开关柜的结构性能

开关柜的结构性能（精选九篇）

开关柜的结构性能 篇1

1低压抽出式开关柜结构设计对电气性能的影响

1.1绝缘性能之间的配合

设备的绝缘性能的提高, 能够有效地提高绝缘性能的整体对抗电压的功能。低压抽出式开关具备有良好的绝缘性能, 它是依靠整个设备的系统整体使用的环境来进行设计的, 常见安装于设备的供电系统所在之处, 主要依靠绝缘性能的制造材料等因素来决定电气之间的距离以及它和爬电之间的距离。绝缘材料的组别是参照漏电启恒的指数来进行划分, 并以此为依据将其划分为4类。低气压抽出式柜的绝缘制造材料可以选择多种, 绝缘件也有很多, 比如绝缘子、二次接插件、母线夹以及聚碳酸脂工程塑料制成的功能板, 他们相互作用, 共同构成了低压抽出柜的整体绝缘性能。根据相关的事故统计数据显示, 我国的电气产品中出现安全隐患的有二分之一都是因为绝缘体出现问题所导致的。所以, 这就要求电气的绝缘体选材必须要符合条件, 才能够确保电气性能能够满足安全工作需要。

1.2抗动热稳定性能

低压抽出式开关柜的设计充分地考虑了柜体的动热稳定性能, 这也是其需求客户购买时所考虑的首要方面。大电流的工作环境, 对于柜体的结构强度要求会比较于低电流的柜体结构工作的环境的要求更高, 这就要求柜体应该要具备应对短路电流的能力。所以, 低压抽出式柜开关的设计工作人员在对其进行设计时, 就要充分地考虑好水平主母排的固定方式及位

置放置。如低压抽出式柜开关设计人员在面对300 MW机组的大电厂低压进线电流时, 他们不会考虑到传统的实际选取方式去进行材料的选择, 反之, 一般会考虑的是依照上下两层的布置来进行, 并且采用特殊材料的绝缘母线夹来对其进行固定, 这样的设计能够更为高效地分散短路电流带来的冲击力, 使得柜体开关应对短路电流的能力大大地提高。低压抽出式柜开关通过加强接触压力, 来保证螺栓连接的转角也可以抵抗得到短路电流的冲击, 以此来确保电气性能使用的可靠性和安全性, 促进生产的顺利进行, 提高经济效益。

1.3故障电弧保护能力的提高, 注重温升

为了稳定电气的使用性能, 提高电气使用的安全性和可靠性, 低压抽出式柜开关的设计还特意地提高故障电弧保护能力。在对低压抽出式开关进行设计的时候, 对其内部结构考虑采用的是金属隔板来进行隔离防范, 以此来提高隔离防范的效果, 促进带电导体的绝缘能够彻底地隔离, 并且增加对泄压通道的设置, 提高电弧检测装置的检测等等, 导致故障电弧故障的的原因是复杂多样的, 所以应该要对其提高防范。故障电弧为了防止事故发生时, 事故带来的影响扩散, 考虑到带电检修的便利性, 所以在EC4397~1中, 设计了电母线室、电缆室等三部分, 以此来抑制电弧的产生, 减少电弧故障发生的强度, 以及带来的危害的持续时间, 减少对人员产生不必要的伤害, 提高了生产的安全性。温升可以说是考察低压抽出式柜开关的电气性能的一个重要指标, 柜内温度过高, 绝缘就容易遭受到破坏, 容易产生短路。所以低压抽出式柜开关设计人员在设计时, 特别注重温升的设计, 并且对柜内的结构做出了相应的调整。

2结语

目前, 我国的低压抽出式柜开关一直致力于创新, 就是为了能够更好地提高该设备的绝缘性能, 尽量地避免因为电压绝缘遭受到破坏而引发的用电短路。在此同时, 还特别地注重了对柜内的温度的关注, 避免设备温升, 对电气性能带来不良的影响。总而言之, 低压抽出式柜开关的设计由始至终都是为电气产品的电气性能而服务的, 追求电气性能的安全可靠, 更好更完善地为国民经济建设服务。

参考文献

[1]赵凤华.低压开关柜结构设计对电气性能的影响[J].科技创新导报, 2012, 20:98.

[2]龙龙, 姜学娟, 高云.浅谈低压抽出式开关柜的常见问题[J].科技风, 2011, 01:250.

开关柜的结构性能 篇2

摘要：介绍了功率因数校正控制电路和功率主变换电路的原理及如何选择元器件及其参数。

关键词：功率因数校正;电磁干扰;升压变换;软开关

引言

随着计算机等一些通信设备的日益普及，用户对电源的需求也在不断增长，要求电源厂商能生产更高效、更优质的绿色电源，以减小电能消耗，减轻电网负担。这就必须对电源产品如UPS，高频开关整流电源等的输入电路进行有源功率因数校正，以最大限度减少谐波电流。实际测量计算机等整流性负载的PF=0.7时，输入电流的总谐波失真度近80%，即无功电流是有功电流的80%。不间断电源国标(GB7286―87)规定，输入总相对谐波含量≤10%，整流器产品国家行业标准规定输入功率因数>0.9，所以，如何设计优秀的PFC电路是很关键的技术，正确的PFC电路设计技术主要由以下几个部分组成：控制电路，功率主电路，元器件选择及其参数设计。

1 控制电路

上世纪90年代初，由于PFC的控制芯片还未上市，我们在相关理论的指导下，于1992年在国内率先开发出由分立元器件组成的`控制电路，原理如图1中虚线框内所示。

在实验室和小批量做出的48V/50A整流器产品中，前级PFC电路的PF为0.98左右，η=93%(AC/DC，VDC=395V，Po=2000W)。以上控制电路原理和UC公司的PFC控制原理(1994年底推出的UC3854)是一致的，但由于电路是由分立元器件组成，抗干扰能力差，工艺复杂，调试过程很长，所以，一直未在大批量产品中运用。随着UC公司控制IC如UC3854，UC3854A，UC3855的推出，由分立元器件组成的控制电路便被专用控制IC所取代。

2 PFC功率主电路

功率主电路的选用关系到整个PFC电路的变换效率以及EMI的大小，是电路设计的关键技术。早期主电路如图2所示。

这是个典型的Boost电路，原理简单，但是个硬开关电路，由于未考虑开关器件的实际特性，高压整流二极管的反向恢复特性，主开关功率管的开关损耗特性，导致开关器件的dv/dt及di/dt很高，相应对器件应力要求加大。二极管特性如图3所示，id为二极管电流波形，vd为二极管电压波形，在开关管S导通时，二极管D的反向恢复电荷Qrr所形成的反向恢复电流几乎全部损耗在主开关管上，增大了开关管的开关损耗，在ta～tc的时间内，二极管D还是正压降，也即开关管S的漏极电压为Vo时，已有负反向恢复电流流过开关管S，在tc～tb的时间内二极管D的di/dt>0，则二极管D正端处会产生瞬间负电压值，电路上会出现大的EMI，由于分布参数的存在，在开关过程中所产生的传导和辐射干扰会严重影响整个系统的稳定性。

