1.大電流開(kāi)關(guān)柜需要解決的問(wèn)題

對(duì)于40.5kV開(kāi)關(guān)柜，應(yīng)用于風(fēng)電等新能源并網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)開(kāi)關(guān)柜的短時(shí)耐受電流不大，但需要超過(guò)4000A的額定電流。大電流開(kāi)關(guān)柜需要解決溫升問(wèn)題。對(duì)于氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜，由于尺寸緊湊、密閉空間缺乏氣體對(duì)流，導(dǎo)致熱量難以散發(fā)出去，因此3150A已是極限，需要采用大量散熱片及風(fēng)扇來(lái)降溫，以滿足溫升要求。對(duì)于空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜采用軸流風(fēng)機(jī)可以有效地實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)流，直接把高溫導(dǎo)體上的熱量抽出柜外，實(shí)現(xiàn)母線溫度的降低。一般風(fēng)機(jī)的壽命30,000～50,000小時(shí)，由于污穢等影響，風(fēng)機(jī)難以實(shí)現(xiàn)和開(kāi)關(guān)柜相同壽命，需要更換。同時(shí)需要額外的冷卻風(fēng)機(jī)電源，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)等免維護(hù)場(chǎng)所，風(fēng)機(jī)的更換也比較困難?？蛻粢箢~定電流4000A及以下時(shí)自然冷卻，超過(guò)4000A的應(yīng)用才使用風(fēng)機(jī)，以最大限度的減少風(fēng)機(jī)的使用，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。

2.溫升過(guò)高的危害

開(kāi)關(guān)柜的溫升和絕緣息息相關(guān)，限制溫升的一個(gè)主要目的是避免加速絕緣老化等問(wèn)題。由于溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致熱失控，加速絕緣老化，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)失效。開(kāi)關(guān)柜普遍采用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)絕緣件，而環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度只有115oC，不適宜長(zhǎng)期溫度超標(biāo)使用。另外，溫度過(guò)高還會(huì)加速金屬材料的氧化，特別是濕度大的情況下高溫高濕會(huì)造成金屬腐蝕、生銹。因此，GB/T11022中的表14規(guī)定：裸銅觸頭和螺栓連接，空氣中溫升不超過(guò) 35K；對(duì)于鍍銀或鍍鎳的觸頭和螺栓連接，空氣中溫升不超過(guò)75K。這些要求旨在防止支撐或屏蔽母排的絕緣件過(guò)熱，過(guò)高的溫度會(huì)縮短絕緣件的壽命。

3. 影響母線溫升的主要因素如下。

1）母線的材料

開(kāi)關(guān)設(shè)備一般采用電解銅作為母線材料，電解銅是采用電解的方式從含銅化合物中提取出來(lái)的純銅，常用的方法是將含銅的溶液放在銅陰極和鉛陽(yáng)極之間，施加電流使銅離子在銅陰極上還原成純銅。電解銅也被叫做純銅或紫銅。電解銅含有少量的、故意添加的氧氣，可以清除金屬中的雜質(zhì)。它以精細(xì)、均勻分布的氧化亞銅顆粒的形式存在，只有通過(guò)對(duì)金屬拋光部分的顯微鏡檢查才能看到。這些銅的典型氧含量在0.02～0.05%的范圍內(nèi)，這種形式的氧的存在對(duì)銅的機(jī)械和電氣性能只有輕微的影響。電解銅的化學(xué)符號(hào)為Cu，密度為8.89g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃。電解銅的顏色為紅黃色，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和可塑性等特點(diǎn)。同時(shí)，電解銅還具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，不易受到大氣中的氧氣、水和酸的腐蝕。

為了獲得更高的導(dǎo)電性，就要選擇最佳的原材料。無(wú)氧高導(dǎo)電銅是在保護(hù)氣體下通過(guò)熔化和鑄造生產(chǎn)得到的含有99.95%銅的高純度產(chǎn)物，即使在沒(méi)有氧的情況下也能夠達(dá)到100% IACS的電導(dǎo)率，無(wú)氧銅的電阻率1.68×10-8Ω?m。一般開(kāi)關(guān)柜采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)母線要求采用優(yōu)質(zhì)電解銅母線，純度達(dá)99.95%，導(dǎo)電率不低于97%。

2）母線的形狀和長(zhǎng)度

不同形狀的母線載流量相差很大。不同形狀導(dǎo)體的載流系數(shù)見(jiàn)表3。

3）母線的連接狀態(tài)

當(dāng)導(dǎo)體通流時(shí)，因電接觸面產(chǎn)生的電阻稱為接觸電阻，接觸電阻通常由收縮電阻（束流電阻）和表面電阻（膜電阻）兩部分組成。由于接觸電阻的存在，在導(dǎo)體搭接處將產(chǎn)生熱損耗。

當(dāng)兩個(gè)匯流排用螺栓連接在一起時(shí)，電流從一個(gè)匯流條傳輸?shù)搅硪粋€(gè)匯流條，兩個(gè)匯流排表面上的微觀突起因螺栓連接的壓力而變形。母線的螺栓連接為了產(chǎn)生使母線上的微突出物變形所需的壓力，螺栓扭矩必須相當(dāng)高，為了獲得高扭矩和大接觸面積，最好使用幾個(gè)大螺栓而不是許多過(guò)小螺栓。對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備中的主母線，建議使用M12螺栓，過(guò)大的螺栓對(duì)于連接并沒(méi)有明顯改善?；诖罅繙厣囼?yàn)，M12螺栓對(duì)于額定電流高達(dá)4000A的母線是最合適的。

4）溫度對(duì)接觸電阻的影響

溫度對(duì)接觸電阻的影響：一是電阻率的改變，電阻率隨溫度升高而升高；二是材料硬度的改變，當(dāng)材料溫度上升接近軟化點(diǎn)時(shí)，硬度將急劇下降；三是溫度升高使化學(xué)腐蝕和氧化作用增強(qiáng)，表面電阻增加。溫度高，接觸電阻增大，損耗就大，又使接觸處溫度再升高，即隨溫度的升高從而再產(chǎn)生更高的溫升，導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步增大，進(jìn)而導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高的惡性循環(huán)。

5）母線是否覆蓋絕緣層

與相同規(guī)格的裸母線相比，覆蓋絕緣層的母線通常運(yùn)行溫度較低，因?yàn)榕c裸母線的光亮表面相比，通常顏色較深的絕緣材料是更好的熱輻射器。

6）母線周?chē)耐鈿さ某叽绾筒牧咸匦裕ㄊ谴判缘?，還是非磁性）

7）母線或母線外殼的空氣通風(fēng)流量

對(duì)于空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)通風(fēng)量非常重要。柜體系數(shù)是決定空氣開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部溫升的關(guān)鍵，IEC60890 中有效進(jìn)風(fēng)面積與柜體系數(shù)的關(guān)系見(jiàn)圖1。有效通風(fēng)面積越大，柜體系數(shù)越小，從而溫升越低。