淺談渦流在開關(guān)柜中的影響及改善措施

1、淺談渦流在開關(guān)柜中的影響及改善措施西安秦驪成套電器有限公司 陜西西安710068摘要：本文簡介了渦流產(chǎn)生的原理，重點(diǎn)闡述了渦流在開關(guān)柜中產(chǎn)生的溫升、振 動(dòng)及其他影響。并針對其產(chǎn)牛原因，提出在開關(guān)柜設(shè)計(jì)中如何抑制渦流的產(chǎn)牛。 關(guān)鍵詞：渦流；開關(guān)柜；溫度；材料。一、刖呂渦流是一種特殊形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如圖1所示,在整塊鐵心上繞有一組線圈。當(dāng)線圈中流過變化的電流時(shí), 就會在鐵心內(nèi)產(chǎn)牛變化的磁通φ,從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)牛感應(yīng)電流，如圖1中虛 線箭頭所示。這種由于電磁感應(yīng)而在鐵心內(nèi)部產(chǎn)牛的閉合的、漩渦狀的感應(yīng)電流 稱為渦流。在大部分的情況下，渦流的產(chǎn)牛對電氣設(shè)備是有害的。渦流在鐵心中流 動(dòng)時(shí)

2、使鐵心發(fā)熱，引起不必要的能量損耗，這種損耗稱為渦流損耗，它與磁滯損 耗合稱為鐵損耗。過熱會影響到電氣設(shè)備的絕緣壽命，此外，渦流還具有削弱原 來磁場的作用，即去磁作用。以上這些對電氣設(shè)備都是不利的。二、渦流分析在開關(guān)柜中，一次電路母線部分可以等效成一匝線圈，其中間穿越的支 撐件及板件則可以等效成鐵心。我們知道，渦流的大小與導(dǎo)體的外周長，交變磁 場的頻率，及一次電流、電壓的大小有關(guān)，而開關(guān)柜中母線的電流都較大，故能 產(chǎn)牛較大的渦流。渦流在開關(guān)柜中產(chǎn)牛的主要影響有發(fā)熱及振動(dòng)。1、發(fā)熱金屬切割交變磁力線而在金屬內(nèi)部產(chǎn)牛渦流，使金屬內(nèi)部原子高速無規(guī) 則運(yùn)動(dòng)，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)牛熱能，從而致使金屬出現(xiàn)

3、溫升。如果該金屬 的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量就很大。2、振動(dòng)柜體的振動(dòng)是由于渦流的存在。開關(guān)栢中有各種隔板，而考慮到機(jī)械強(qiáng) 度及制作方便，隔板一般都采用鋼板制作。而有些隔板與母線靠得較近，根據(jù)左 手定則可以得知，隔板與母線之間存在著相互的電磁力作用。而母線中電流是隨 著吋間的變化而變化的，所以它們之間的作用力大小也隨之變化。再者，隔板都 存在一定的彈性，所以振動(dòng)就產(chǎn)生了。同理，渦流越大，振動(dòng)幅度就越大。三、抑制渦流既然上面提到的發(fā)熱及振動(dòng)對于開關(guān)柜的運(yùn)行都是不利的，那么，在開 關(guān)柜設(shè)計(jì)中，就要根據(jù)渦流產(chǎn)生的原理及其特點(diǎn)，采取適當(dāng)措施以抑制渦流的產(chǎn) 生。通常，我們采用以下幾個(gè)方法來抑制渦