为了克服上述的不足，便有了改进的PFC电路，如图4所示。增加了主开关二极管的附加电路，其原理则是充分利用了L1的线性区和非线

低压开关柜的柜体结构和工艺特点 篇3

【关键词】低压开关柜；柜体结构；工艺特点

一、引言

我们在对低压开关柜进行组合的过程中，对柜体结构的分析，不仅可以有效的提高柜体制造质量，还有利于人们对柜体制造成本的控制，因此我们在对低压开关柜进行组合的时候，人们都将柜体结构作为其基础，从而使得柜体固有的使用功能得到有效的提高。不过在不同的环境下，人们对柜体结构的要求不尽相同，并且在不同的制造单位当中，加工人员所采用的工艺手段也存在着一定的差异，为此我们在对其进行生产制造当中，就要对其柜体结构和工艺特点进行分析，进而使其生产质量得到有效的提高。

二、柜体结构和工艺特点

目前，人们在对柜体结构进行生产制造的过程中，我们主要是从结构形式、连接方法以及构件取材这三个方面的内容来对其工艺特点进行分析。下面我们就对这三个方面的内容进行简要的介绍。

（一）从结构形式上分析

我们在对柜体造成的过程中，常见的结构形式主要有固定式和抽出式这两种。

1.固定式：目前人们在对低压开关柜进行制造的过程中，为了保证各个电气元件的使用功能，我们一般都会在将柜体固定在一个确定的位置当中。其结构外形一般是呈立方体结构。

人们在对固定式柜体进行制造中，为了确保柜体结构形式的尺寸，一般都是采用各构件分步组合的方法来对其进行处理。首先在对左右两侧的结构片进行组合，再将其组合成一个柜体，其次在更加相关的安装组合顺序，来对柜体结构中的各个构件进行连接处理。这样的组合方法不仅可以满足电气元件运行的相关要求，还能让柜体结构的尺寸符合相关的安装要求。不过，我们在对柜体两侧进行组合的时候，对其构件的排列顺序进行严格的要求，从而保证我们在对柜体进行组合安全的过程中，柜体的中间结构不会出现隆起的现象。此外我们在对其安装的过程中，来对其各个构件的安装角度进行考虑，使得柜体的整体结构的平整度得到有效的保证，这样不仅对柜体本身的误差可以很好的控制，还使得电器的使用寿命得到有效的保证。可见，我们在对柜体结构进行组合安装的过程中，需要考虑的方面有很多，只有将这些内容进行有效的完善，才能使得低压开关柜在使用的过程中，不会受到外界环境因素的影响，而出现问题。

2.抽出式：而所谓的抽出式柜体则是在固定柜体结构和电气元件中安设可移动的装置，使得人们在对低压开关柜进行使用的过程中，可以对其进行有效的调试，从而提高了低压开关柜的可靠性。并且我们在对低压开关柜进行使用的时候，我们也可以通过抽出式柜来对抽屉进行相关的互换。不过，从抽出式柜的加工手段上进行分析，我们可以放线，抽出式柜和固定式柜的安装工艺大致是一样的。但是，抽出式管在对其进行组合安装的过程中，人们对柜体的平整度和精度却有着更高的要求。

3.制造抽屉式低压柜的工艺特点是：

（1）在对抽屉式低压柜进行制造的过程中，我们可以根据实际情况来对其结构形式进行选择。（2）在对低压柜进行调试的过程中，我们都要对其位置进行严格的要求，并且采用专用的工装方法，来对其进行处理。（3）必须要对其尺寸的误差进行有效的调控，将其控制在标准范围内。（4）我们在对同种类型的低压柜进行互换的时候，要保证其自身的可靠性。

（二）从连接方式上分

1.焊接式：它的优点是加工方便、坚固可靠；缺点是误差大、易变形、难调整、欠美观，而且工件一般不能预镀。另外，对焊接夹具有一定的要求：①刚性好、不会受工件变形影响；②外形尺寸略大于工件名义尺寸，可抵消焊后收缩影响；③平整、简易、方便操作，尽量减少可转动机构，避免卡损；④为防止焊蚀和易于检修调整，要选择好工件支持，支持还要加置防焊蚀垫件。

工件焊后变形现象是焊接时由于焊接处受热分子膨胀，挤压产生微观位移，冷却后不能复位而产生的应力所致。为了克服变形影响，必须考虑整形工艺。整形的方法一般有：①通过试验预测工件变形范围，在焊接前强迫工件向反方向变形，以期焊后达到预定尺寸；②焊后用过正方法矫正；③击、压焊接后相对收缩部分，而得到应力平衡；④加热焊接后相对松凸部分，达到与焊接处同样收缩的目的；⑤必要时对构件进行整体热处理。另外，焊接点选择、焊缝走向、焊接次序、点焊定位对焊后变形现象都有一定的影响，如处理得当可减少变形，但这要视具体情况而定

2.紧固件连接：它的优点是适于工件预镀，易变化调节，易美化处理，零部件可标准化设计，并可预生产库存，构架外形尺寸误差小。缺点是不如焊接坚固，要求零部件的精度高，加工成本相对上升。紧固件一般都为标准件，其种类主要有常规的螺钉、螺母和铆钉、拉铆钉，以及预紧而可微调的卡箍螺母和预紧的拉固螺母，还有自攻螺钉等。也有专用紧固螺钉（如国外引进的低压柜大多用专用紧固螺钉）。

3.工艺特点：以夹具定形，工装定位，并视需要配以压力垫圈；铆接一般要配钻，且预镀件要防止镀层被破坏；对于用精密的加工中心或专用设备加工的构件，如各连接孔径与紧固件直径能保持微量间隙时，则可以不用夹具进行装合，一次成形；对导向及定位件的紧固，应以专用量具先定位再以标准工装检测。

4.焊接与紧固混合连接：它可以集中上面两种方法的优点，一般在柜体的连接处采用电焊，可变或可调部分则以紧固件连接。较大柜体因焊接后镀覆有困难，表面多以涂漆处理，户外柜体如以预镀材料为构件而又必须焊接时，则焊接部分可用热喷镀金属来处理。

（三）从构件取材分

1.型材：型材有角钢槽钢也有特型钢管、特型槽钢。角钢槽钢的构件多以焊接形式连接，加工中对连接端必须吻合而少间隙，否则将影响焊缝而增大变形量；对特型钢管构件的连接则既可采用焊接形式，也可以紧固件连接，一般在连接部分要配以专用联接件，联接件必须坚固正确，否则将影响柜体外形。选用统一的特型钢管在统一面上布以统一间距（模数）的孔，配以统一通用的联结件，按统一模数组合成柜体，便于柜体设计，便于备制构件和生产准备，但加工孔量多而用的少，而且空间利用受一定限制。

