大电流隔离开关的穿墙套管设计

穿墙式隔离开关的优点是有利于形成母线室和开关室，而且母线直接从开关本体穿过，使母线最短，因此在大电流开关柜中也常见到一些应用。穿墙套管是穿墙式隔离开关的主要部件，起着母线的作用和开关静触头的作用，它的生产成本、电气性能和可靠性对大电流隔离开关产品推广应用起着至关重要的作用。由于大电流隔离开关的容量大，每相单组刀闸、双组刀闸的额定电流分别达到3150A、6300A左右，额定短时耐受电流可达63kA/4s,峰值耐受电流可达158 kA，与非大电流隔离开关相比，在设计上需要重视更多的问题。笔者对12kV大电流隔离开关穿墙套管设计做了一些尝试，对此做一介绍以供同仁参考。
1、大电流隔离开关的穿墙套管设计需要重视的问题
1.1由于大电流隔离开关需求量不大，因此大电流隔离开关的穿墙套管的产量也不大。穿墙套管生产量小会使生产成本高。如何降低穿墙套管成本？
1.2由于电动力与两相电流之积成正比，因此在同等相距的情况下大电流隔离开关的峰值电动力相对很大，容易导致母排的固定处和套管安装面处因结构设计不当或制造缺陷造成套管强度不足而破坏。
1.3由于额定电流太大，发热量与电流的平方成正比，容易出现温升过高的问题
1.4在安装面处由于有安装钢板的存在，安装钢板是接地的，如果在安装钢板与母线之间的穿墙套管材料内存在气孔、缩松、裂纹等缺陷，必然会使局部放电问题更加显著。
2、
分析并找出解决问题的思路
2.1降低成本
穿墙套管的成本主要为模具投入成本、产品用料、工艺消耗用料和废品损失。节约工艺消耗用料是没有多少潜力可挖的，但通过合理的设计是可以减少模具投入、产品用料和废品损失的。
减少模具投入的有效思路是利用已有的套管模具来改制，同时要求不影响原套管的生产和使用。
减少产品用料是可以采用空心套管与母线组合的办法来实现的。
减少废品损失的直接思路是提高产品的合格率。措施是通过设计提高母线固定处和套管安装面的连接强度。
采用组合式设计，可以实现母线与套管本体分期制造，一次性加大套管本体的生产量（包含适当的套管本体库存量，而价值较高的紫铜母线待有订单时才制造，这样可以避免铜排的先期投入而且并不影响交货期），有利于降低套管的生产成本。
2.2提高结构强度
提高套管安装面的连接强度的思路是对比有无嵌件时的套管弯曲强度（有人认为连接孔处设计金属嵌件可以提高连接强度），以选择连接孔的结构设计方案。
母线固定处设在套管两端的口部，合理设计连接凸台和连接件是提高强度的关键。
设计良好的结构避免母线与套管受热膨胀不一致产生附加应力，也是提高强度的关键。
2.3解决散热问题的思路是设计具有散热通道的套管和母线。穿墙套管的安装座板材料选择不导磁材料，尽量减少涡流发热，既有利于控制温升又有利于减少热变形对套管强度的影响。
2.4减少局部放电
减轻在安装面处产生局部放电问题的思路是减少在安装面附近套管材料内部产生气孔、缩松、裂纹、夹杂等缺陷。
局部放电从套管制造工艺的角度与配方、配料、搅拌、抽真空、注射压力等因素有关。
局部放电与产品设计、模具设计有关。设计套管均匀且适当的壁厚和壁厚过渡，使材料在凝固时容易流动补缩以减少内部缺陷。在套管中段内腔面设计与高压互感器内壁相同的高压屏蔽层以及在套管中段材料内部设计与充油套管内相同的接地屏蔽的做法也可以研究应用于本套管，以进一步减少局放。