4、流的產(chǎn)生：1、三相同時(shí)穿過一個(gè)封閉金屬冋路，使之磁通為零。在栢體設(shè)計(jì)中， 要清起地知道開關(guān)柜中母線的布置及走向，盡量保證三相母線同時(shí)穿過同一封閉 金屬冋路，就可以有效防止渦流的產(chǎn)生。這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)上，特別是低壓柜一般還 是可以做到的。如圖2所示，此為400v柜頂封閉式母線橋聯(lián)絡(luò)中的聯(lián)絡(luò)柜頂蓋板開孔 圖。頂蓋板是一個(gè)封閉金屬冋路，而圖中a、b、c、n相母線均由同一開孔中伸 出柜頂。由于低壓母線安全距離較小，母線之間距離較近，故每相母線周圍產(chǎn)生 的磁場大部分可相互抵消，使之磁通近于零，有效地抑制渦流在金屬頂蓋板中產(chǎn) 生。2、采用諸如不銹鋼、鋁、環(huán)氧酚醛樹脂及工程高強(qiáng)度塑料等非磁性材 料制作隔板、支撐

5、件，甚至整個(gè)骨架。此方案是最為行之有效的方案，材料不導(dǎo) 磁，則不會產(chǎn)生渦流。例如支撐件方面，施耐德公司的blokset （高可靠性的低 壓開關(guān)柜），內(nèi)部所有支撐件均采用3.0鋁板制作，有效地抑制了渦流的產(chǎn)生。 隔板方面則盡可能減少不必要的板件，必要吋可采用環(huán)氧酚醛樹脂等材料制作。 例如柜間防護(hù)等級要求不高時(shí)，可取消柜間隔板，又如進(jìn)出母線室需分隔吋，可 采用環(huán)氧酚醛樹脂等。而一般我們在大電流低壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到機(jī)械強(qiáng)度、制作工藝、 成本控制等方面因素，都會采用不銹鋼材料來制作母線支撐件。如圖3所示，支 撐件從銅排中間穿越，與整個(gè)鋼骨架形成一個(gè)閉環(huán)金屬冋路。同時(shí)考慮到銅排重 量較大，故必須使用

6、不銹鋼材料制作支撐件。從而達(dá)到使用非磁性材料切斷閉合 金屬冋路的效果。3、在磁性材料形成的閉合金屬冋路上開隔磁槽。前面說過，磁性材料 在母線間穿行可等效成鐵心，而鐵心正是主磁通量φ的通道。在變壓器鐵心 中，常采用高導(dǎo)磁材料，制成卷鐵心或環(huán)形鐵心等設(shè)有接縫的結(jié)構(gòu)來增加鐵心的 束磁能力。而在開關(guān)柜中則恰恰相反，開隔磁槽就是為了增大磁阻，使磁能量盡 量釋放在空氣中，這種現(xiàn)象稱為漏磁。漏磁是磁源通過特定磁路泄露在空氣（空間）中的磁能量。磁體的磁場 在內(nèi)部閉合對外是不顯磁性的，當(dāng)對外形成磁極后即產(chǎn)生了磁場，磁場是對外開 環(huán)輻射的，故有部分能量是可以釋放岀去的。開關(guān)柜設(shè)計(jì)中常會利用到這一點(diǎn)

7、，如圖4為kyn28-12a中置柜側(cè)板，由 于母線電壓較高，安全距離較人，主母排無法在較緊湊的情況下穿越同一閉合金 屬冋路，同時(shí)還要考慮到穿墻套管的安裝。所以在側(cè)板上分別開上供a、b、c 三相主母排穿越的孔，孔與孔之間開40mm隔磁槽，這樣可以有效防止相與相 之間產(chǎn)生的較大渦流。該方法亦廣泛應(yīng)用于高壓側(cè)板，電纜進(jìn)線隔板，母線出柑 頂頂蓋板等板件上。4、增大母線與磁性材料間的距離。由于磁場是呈輻射狀的，離磁源越 遠(yuǎn)，受磁場能量的影響就越小，所產(chǎn)生的渦流就越小。母線設(shè)計(jì)吋，柜內(nèi)母線的 布置就應(yīng)考慮對各磁性材料金屬件的距離，原則上應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。當(dāng)上述方法都已 無法采用吋，應(yīng)與客戶協(xié)商增大柜體尺寸，從根本上減少渦流的大小。四、結(jié)束語只要我們在平時(shí)的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)渦流