这种柜体的制造工艺特点是：要保证构件和联结件的通用性及其精度。柜的基本结构往往由封板得以加强。这种柜的构件除特型钢管外还以钢板制成的C形槽钢或带筋矩形管来代替，C形槽钢宜于镀覆，带筋矩形管因酸洗后酸液难除，镀覆后易翻锈，要酌情选用。

2.板材构件（不指上述C形槽鋼及带筋矩形管）则完全可以按需要定形，无预设成型条件限制。这类结构设计工作量大，定型后变异少，结构主要处多用焊接，变异处或需调处多以紧固件连接（如低压控制箱和控制台等）。

三、结束语

由此可见，我们在对低压柜结构和工艺特点进行分析的过程中，需要考虑的方面有很多，其中工艺水平的问题直接对柜体结构的形式有着一定的影响。为此我们在对其进行组合安装的过程中，必须要对其低压柜的可靠性、平整度、安全性以及误差进行有效的控制。

参考文献

[1]郭淑兰.我国低压成套开关设备的智能化趋势[J].科技创业家，2013（09）

[2]喻虹，寇松彬.我国低压成套设备的生产现状及趋势探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（09）

开关柜结构散热与通风的设计 篇4

1.1 柜进风口要大于风道进风口, 建议比值为1.5:1。

1.2 柜进风口要低于风道进风口。

1.3 在柜进风口和风道进风口之间, 不应有明显的障碍物和发热器件。

1.4 出风口必须和风机配合设计, 并尽可能放置于柜体顶部。

1.5 柜体出风口, 即风道上风口应距风机进风口有一定距离, 一般应为100~200mm, 使风道中的风在截面上尽可能均匀。

1.6 对柜体内无风道的强迫风冷, 特别要注意进风口位置和大小的设置, 它的设置对冷却效果有极大的影响。

1.7 当柜体无防护等级要求, 而柜底又没有进线电缆地沟时, 柜体可不要底板, 也不需要单独设计进风口。

1.8 当柜体的防护等级达到IP50, 在进风口需加设进风网板过滤时, 就要加大进风口的面积, 以保证风机的需要, 不可使柜内造成负压状态, 而不利于散热。必要时要在进风口安装风机, 强迫进风以保证冷却需要。

1.9 当设计较大的并联风道、特殊风道时, 或当设备内无风道而又有多处热源时, 柜体设计要和内部设计一起进行, 并有效地互相配合。

2 自然风冷散热的结构设计

2.1 自然风冷散热的设备内部空间应比较宽敞, 有较大的散热空间。

2.2 设备应有足够的顺畅的空气通道。

(1) 设备下部设进风口。如设备无底板及有地沟, 可不单独设进风口。 (2) 设备上部设出风口。采用不加顶盖、顶盖支起、顶盖冲各种网孔等, 而且进出风口尽可能要和柜体防护等级一致, (3) 设备内部的发热器件尽可能放置在设备上部, 便于散热, 并可避免热量影响其它部件。

2.3 当有很重的发热部件 (大变压器) 必须放置在下部时, 则应使其上部有较大的空间或空气通道, 必要时应将热量引开, 另设出风口排气。

3 强迫风冷散热与通风的结构设计

3.1 结构组成

强迫风冷散热适用于中等功率设备的散热, 一般设备功率在7000k W以下。元器件和联接母线由电路已经确定, 结构设计的任务是将散热器、风道和风机, 科学、合理地组合成强迫风冷系统。由于所选择的散热器的材质、型式、大小的不同;风道的组成型式不同;风机的型式、风量、风压的不同, 就使结构组合呈现多样化, 也使冷却效果成为系统中多种参数的函数。合理的选型、设计计算、样机实验、修改、定型等过程是达到理想效果的必然途径。

3.2 散热效果计算

总散热量:Φ=α (tω-tf) F

总散热量Φ和对流换热系数α、固体和流体的温差 (tω-tf) 、散热器面积F有关。

在实际应用中, 由电路系统确定了器件的格局。由设计或选型确定了散热器和风道大小之后, 最后变更的是风机的参数。变更风机的型式 (轴流、离心或涡流) 、型号 (风量、风压) 往往可以达到理想的效果。

3.3 风道设计

风道是形成强迫风冷散热的重要组成部分, 在散热器设计或选定后, 风道的基本尺寸也就确定了。风道的设计是和风机的选型配合进行的。风道的型式和尺寸决定风的流向、风速的大小, 并决定风冷散热的效果。

风道的形式多种多样, 我们一般常用的有两种:串联风道和并联风道。

3.3.1 串联风道

串联风道是指将发热器件的结构单元重叠封闭放置时 (一般取上下重叠) , 只形成一个进风口, 一个出风口, 风流依次冷却器件的风道。

主要特点: (1) 结构简单, 可用标准单元构件组成风道, 也可设计整体式风道。 (2) 占用空间小。 (3) 效果良好。

3.3.2 并联风道

并联风道是指将发热器件的结构单元并列放置时, 风流同时经过每个单元的风道。

主要特点: (1) 冷却均匀。风流由进口进入后, 流经每个单元到达出口时, 各单元流经的风量、风速、温度都是相等的, 故冷却均匀。 (2) 风阻小, 只有单层单元的风阻。 (3) 散热效果好。

3.3.3 选用方法

两种风道目前使用的都很普遍。

(1) 发热器件功率损耗较大时, 如单只元件实际电流大于1000A时, 选用并联风道较多。效率高, 并且均匀。 (2) 并联风道占用空间较大。整体并联风道要用较大的轴流风机, 体积、噪音都较大, 同时往往要和柜体一起设计, 由柜体组成风道。 (3) 中等功率的设备 (7000k W以下) 使用串联风道较多。结构紧凑, 并且简单。

3.3.4 设计注意事项

(1) 风机的风量、风压要和风道的设计相适应。串联风道中, 每层散热器的风阻 (散热器进出风口的压差) 都使风速降低, 影响散热效果, 所以, 在串联层数较多时 (>6层) , 应考虑使用风压较大的离心式风机。在完全封闭的串联风道中, 在总风量不变时, 各层的风速应相等。此时, 进口处的空气温度低, 而出口处的温度高, 即对下层的散热效果好, 而对上层的散热效果差, 同时, 空气随温度的升高而膨胀, 更不利于上层的散热。并联风道本身的进风口面积较大, 风阻较小, 要使每个单元都流经同样风速, 风温的风量就要采用大风量的轴流风机。 (2) 散热器散热片的方向要和风道中风流的方向一致。 (3) 无论何种风道, 为提高风速, 增强散热效果, 都可以在抽风式的进风口或吹风式的出风口设置档风板, 迫使风量集中于散热器。 (4) 要注意柜体进出风口的大小、位置的设计。进风口面积要大于风道进风口;进风口的风阻应尽量小, 必要时, 进风口可加小风机;进风口的位置要低于风道进风口, 较低为好。 (5) 无论何种风道, 风进入风道后首先要冷却散热器, 不可被其它发热器件阻拦。此类器件必须放于从属冷却的位置。 (6) 风道可以设计成整体式也可以设计成单元组合式。设计要有利于风速的流畅和有效, 风道内部尽可能光滑, 在保证电气间隙和爬电距离的要求下, 尽可能避免风短路。 (7) 要处理好进出风道的带电母线的绝缘设计。过线孔隙可以是补充风量的进风口, 它以结构的合理为主来完成。

