技师专业论文

浅谈涡流对高压开关柜的影响

内容提要：双钱集团（如皋）轮胎有限公司总变电所高压开关总柜的设计的电流是

2500A，电压等级是6KV。运行3年来一直正常，而今年4月当电流达到1000A时便发出异常的振动和较高的温升（当时表面温度达到68OC），显然该高压柜工作在非正常状态，存在明显的缺陷。经过分析当电流只达到额定电流的40%就发出异常情况，主要原因是由于进线母排与出线母排之间的隔板产生的涡流而发热，因涡流的存在与母排产生力的相互作用而产生振动。在明确了原因所在后改变隔板的材料，将其更换绝缘的材料，及将该高压柜的后背板向后延伸了100毫米从而加大了与进线母排之间的距离。改造后电流达到1000A时表面温度明显下降，异常的振动消失。当电流升至1800A时表面的温度也只有55OC。改造效果明显，缺陷排除。

关键词： 涡流 温度 材料

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浅谈涡流对高压开关柜的影响

情况介绍：双钱集团（如皋）轮胎有限公司总变电所的供电方法如图一所示，正常

供电时由两路电源供给，全公司的负载分别由601和602开关承担，670开关是两台主变的联络开关，正常供电时670开关处于备用状态，三个开关之间的关系为三取三

的关系，即两台主变可以

主变主变并列运行，也可以互为备用，可以由一台主变供整

至各个分变电所出线开关（图一）至各个分变电所出线开关个公司的用电当由一台

主变压器供电时整个公司的负载将由601开关或602开关承担。

该变电所高压开关柜总柜的设计电流是2500A，电压等级是6000V。自投运至今年的四月份其工作电流一直在700A以下工作状况一直正常，今年四月市供电部门需对该变电所的两条外线路分别进行改造，为此要求该公司的用电进行内部调整。当由601开关担负全公司的生产时，负载逐步向上提升，当电流升至1000A时开关柜就开始发出不正常的响声随着电流的增加振动的响声不断加强，短时间内该开关柜外壳的温度

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迅速上升，最高时达到680C。1000A的电流与设计电流相比较才刚达到40%，很明显该柜存在严重的缺陷，不能工作到原来的设计电流。

问题分析：开关柜的响声原因主要是由于力的相互作用而产生的，而温度的急剧上

升是由于涡流的存在。

一、先来分析涡流是如何产生的，由图二可以看出，进线母排（F）是平行于后背板（E）和进、出母线室线之间的隔板（D），在用电缆做进线的柜子这两块板上是不会产生涡流的，因为电缆的三根线紧紧的靠在一起，三根导线在其周围所产生磁场的矢量和为零。而用铜排做进线的柜子，由于铜排之间存在一定的安全距离，所以在排与排之间的磁场的矢量不可能为零。

出线母线室进线母线室继电器仪表室进、出母线室之间的隔板开关后背板进线母线排图二

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后背板相进线铜排磁力线分布示意进、出母线室隔板图三

由图三可以看出当电流流过进线铜排的时候在其周围磁力线分布的情况，其中就有部分磁力线穿过了开关柜的后背板和进、出母线室的隔板。就A点而言在其两侧的磁场方向是大小相等，方向相反的，而该磁场的大小和方向是随着A相铜排的流过的电流的大小和方向所决定的。当A相电流增加的时候在A相周围的磁场强度也会随着其电流的增加而增加，与此同时穿过后背板和隔板的磁场强度也会随着增加，由楞次定律可以知道在A的两侧会各产生一个电流来阻止穿过后背板和隔板的磁场强度的增加。此时根据右手螺旋定则可以得知在A点与A相平行的这一条线上会产生一个与A相电流相反的电流，此电流是两侧涡流之和。而当A相的电流减小时，A相周围的磁场强度也会随着其电流的减小而减小，与此同时穿过后背板和隔板的磁场强度也会随着减小。此时根据右手螺旋定则可以得知在A点与A相平行的这一条线上会产生一个与A相电流相同的电流。图中的B点和C点情况和A点相同。

涡流的大小决定柜子的温度的提升量。从图三可以看出涡流的大小决定于穿过后背板和进、出母线隔板的磁通的变化量，当A相电流小于一定值的时候穿过后背板和进、出母线隔板的磁场强度小，其磁通变化量也小，因而在后背板和隔板的涡流会

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很小，A点与A相平行的这一条线上的涡流也会很小，因而起发热量就会在一定的安全范围之内。由此可见决定涡流的大小有三种原因：

1、涡流的大小决定于后背板和隔板与进线铜排A相之间的距离，在A相电流不变的情况下后背板和隔板与进线铜排A相之间的距离越小，则穿过后背板和进、出母线隔板的磁通的变化量就越大，涡流也就越大；反之距离越大，其涡流就越小。 2、涡流的大小决定于流过A相的电流的大小，A相的电流越大穿过后背板和进、出母线隔板的磁通的变化量也就越大，则穿过后背板和进、出母线隔板的磁通的变化量就越大，涡流也就越大；反之电流越小，其涡流就越小。

3、 涡流的大小还决定于磁力线所穿过的材质有关，若磁力线穿过的是电的不良导体，则在该材料上就不易产生涡流，若磁力线穿过的是绝缘材料，则在该材料上就不会产生涡流，可是该开关柜的后背板和隔板都是用铁板所制成，而该材料又极易导磁,则在该开关柜的后背板和隔板上都能产生涡流，在同等情况下涡流的大小还与磁力线所穿过材料的厚度有关，根据导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的截面成反比，与导体的材质有关，即R=ρ*L/S,由此可知材料越厚,截面就越大,其电阻也就越小,则涡流也就越大; 反之材料越薄,截面就越小,其电阻也就越大,则涡流也就越小.

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后背板相进线铜排进、出母线室隔板相磁力线分布示意图四二、再分析柜体是为何振动的.柜体的振动是由于涡流的存在.后背板与隔板所产生的涡流在A点存在一个电流与A相平行(如图所示), 后背板和隔板所产生的涡流正好在A相进线排所产生的磁场范围之内,根据左手定则可以得知后背板和隔板与A相进线排之间存在着相互的电磁力的作用,由于图中所示的三个电流是随着时间变化而变化的,所以它们之间的作用力大小也随之变化,再之后背板和隔板都存在一定的弹性所以振动就产生了.由此可知该开关的振动源主要是后背板和隔板.

综上所述柜体温度的上升和异常的振动是由于后背板和隔板上所产生的涡流所致,开关柜所承受的电流越大涡流越大,温度也就越高,振动也就越厉害.

改造方案:根据上诉原因的分析,该柜的发热和振动是由于涡流的存在, 发热和振动源是由其后背板和隔板,涡流的大小与后背板和隔板的材质有关,与它们之间的距离有关.由于该柜的内部尺寸已无法改变,所以采取更换其材质的方法,将其更换为绝缘材料从根本上切断涡流的来源;对于后背板的解决方法,考虑到该柜的机械强度,在不改变其材质的前提下,增大其与进线母排之间的距离在原有的基础上增加100毫米

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从根本上减小了涡流的大小.

改造效果:该柜改造后就投入运行.改造后当电流达到1000A时表面温度明显下降只有280C，异常的振动消失。当电流升至1800A运行8小时后表面的温度也只有55OC。改造效果明显，缺陷排除.

参考文献(《电工基础》 东源电器有限公司的开关柜制作工艺 )

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