长期方案,严格按照北美IEEE C37.20.2标准设计开发。北美开关柜铜排规格的选择一般比IEC标准开关柜要大,主要原因有以下几点。
首先,按照IEEE C37.20.2标准 持续电流试验 不论连接还是触头,不论镀锡还是镀银,温升上限都是65k,这比IEC标准温升上限75k要低10k,这也就意味着发热要小,铜排截面积必须增大,才能减少自身发热。
断路器一次触头的动连接接触电阻也要减少,需要更加大的触头压力。
第二,同时由于电流互感器安装在一次触头盒上,需要触头盒外径要小,因此触头盒的内径就更小,梅花触头直径要小,静触头直径也要小。即使增加触头压力,热量仍然不宜散发,这也就需要更多的连接铜排充当散热器,把热量从触头盒内部传导出去。静触头采用粗的铜棒加工以解决温升问题。
第三,美标中压铠装开关柜标准要求隔室之间不允许有通风孔,不像IEC标准允许隔室之间有IP2X的通风孔,双层断路器开关柜,母线室位于柜后中部,没有与外界热交换的通风散热孔,热量完全密封在隔室内部,因此就需要铜排发热要小,需要更大规格的铜排。
因此美标中压铠装开关柜铜排必须充分考虑温升,特别是大电流3000A的开关柜,不允许使用风机强制风冷,完全依靠自然风冷却,发热和散热要平衡,外壳有效散热面积是固定的,无对流解决温升是很困难。
开关柜也可以选择管型母线等提升铜材质利用率,减少交流集肤效应影响,特别是38kV开关柜,既可以满足大电流温升要求,又可以优化电场,提升绝缘能力,减少空气净距。
相对来说,绝缘问题不大,采用环氧流化处理,加之所有连接处均采用PVC绝缘盒包覆,对于95kV的冲击耐受电压,空气净距最小可以达到60mm。
因此美标开关柜主要差异
断路器,一般采用绝缘屏蔽极柱形式,这种开放式极柱,热量更加容易释放,底部冷空气进入,上部热空气流出,更加广泛的将热量带出,降低真空灭弧室、动连接等处的温升。
不要认为固封极柱就是最好的,固封极柱的缺点也是明显的,极柱浇铸能耗高,极柱热量不易散发,灭弧室坏了需要整体更换,报废阶段不易拆解,材料不降解需要填埋等等都不是当前环保低碳所需要的。
开关柜的设计,对于一般非燃弧型开关柜,按照NEMA 1柜型等级设计,隔室之间采用3mm厚钢板,门、盖板采用2mm厚钢板,通风孔直径不大于12mm即可。
对于燃弧型开关柜,必须设计通风和电弧故障时快速关闭挡板装置,以解决正常运行时温升问题,并在内部电弧故障发生时,堵住通风孔避免电弧喷射出来。
美标开关柜的设计非常困难,3000A及以上电流的温升需要系统解决方案,由于触头、铜排等需要充足用料,成本也非常高。