4 结束语

柜体的散热与通风是柜内结构设计需考虑的重要因素, 合理的风口、风道、风机、散热片的设计才能保证柜内温升达到合适的水平。

摘要：金属封闭式开关设备运行时, 因柜内发热元器件比较多, 温升过高会引起电器的机械性能和电气性能下降, 最后导致高压电器的工作故障, 甚至造成严重事故。为了保证高压电器在工作年限内安全运行, 必须将柜内温升控制在标准规定的允许温度之内, 在开关柜结构设计时, 就要考虑散热与通风的设计。

开关柜结构设计和制造的分析与实践 篇5

关键词：开关柜,电气性能,电弧,温升

1 开关柜的分类及操作程序

1.1 开关柜分类

开关柜是一种电气设备,外线先进入柜内主控开关,然后进入分控开关,各分路按其需要设置。按照电压等级分,通常将AC1 000 V及以下的称为低压开关柜(如PGL、GGD、GCK、GBD、MNS等),AC1 000 V以上的称为高压开关柜(如GG-1A、XGN15、KYN48等),有时也将高压柜中电压为AC10 kV的称为中压柜(如XGN15型10 kV环网柜);按电压波形分,可分为交流开关柜、直流开关柜;按内部结构分,可分为抽出式开关柜(如GCS、MNS)、固定式开关柜(如GCK、GGD);按用途分,可分为进线柜、出线柜、计量柜、补偿柜(电容柜)、转角柜、母线柜。

1.2 操作程序

开关柜送电操作步骤如下:(1)先装好后封板,再关好前下门;(2)操作接地开关主轴并且使之分闸;(3)用转运车(平台车)将手车(处于分闸状态)推入柜内(试验位置);(4)把二次插头插到静插座上(试验位置指示器亮),关好前中门;(5)用手柄将手车从试验位置(分闸状态)推入到工作位置(工作位置指示器亮,试验位置指示器灭);(6)合闸断路器手车。

开关柜停电(检修)操作步骤如下:(1)将断路器手车分闸,;(2)用手柄将手车从工作位置(分闸状态)退出到试验位置(工作位置指示器灭,试验位置指示器亮);(3)打开前中门,把二次插头拔出静插座(试验位置指示器灭);(4)用转运车(平台车)将手车(处于分闸状态)退出柜外;(5)操作接地开关主轴并且使之合闸;(6)打开后封板和前下门。需注意的是,下避雷器手车和中(下)PT手车可以在母线运行时直接拉出柜外。

2 开关柜的结构形式和加工方法

前面已经描述了根据不同的分类方法开关柜的类型也有所不同,因此在进行开关柜结构设计时,需要综合考虑各方面因素,下面将针对开关柜最基本的结构设计和加工方法作一些探究。

2.1 高压和低压开关柜的2种结构形式

2.1.1 固定式

固定式结构的开关柜内部可指定某一确定位置用于固定电气元件,且安装稳固可靠,例如GGD、XGN43等。

2.1.2 抽出式

抽出式结构的开关柜内部拥有可移动部件,其用于安装电气元件。在进行设计时要求可移动部件要轻便,推入开关柜内部时要稳固可靠且满足机械、电气和相关安全要求,并要满足五防联锁的相关要求。可移动部件只要类型和规格相同即可互相更换。此类开关柜有MNS、GCS等。

2.2 3种加工方法及其优缺点

2.2.1 焊接式

优点:方便加工,且稳固可靠。

缺点:误差较大,操作难调整,焊接时易出现附件部件变形,不美观,后期不方便修正,若柜体较大则不利于喷(塑)漆。

需注意的是,采用焊接式的加工方法对操作人员要求较高。

2.2.2 组装式

优点:操作可调,外观可后期处理,误差较小,适用于工件常规加工。

缺点:不如焊接式加工方法牢固,加工成本较高。

2.2.3 焊接与组装混合方式

集合了焊接式加工和组装式加工的优点,但在采用此方法时需注意:在柜体连接处通常采用焊接式加工方法,在可变或可调部分则采用组合式加工方法,以紧固件相连。

3 开关柜结构设计与制造的注意事项

3.1 结构设计方面

(1)若柜体型号确定,则应在满足国家及行业标准的前提下进行设计,综合用户需求,但设计原则一般为:拥有较大的维修空间,抽屉式开关柜的抽屉以及柜上装置不宜设计太高,其高度以便于操作、监控以及维修为准。

(2)进出线孔的大小及位置主要从其合理性、密封性和对线缆的保护角度出发考虑。

(3)仪表面板安装至操作人员易于操作的位置,按钮和开关也应按照偏下设计原则进行设计。

(4)要确保设计的每一台柜体所装载的电气元件均匀分布,其电流也应平衡分布,并要在精确计算后留出余量。

(5)若客户对柜体没有具体要求,设计者应以国家相关设计规范为前提,以客户需求为准则,根据使用要求以及元件特点,结合自身加工条件进行柜体设计。

3.2 制造方面

应根据实际情况确定制作形式,对于大且重的元器件要优先采用焊接式加工方法;若存在场地或元器件更换变动限制,则应优先采用组装式加工方法;对于元件少且整体精度要求偏低或柜体为箱式结构的,宜优先考虑采用焊接式加工方法;若元件多且设计过程中存在较多变数,则应优先考虑采用组合式加工方法;用户要求美观且拆装方便的,应考虑采用组装式加工方法。

总之,在当今处处倡导低碳环保的大环境之下,设计时应尽量避免采用焊接工艺,但从经济效益以及便捷性考虑,则选择焊接式加工方法似乎更为合理。因此,在进行设计时要权衡利弊,将几种形式很好地融合到一起。

3.3 钣金加工和机械制造技术方面

考虑到开关柜焊接的美观度,在设计时可以尝试采用工艺焊接孔的方式,使外观上看不出焊点。而在涉及钣金技术方面的剪、冲、折、焊以及表面处理等工艺环节上,许多先进设备的使用技术以及钣金的展开计算、钣金加工的模具和夹具设计、钣金工艺卡片的编制等,包括后期处理的一些技术都要和每个公司的设备、人员、环境、资源等因素相配合,将每一个技术细节考虑仔细,这样才能使每一个工艺都很完美,从而生产出高性能、高品质的开关柜来。

