载和短路等保护功能，因此要求该电器体积适中，外观整齐与统一以及价格合适[2]。

（二）控制保护器投切型自动转换开关电器

该种自动转换开关电器通常主要是由系列主电路基本模块与其他辅助模块构成。因此，控制保护器投切型自动转换开关电器具备以下特征：首先，因为它使用了模块化结构，所以，它在单一的结构形式上完成了集成化、内部相互协调配合的控制和保护的功能，具备断路器、接触器以及热继电器的很多功能和优势，而且它通过内部电气和机械联锁功能，借助电磁线圈吸引驱动来实现自动转换过程，不需要再外加其它操作与转换机构[3]，因此它的结构简单紧凑，而且转换速度非常快，安全性能良好。如今这种产品在国内是独立企业生产的，它的二次控制回路不管采用集开关和逻辑控制于一体，或者是采用智能控制器，均可以较好地达到可靠性的要求。它能够为负载提供完整的过载和短路保护功能，其他功能及特点和断路器投切型的自动转换开关电器相对类似。

（三）断路器投切型自动转换开关电器

通常断路器投切型自动转换开关电器的具备以下特征：首先，从结构形式上来说，运用了两台断路器，其绝缘等级非常高，而且具备电气和机械双重联锁作用，消除两台断路器任何状态下均不会同时合闸，这样就会在很大程度上确保了其安全性；其次，其二次控制回路是由智能控制器构成，在非强电控制、无触点化以及功能强大等方面非常高端，降低了元器件，这样就为供电的连续性带来了可靠的运行前提，完全满足了相关可靠性要求；再次，它为负载带来了全面的过载和短路保障，能够实现两段或者三段保护作用，而且能够按照需要增加接地等诸多保护能力；除此之外，它还具备限流强、选择性良好、级联配合与能量保护等作用，并且在选择性能上表现尤为显著；最后，它还具有电源很多故障保护、故障报警系统、运行参数可调以及电源电压实时显示等作用，而且可以预防故障电源向负载供电；因为不同用户或者设备对供电电压及转换时间各不相同，能够运用数字整定可调系统，这样就会大大方便用户使用，它还为完成“四遥”提供了重要保障。

二、自动转换开关电器的选择与应用

（一）双电源树干式供电自动转换开关电器的选择

如果配电线路的导线截面积降低或者其特点、安装方式以及结构发生改变时，需要在分支或者被改变的线路和电源线路的连接处加装设短路保护或者过负荷保护电器动作。如果分支线截面降低时能够在电缆分支处配别保护电器，进而分支线路根据负荷侧额定电流的要求降低截面，引到用电设备处然后再加装PC级的自动转换开关电器，最后在负荷侧各出线回路上安装保护电器。如果分支线截面不减低和电源干线等截面，需要在用电设备处安装PC级的自动转换开关电器，而且在负荷侧各出线回路上安装相应保护电器。

（二）市电与发电机电源转换时自动转换开关电器的选择