影响开关柜温升的主要因素

1.大电流开关柜需要解决的问题

对于40.5kV开关柜，应用于风电等新能源并网系统时开关柜的短时耐受电流不大，但需要超过4000A的额定电流。大电流开关柜需要解决温升问题。对于气体绝缘开关柜，由于尺寸紧凑、密闭空间缺乏气体对流，导致热量难以散发出去，因此3150A已是极限，需要采用大量散热片及风扇来降温，以满足温升要求。对于空气绝缘开关柜采用轴流风机可以有效地实现空气对流，直接把高温导体上的热量抽出柜外，实现母线温度的降低。一般风机的寿命30,000～50,000小时，由于污秽等影响，风机难以实现和开关柜相同寿命，需要更换。同时需要额外的冷却风机电源，对于风电场等免维护场所，风机的更换也比较困难。客户要求额定电流4000A及以下时自然冷却，超过4000A的应用才使用风机，以最大限度的减少风机的使用，延长风机的使用寿命。

2.温升过高的危害

开关柜的温升和绝缘息息相关，限制温升的一个主要目的是避免加速绝缘老化等问题。由于温度持续升高会导致热失控，加速绝缘老化，进而导致绝缘系统失效。开关柜普遍采用环氧树脂类绝缘件，而环氧树脂的玻璃化温度只有115oC，不适宜长期温度超标使用。另外，温度过高还会加速金属材料的氧化，特别是湿度大的情况下高温高湿会造成金属腐蚀、生锈。因此，GB/T11022中的表14规定：裸铜触头和螺栓连接，空气中温升不超过 35K；对于镀银或镀镍的触头和螺栓连接，空气中温升不超过75K。这些要求旨在防止支撑或屏蔽母排的绝缘件过热，过高的温度会缩短绝缘件的寿命。

3. 影响母线温升的主要因素如下。

1）母线的材料

开关设备一般采用电解铜作为母线材料，电解铜是采用电解的方式从含铜化合物中提取出来的纯铜，常用的方法是将含铜的溶液放在铜阴极和铅阳极之间，施加电流使铜离子在铜阴极上还原成纯铜。电解铜也被叫做纯铜或紫铜。电解铜含有少量的、故意添加的氧气，可以清除金属中的杂质。它以精细、均匀分布的氧化亚铜颗粒的形式存在，只有通过对金属抛光部分的显微镜检查才能看到。这些铜的典型氧含量在0.02～0.05%的范围内，这种形式的氧的存在对铜的机械和电气性能只有轻微的影响。电解铜的化学符号为Cu，密度为8.89g/cm³，熔点为1083℃。电解铜的颜色为红黄色，具有良好的导电性、导热性和可塑性等特点。同时，电解铜还具有较强的耐腐蚀性，不易受到大气中的氧气、水和酸的腐蚀。

为了获得更高的导电性，就要选择最佳的原材料。无氧高导电铜是在保护气体下通过熔化和铸造生产得到的含有99.95%铜的高纯度产物，即使在没有氧的情况下也能够达到100% IACS的电导率，无氧铜的电阻率1.68×10-8Ω•m。一般开关柜采购标准母线要求采用优质电解铜母线，纯度达99.95%，导电率不低于97%。

2）母线的形状和长度

不同形状的母线载流量相差很大。不同形状导体的载流系数见表3。

3）母线的连接状态

当导体通流时，因电接触面产生的电阻称为接触电阻，接触电阻通常由收缩电阻（束流电阻）和表面电阻（膜电阻）两部分组成。由于接触电阻的存在，在导体搭接处将产生热损耗。

当两个汇流排用螺栓连接在一起时，电流从一个汇流条传输到另一个汇流条，两个汇流排表面上的微观突起因螺栓连接的压力而变形。母线的螺栓连接为了产生使母线上的微突出物变形所需的压力，螺栓扭矩必须相当高，为了获得高扭矩和大接触面积，最好使用几个大螺栓而不是许多过小螺栓。对于开关设备中的主母线，建议使用M12螺栓，过大的螺栓对于连接并没有明显改善。基于大量温升试验，M12螺栓对于额定电流高达4000A的母线是最合适的。

4）温度对接触电阻的影响

温度对接触电阻的影响：一是电阻率的改变，电阻率随温度升高而升高；二是材料硬度的改变，当材料温度上升接近软化点时，硬度将急剧下降；三是温度升高使化学腐蚀和氧化作用增强，表面电阻增加。温度高，接触电阻增大，损耗就大，又使接触处温度再升高，即随温度的升高从而再产生更高的温升，导致接触电阻进一步增大，进而导致温度进一步升高的恶性循环。

5）母线是否覆盖绝缘层

与相同规格的裸母线相比，覆盖绝缘层的母线通常运行温度较低，因为与裸母线的光亮表面相比，通常颜色较深的绝缘材料是更好的热辐射器。

6）母线周围的外壳的尺寸和材料特性（是磁性的，还是非磁性）

7）母线或母线外壳的空气通风流量

对于空气绝缘开关柜来说通风量非常重要。柜体系数是决定空气开关柜内部温升的关键，IEC60890 中有效进风面积与柜体系数的关系见图1。有效通风面积越大，柜体系数越小，从而温升越低。