3.4 电气性能方面

3.4.1 隔离

隔离措施主要能够使设备的故障电弧保护能力得到提高,在设计时其具体要求为:避免相邻功能单元的危险部件接触;避免外部不明物体从成套设备的一个功能单元穿梭至另一相邻单元;设计为高人身防护等级的开关柜体。在设计时需注意,要使柜体内部各功能单元隔离开来,主要可划分为单元室、母线室、电缆室3部分。

3.4.2 温升

温升是关乎开关柜结构设计的一个十分关键的指标,在设计时要考虑的因素主要有以下几点:(1)外壳的尺寸;(2)外壳的安装形式;(3)是否带通风槽以及通风槽的大小;(4)内部水平隔板数;(5)元器件的有效损耗及抽屉单元个数等参数。

4 结语

开关柜的性能和品质与开关柜结构设计与制造水平息息相关,只有高度重视产品的结构设计,注重产品的制造细节,才能极大地改善开关柜产品的性能和质量,从而带来可观的经济效益。

参考文献

[1]陈锡渠.现代机械制造工艺[M].北京:清华大学出版社,2006

[2]李继庆.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2006

开关柜的结构性能 篇6

作为城市配电网重要组成部分的10 kV开关柜, 其运行的可靠性与安全性对城市配电网的供电可靠性有直接影响。对于运行中的10 kV开关柜, 单纯依靠传统的巡视、检测以及试验技术, 已难以及时掌握到开关柜存在的缺陷, 而传统的停电预试技术需要在停电状态下对10 kV开关柜采用耐压试验进行绝缘性能的检测, 这种停电预试检测的间隔周期比较长, 一般为3～6年。在如此长的间隔时间内, 10 kV开关柜的绝缘性能如果出现了缺陷, 就难以及时发现, 最终会导致绝缘击穿事故的发生。为了克服传统停电预试技术的不足, 应采取更为合理有效的10 kV开关柜绝缘性能检测技术, 实现对运行中的开关柜进行绝缘性能的检测, 并根据检测结果来开展后续的故障诊断工作。

1 基于超声波和TEV原理的绝缘性能检测技术

10 kV开关柜在绝缘性能劣化的情况下就会出现一种在电极之间发生但没有击穿电极的局部放电现象。局部放电虽然比较微弱, 但长期的累积效应会造成开关柜的绝缘性能进一步劣化、缺陷进一步扩大, 并最终导致绝缘击穿故障。局部放电可以分为内部放电、表面放电和电晕放电3种形式, 在放电过程中会有电磁波、声波以及气体产生, 这些都可以作为绝缘性能检测的信号。

1.1 超声波检测技术

在10 kV开关柜局部放电过程中会发出声波, 其频谱比较宽, 一般在几十赫兹到几兆赫兹之间。人耳可以直接听到低于20 kHz的声波信号, 而一旦高于这个频率, 就需要利用专门的超声波测量仪器接收。在局部放电初期, 是比较微弱的辉光放电, 所释放的能量也比较小;而在后期则表现为强烈的电弧放电, 并释放出很强的能量。因此, 局部放电过程中的声波是由小到大变化的。利用超声波测量仪来对局部放电的声波进行测量, 再根据局部放电所释放的能量与产生的声能之间的关系, 就可以推导出局部放电的剧烈程度[1]。

1.2 TEV检测技术

图1为TEV检测技术原理, 10 kV开关柜内部局部放电过程中伴随有电磁波产生, 电磁波会在开关柜的金属外壳内表面上传播一个生成的电压脉冲。开关柜的金属外壳有屏蔽作用, 如果屏蔽层是完整而连续的, 那么在开关柜外部将检测不到这个电压脉冲信号;但是由于开关柜的金属箱体存在连接缝隙以及垫圈的连接处和电缆终端等部位存在破损, 就会导致屏蔽层不连续;而电磁波所生成的电压脉冲会通过屏蔽层不连续的部位传播出去, 然后沿着接地的开关柜金属箱体传到大地, 同时在金属箱体上产生一个暂态对地电压 (TEV) 。TEV所能维持的时间很短, 一般在几纳秒左右, 幅值在几毫伏到几伏之间, 可以通过电容耦合式传感器来测量进而检测到局部放电的强度。TEV检测技术一般用dB作为单位来描述局部放电的强度。可以将测量TEV的电容耦合式传感器安装在开关柜箱体上有开口或者缝隙的部位, 其测量到的TEV幅值大小取决于开关柜内部局部放电的强度和距离放电点的距离。距离放电点越近, 放电强度越剧烈, TEV幅值越大, 因此可以通过TEV的测量值来对开关柜内部是否存在绝缘隐患进行判断。在实际测试时, 应将2个或者更多的传感器分别安装于开关柜金属箱体的不同部位, 这样就可以通过分析TEV到达不同传感器的先后次序得到局部放电点的位置信息。TEV检测技术比较直观, 对操作人员的要求不高, 适用于比较性测量, 在开关柜运行状态监测中具有广阔的应用前景, 为开关柜的状态检修奠定了技术基础[2]。

2 TEV检测技术的应用

2.1 TEV检测步骤

由于10 kV开关柜数量众多, 为提高检测效率, 可按照以下步骤对TEV进行检测[3]: (1) 先利用便携式局放测试仪对开关柜进行3个月1个周期的普测, 并建立起相应的开关柜状态信息库, 在信息库中要将正常合格的开关柜与有异常情况的开关柜分离开来。 (2) 在普测7～10天后对有异常情况的开关柜进行复测, 并建立相应的复测档案, 对那些复测数据严重超标的开关柜利用局放测试仪进行进一步的故障定位。 (3) 在确定故障后, 结合停电计划对有缺陷的开关柜进行测试和处理, 并做好相关记录。处理完毕后再进行局放测试, 对比处理前后的数据, 如果恢复正常就及时更新开关柜状态信息库。

2.2 检测数据的采集及检测点的选择

在进行开关柜的局部放电检测前, 必须先测量背景值。由于外部的电磁波也会在开关柜上产生TEV, 因此要先在开关柜的金属门等金属制品上检测TEV。一般要在开关房的不同位置检测至少3个点的值, 取中间值作为背景信号的参考值。对开关柜进行局部放电检测主要是测量母排的连接处、穿墙套管、支撑绝缘件、开关的刀闸、电流互感器和电压互感器等元器件的局部放电情况。这些元器件一般都位于开关柜前面板的中部和下部, 后面板和侧面板的上部、中部以及下部, 因此局部放电检测要在这些位置进行。在检测过程中注意电容耦合式传感器一定要与金属面板接触紧密, 而且传感器也要尽量靠近TEV信号易泄漏出来的部位, 如观察窗、通风百叶窗等。

3 TEV检测技术应用实例

通过大量运用TEV检测技术进行的局部放电测试发现, 测试数据为5～45 dB的10 kV开关柜存在绝缘缺陷的可能性最大[4]。

3.1 案例1

某供电公司在进行10 kV开关柜普测时发现某一开关柜TEV测试值为14 dB, 在开关柜状态信息库中是属于有异常情况的一类开关柜。在进行复测时, 该开关柜TEV测试值已达到16 dB。后通过仔细检查, 发现该开关柜内部已出现明显的蓝紫色火花放电现象。随后立即对该开关柜安排停电检查, 结果发现其C相电缆头安装工艺存在问题, 造成放电, 电缆的绝缘护套已经被烧损。

3.2 案例2

某供电公司在10 kV开关柜普测过程中发现某开关柜TEV数据严重超标, 其柜前下部的TEV数据已达到31 dB, 从观察窗处查看发现开关柜内部有圆圈状的蓝紫色放电火花。随后对其安排了进一步的停电检查, 发现该开关柜开关间隔中与母排相连的真空管外套破裂, 造成柜内有非常严重的锈蚀。将其更换后再次进行局部放电测试, TEV数据恢复到正常值范围以内, 故障解决。

4 结语

采用TEV检测技术对10 kV开关柜进行局部放电测试具有无需安装、无需停电, 对开关柜正常运行不造成任何不良影响的特点。而且该技术还能够实现连续的自动检测, 判断方便, 且检测结果可靠性较高。因此, TEV检测技术在10 kV开关柜的状态检修领域有广阔的应用前景, 能够及时而有效地发现和预防10 kV开关柜存在的绝缘缺陷, 使其绝缘状况得到有效监控, 为城市配电网的可靠供电保驾护航。

摘要：首先介绍了基于超声波和TEV原理的绝缘性能检测技术, 随后对TEV检测步骤、检测数据的采集及检测点的选择进行了探究, 最后通过2个实例具体说明了10kV开关柜的绝缘性能检测技术的应用以及开关柜故障的诊断与处理。

关键词：10kV开关柜,绝缘性能,检测,故障诊断

参考文献

[1]杨献智, 章坚.10kV配网开关柜局部放电带电检测应用[J].电力科学与工程, 2011 (6) :71～75

[2]章涛, 王俊波, 李国伟.10kV开关柜局部放电检测技术研究与运用[J].高压电器, 2012 (10) :100～104

[3]何肖军, 徐志斌.高压开关柜绝缘性能检测与故障诊断技术研究[J].浙江电力, 2010 (5) :6～10

开关柜的结构性能 篇7

1 开关柜发展现状

如果电力企业的开关柜的温升超标, 就会直接影响设备的使用安全, 导致一些绝缘设备的生产功能产生影响。温升实验是开关柜结构优化中的重要组成部分, 其主要目的就是保证开关柜导电回路的额定量在使用过程中产生一定的热量, 只有这样才能保证开关柜正常运行。现阶段, 我国电力企业对于10k V开关柜的温升实验工作程中, 不能从根本上解决电力企业开关柜的主要问题。此外, 在开关柜运行时, 所消耗电量会逐渐的转变成热量, 这些热量如果不能及时散热出去就会导致设备无法正常使用。开关柜的温升与开关柜的散热发热设备有着一定的关系, 只有开关柜在正常工作的前提下对温升改进才能保证开关柜的使用安全, 从而降低温升成本, 为电力企业在发展过程中取得较大利益。

2 开关柜的热源与散热方式

2.1 10k V开关柜的基本结构

开关柜主要由固定柜体和可移开的真空断路器手车组成。开关柜的柜体外部通过一些较为精密的机床进行加工、折弯、拼接。开关柜具有较高的稳定性, 其机械程较高, 在折弯过程中主要以冷轧钢板继进行折弯, 并通过静电喷涂直至烘干为止, 这样开关柜的外观光滑平整, 同时还具有一定的抗腐蚀性与耐冲击性。开关柜在的内部主要有低压室、手车室、母线室、电缆室组成, 各组成部门都有着各自的功能, 保证开关柜在使用过程中的稳定性。

2.2 10k V开关柜的装配

开关柜的装配主要有以下几点:

(1) 工装准备:事先做好准备工作, 检查设备中是否存在异物, 再将设备所使用尺寸进行调整, 保证间距在550mm左右, 并以90°的形式进行工装;

(2) 将设备放置底板中, 并与开关柜的母线室进行装配, 再将设备侧板与隔板使用抽芯钉固定;

(3) 主安装板装配:将设备的两端的触头盒进行安装, 并保证螺钉的固定位置, 只有这样才能将触头盒进行玻璃打孔, 从而保证设备可以顺利安装;

(4) 顶板盖板装配:将开关柜室中的隔板进行装配, 并按照顺序将其他隔板进行装配。

2.3 开关柜主要热源

在开关柜运行过程中产生的工作电流主要通过导电回路转化成热能, 从而导致开关柜出现温升现象。当设备开关通过电流工作时, 就会出现电阻损耗、涡流损耗现象, 将电能转化成热能, 同时开关柜中的载体流与电流密度、材料、结构等因素都会产生热源。

2.4 开关柜散热方式

如果开关柜不能及时散热, 设备就会出现老化现象, 对人们的生命健康安全造成一定的影响。开关柜的主要散热形式有以下三种:

2.4.1 热传导

通过静态介质中具有温度梯度, 只有这样才能将热量转移, 完成降温工作;

2.4.2 热对流

当开关柜温度与流体温度不同时, 在散热过程中会产生对流问题, 只有将这两者进行对流, 能使依靠空气将热量降温;

2.4.3 热辐射

通过电磁波的形式散热, 并保证热辐射在开关柜中转换。

3 10k V开关柜结构优化设计

只有将开关柜的设计结构进行优化, 才能保证设备的使用安全。在设计过程中需要检查设备的电缆连接过程中, 电缆故障位置, 以及电缆中其他软件设备, 只有这样才能保证开关柜的结构优化工作可以顺利进行下去。在开关柜结构设计过程中还要注意以下几点:

3.1 铜排规格

如果铜排规格较小, 设备散热效果不佳, 如果铜排规格较大, 设备的散热成本就会增加。只有10k V开关柜的TMY10×60规格, 才能解决铜排规格问题。

3.2 静触头形状

连接设备与锻炼梅花触头的主要工具, 它的质量好坏, 会直接影响开关柜设备的散热效果。

3.3 增加短路器梅花触头爪数

该设备具有较强导电性与电阻的特点, 因此在使用过程中要将该设备的触头爪数增加, 只有这样才能做到真正的散热效果。

3.4 母线室大弯板开通风孔

其主要目的是增加开关柜热对流, 并缓解母线室的温度的上升。

4 10k V开关柜的温升实验

4.1 温升实验设备简介

在实验过程中主要使用5000A的设备温升检测系统, 只有这样才能保证实验的稳定性。同时该系统操作方便, 使用安全, 可以满足实验需求。该系统主要包括了开关柜设备的控制操作台、三项电流发生器、配套电流传感器等。

4.2 温升实验方法

开关柜温升试实验的主要方法:

(1) 事前做好设备检测工作, 保证设备的使用安全;

(2) 将设备的回路电阻进行测试, 做好记录工作;

(3) 将开关柜温升实验进行布点, 保证实验工作顺利进行下去;

(4) 将断路器配柜进行检测, 并做好记录工作;

(5) 开启温升实验的相关设备, 确保温升试验的路线;

(6) 将温升设备关闭, 停止实验;

(7) 保持实验数据, 并对其进行分析;

(8) 将温升回路电阻实验进行分析。

随着社会不断的发展, 人们的生活水平逐渐提高, 电力是人们生活中不可缺少的一部分, 人们的用电需求越来越来大, 对电力质量的要求也越来越高。虽然我国电力系统发展迅速, 但是一些电力设备在使用过程中仍存在着一定的不足, 常常会发生一些事故或故障, 对电力企业、社会经济、人民生命、财产安全等造成很大的影响。只有做好温升实验工作才能保证开关柜的使用安全, 从而促进电力企业、社会经济快速发展。

5 总结

本文对温升实验的10k V开关柜结构优化设计进行了简单的研究, 文中还存在着一定的不足, 希望我国专业人员加强对其研究。

参考文献

[1]谢亮.运行中高压开关柜实际温升分析[J].电力安全技术, 2015 (07) :10-11.

汽车变速箱压力开关的性能检测 篇8

汽车变速箱所使用的开关动作原理是在规定外力作用下, 顶杆在一定范围内作直线运动, 去推动触点闭合 (或打开) , 使汽车电路接通或断开, 一旦外力消失, 依靠本身反力弹簧自动复位, 使触点保持原始状态。按功能主要有常开开关和常闭开关两种。其原理如图1所示。

在变速器总成中, 压力开关属于重要的控制元件, 关系到整车的安全运行。其功能主要有:通断特性, 触点接通力, 密封性能, 部分产品有耐压性的要求。这些功能要求是根据产品的使用要求提出来的, 检测这些功能对于保证产品性能有重要意义。专业生产开关的企业一般有专业设备检测, 但其检测周期长, 设备一般比较庞大, 不能随便搬动, 不适用于变速箱生产现场, 所以必须开发检测速度快、检测结果可靠、通用性强的检测设备。下文介绍一下在变速箱生产现场进行快速检测的方法。

1 通断特性的检测

通断性能有两方面的检测要求:自由状态下开关的通断性能和在顶杆运动到指定位置时开关的通断状态切换。

1) 自由状态下的通断性能是指开关顶杆在不受力的情况下, 开关的通断状态。根据自由状态下开关的通断状态, 开关分为常开型和常闭型。对于此性能的检测, 可以利用导线、干电池和氖灯泡制作一个检测设备, 测试时将导线和开关的接线柱连接, 观察灯泡是否亮来判断开关是否接通。对于常开型的开关, 检测时灯泡应该亮, 而对于常闭型的开关, 检测时灯泡应该不亮。

2) 顶杆运动到指定位置时开关的通断状态切换。

此项性能是指开关的顶杆在外力作用下, 运动到要求的位置时, 开关的状态要切换, 即常开的开关闭合, 常闭的开关断开。图样中给定的触点接通位置是一个确定的值, 由于考虑到制作和测量的误差, 图样中会给此值一个公差范围, 测量时认为只要在此公差范围内开关完成切换动作, 则开关满足设计要求。如图2所示。

检测此性能时, 按照此值的公差上限和下限各测量一次开关的通断, 只要开关完成开闭的切换, 即为合格产品。根据开关触点位置的公差值, 制作两个检定量具, 高度分别对应断开位置的上差和下差值。检测时, 将检定量具放置在检测平台上, 再将需检测的开关放置在检定量具孔内, 稍用力下压, 使开关顶杆运动, 直到开关的六角平面与量具的上平面完全接触时为止, 再用检测开关通断的检具检测其通断。用两个检具依次检测同一只开关, 根据其通断是否切换判定开关是否在指定的位置进行了状态切换。测量完毕后, 再在自由状态下测量开关, 观察其是否恢复到初始状态, 如图3所示。

2 触点接通力的检测

触点接通力的检测有两方面的内容, 第一是指使开关的触点闭合 (断开) 时开关顶杆所受到的外力值, 第二是指开关顶杆在触点接通位置再进行要求的位移时所需要的压力。这两项指标都可以利用弹簧拉力试验机来进行检测。检测时, 先将开关放置在检具内, 使开关顶杆向上 (正对试验机的压盘) , 然后将检具放置在试验机的工作台上, 将测量通断的接头与开关的接线柱接通, 调节试验机的旋钮, 在力值接近图样要求的值时, 使用微调旋钮, 并观察灯泡的变化, 当灯泡的通断发生变化时, 停止调节, 记录此时的试验力值和位移值;继续调节试验机的旋钮, 使位移值达到图样要求的指定值时, 记录此时的试验力。如果检得的位移值符合图样的要求, 则开关合格, 否则不合格, 如图4所示。

3 密封性能的检测

在使用过程中, 如果有水、气渗入开关内部, 会造成开关内部的弹簧锈蚀, 导致弹簧力变小或者失去弹力, 触点容易烧结, 致使开关失效。测试其密封性时, 将开关装在密闭的腔体内, 通入指定的气压, 开关的接线柱及其他部位不得漏气。检测时需要一只气缸和能提供稳定气压的气源。首先将开关拧入气缸的螺纹孔中进行固定和连接, 然后通入要求的气压 (0.8 MPa) , 在开关的接线柱等部位刷上起泡剂, 仔细观察各部位是否有气泡冒出, 如果有气泡, 说明开关没能达到密封的要求。

4 耐压性能的检测

由于开关在变速箱中属于一种气动元器件, 因此要求其在一定气压的冲击下, 不能够失效。对于有耐压要求的开关, 要求将其放入密封的空间内, 通入指定的气压时, 开关不得在气压的作用下发生通断的改变。此项检测使用的检测工具有气缸, 随动阀, 预选阀和能够提供稳定气压压缩空气的气源以及检测开关通断的装置。首先将气缸、随动阀、预选阀和气源按照图5连接完毕, 再将开关安装在气缸上, 此时气缸的活塞应该在高位, 检测并记录开关的通断状态。然后为试验装置通入指定气压的压缩空气, 扳动预选阀, 使气缸的活塞向下运动, 此时再检测开关的通断状态, 与第一次检测的状态进行比较, 如果发生改变, 则说明此开关不能满足耐压性的要求, 反之则合格。扳动预选阀, 使气缸活塞往返运动五次, 再检测开关的通断, 如果开关还满足要求, 则开关通过耐压性的检测。

5 顶杆材质、硬度的检测

开关的顶杆是其信号的输入及传递动作的重要元器件, 也是开关中的易磨损件, 因此有必要对其材质和硬度加以控制。顶杆硬度过高, 会造成相配件的早期磨损, 反之, 则会造成开关顶杆的磨损, 使开关早期失效。

6 结语

开关柜的结构性能 篇9

目前, 各短波发射台使用的天线交换系统大多为平衡式交换开关, 主要有2x2、1x3开关组成的不灵活小型交换开关, 还有由两个3x8开关组成的大功率交换系统等。

不灵活交换系统可根据播音任务和覆盖要求进行设计, 多数通过2x2开关和1x3开关组成交换系统。这种交换系统仅能使每部发射机与有限的天线对接, 其组成如图2所示。图中, F1、F2、F3、F4、F5为五部主要发射机, 每部发射机可与三副天线对接, F6为共用备用发射机。另外一台假负载天线是六部发射机共用的。

这种交换系统的优点是经济实用, 缺点是交换不够灵活。

目前, 国产3x8开关已经试制成功, 投入使用。由两个3x8开关组成的大功率交换系统能适合500KW大功率发射机的使用, 交换灵活, 且一次投资和维护费用低, 有较高的经济和实用价值。

二、对天线交换系统的要求

对天线交换系统的要求包括每个开关单元的电气性能要求、系统操作的要求和机械性能要求。

1电气性能

(1) 天线交换开关的传输特性阻抗应与馈线阻抗匹配。

(2) 天线交换开关在无载流情况下, 任一交换位置上的开关的插入驻波比应小于1.15。即在某一开关单元的输出端接上与开关特性阻抗相等的无感电阻后, 在开关输入端进行测试, 不管本开关以外交换系统内的其他开关处于什么位置, 所测得的驻波比均要小于1.15。当开关工作在满负荷电流状态下时, 最大驻波比也要小于1.3。

(3) 每个开关单元插入损耗应小于0.01d B。

(4) 同一开关内的任意两组交换通路, 其串扰量应在-75 d B以下。

(5) 全部高频导体部分电晕电位应足够高, 绝缘体部分能承受足够高的高频电压, 一般能达到80KV。

(6) 接点接触可靠, 能够承受工作时的最大电流值, 一般达到200A。

2控制系统

(1) 在交换系统中的每一个开关单元, 均需由单独的三相感应电动机驱动, 要有准确的机械定位机构, 使开关能方便地往复运动, 并确保制动后的定位一次转换时间要短, 一般应控制在5S左右。

(2) 交换系统操作应有远程控制功能对开关进行远程电动控制和手动操作控制两种方式。摇控装置必须具备以下闭锁控制功能。

1) 两部发射机不能同时连接到一副天线上。

2) 两部发射机之间不能相互接通。

3) 保证开关单元在转动过程中, 其高频接点未接到正常位置时, 相关的发射机不能输出载波。

4) 发射机正在播出时, 相应通路上的开关不能进行切换操作。

5) 交换系统中的每一条与馈线的回路应设有接地电路, 以便在对天馈线系统进行检修时, 确保馈线接地, 并使开关锁住而不能与任何一部发射机连接。

6) 本地手动操作与远程电动操作具备良好的兼容性, 控制系统还有按运行图自动运行能力和超远程监控能力。

三、对天线开关电气参数的理解和应用

天线开关的电气参数主要有:特性阻抗Z0、回损与驻波比、相移与插入损耗等。而后两项参数应用的是传输线理论中的传播系统γ、衰减系数α和相移系数β。

1开关的特性阻抗

开关的特性阻抗是由高频导体部分的分布电容C0和线电感L0决定的。如果这些参数是均匀的, 则其特性阻抗为定值, 如果不均匀, 则特性阻抗会随开关高频导线长度的变化而变化。

短波发射机开馈线多为对称平衡式, 特性阻抗多为300Ω, 开关的设计与制造必须依照这一特征进行。因此, 开关应选择为平行管式高频导体结构。高频导体的分布电容C0和线电感L0取决于它的几何尺寸。

平行管式开关特性阻抗Z0与开关几何尺寸的关系如图3所示。

式中d-开关所用管材外直径;

D-两条管材中心距离。

为了保证开关的特性阻抗要求, 在设计时必须严格按照上面公式确定尺寸, 制造过程中确保几何尺寸准备。

需要说明的是, 开关的形式不同, 因而常常需要将高频导管弯曲, 以通过开关同时完成外接线改变方向问题。处理这样的问题, 一是要保持高频导管必须长度相等;二是要保持高频导管各个对应点间距相等。只有这样, 才能保持开关特性阻抗的均匀性。

2开关高频导管的特性

式中L1-单位长度电感, (H/m) ;

C1-单位长度电容, (F/m) ;衰减系数;

α-衰减系数;

β-相位系数。

其中, 开关高频导管的波阻抗ρ (Ω) 为:

在高频段时,

如果开关高频导管 (理想无损耗线) , 则:

从理论上讲, 当开关导管R1=G1=0, 并且在终端接入与开关特性阻抗相等的纯阻负载时, 高频导管上无反射波呈行波状态, 即驻波比等于1。但是实际上, 开关导管的R1和G1不可能为0, 特性阻抗的不均匀性必然会产生一定的反射波, 使驻波比大于1。

因此, 在开关的制造选材上力求减小R1, 同时使导管安装时保持间距的一致性。另外, 从衰减的角度上讲, 传输衰减系数α总与R1、G1成正比, 因此, 也必须设法减小R1、G1。

四、使用网络分析仪对开关参数的测量

适用于短波电台的开关常常与300Ω平行馈线相接, 天线也大多是水平极佳的对称天线, 原理上均属于差分系统。因此, 开关特性阻抗设计也必须是300Ω平衡对称式的差分系统。由于目前的网络分析仪均属于单端一线一地系统, 不能直接对差分系统进行测量, 因此必须通过差分桥将单端转为差分才行。

差分桥的制作原理是根据指数线非均匀阻抗变换的原理, 使阻抗由低到高逐渐变化。

天馈线系统是发射机的负载, 其性能的优劣影响发射效率与覆盖质量, 而天馈线交换系统的灵活应用关系到发射资源的充分利用。在交换系统中, 交换开关的电气性能是不容忽视的, 从设计上要予以保证, 在制造过程中要重视测量, 以利于随时发现问题, 加以纠正。

参考文献

[1]谢处方, 邱文杰.天线原理与设计, 西安西北电讯工程学院出版社, 1985.

[2]任朗.天线理论基础, 北京人民邮电出版社, 1980.