CN107769059B - 一种实现电缆故障智能快切的环网柜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现电缆故障智能快切的环网柜及其制造方法，属于智能电力设备技术领域。它包括用于套接插拔件的插拔式底座，将进线电缆引入环网柜柜体；电流互感器，其水平套设在所述插拔式底座上，用于采集电流信号。本发明通过优化环网柜的内部结构，便于进线电缆的安装接入，提高工作效率，实现故障的智能化控制，利于环网柜的智能化推广使用，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。
Description
技术领域
本发明属于智能电力设备技术领域，更具体地说，涉及一种实现电缆故障智能快切的环网柜及其制造方法。
背景技术
环网柜是一组输配电气设备(高压开关设备)装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，其供电干线形成一个闭合的环形，供电电源向这个环形干线供电，从干线上再一路一路地通过高压开关向外配电，每一个配电支路既可以从环网的左侧干线取电源，又可以从环网右侧干线取电源，当左侧干线出了故障，环网就从右侧干线继续得到供电，而当右侧干线出了故障，环网就从左侧干线继续得到供电，尽管总电源是单路供电的，但从每一个配电支路得到双路供电，供电的可靠性高，因此它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。
城市配电网络由于采用了小型环网柜供电，有效解决了变电站出线走廊有限的问题，使供电网络更加灵活，而且更容易形成多电源点拉手互供方式，提高了供电的可靠性和灵活性，但同时也使配电网的运行方式更加复杂，如果没有有效的监控系统来实现供电的实时监控，往往掌握不了负荷不均匀，方式不合理等电网中实际的运行状况，使环网供电的优势无从发挥。此外，环网柜等设备的运行状态，也还是只能通过人工巡检来实现，一些比较隐蔽的安装投运隐患，未必能及时发现。从城市配电网的环网柜和小型开闭所的运行实例来看，不少地区都发生过由于电缆头安装不到位，导致接头发热，以至于发展到电缆头烧毁造成接地，最终发展成短路故障的事故，引起较大范围的停电。因此，从提高配电网供电可靠率，提高配电运行管理水平来讲，实现环网柜自动化智能监控，有非常重要的意义，并且是建设智能电网的一个重要环节。在智能电网的建设过程中，实时测量高压线路的电流和电压实现智能化的关键，因此在环网柜里面增加配置了智能保护测控装置、智能传感器，例如公开日为2013年7月23日公开的名称为《全绝缘环网柜电缆电流与温度监测的应用研究》的期刊文献，达到对环网柜的每条进路、每条出线、环网柜自身进行在线监测、故障快速切除为目的的新型环网柜。
经检索，中国专利CN201110199569.1公开了一种紧凑型智能化环网柜，包括环网柜本体，环网柜本体至少包括至少一个进线柜和至少一个出线柜；电子式电流电压互感器，设置于每一个进线柜中以采集进线的电压和电流信号；电子式电流互感器，安装于每一个出线柜中以采集出线的电流信号；再如中国专利CN201210431647.0公开了一种智能型全绝缘全封闭充气式环网柜，主要是由主回路和智能控制回路所组成，其中：电压互感器并联在主回路中，电流互感器穿套在主母线上；再如中国专利CN201520690576.5公开了一种具有通讯功能的智能化真空断路器环网柜，包括柜体，柜体下部设有电缆室，电缆室设有电流互感器。
上述公开的几种环网柜，是基于现有的电流信号采集技术展开的，而这些技术大多停留在理论阶段，而实际使用过程中，其电流互感器或电流电压互感器的通孔朝下且至少两个横向依次排列在柜体中，由于环网柜的进线电压一般很高，甚至上万伏，进线电缆的线芯截面积大于300mm2，且进线电缆的线芯由铜合金制作而成，线芯硬且根本不易折弯，加之环网柜下部高度为600mm，空间较为狭小，电缆的线芯穿过垂直设置的电流互感器或电流电压互感器安装很是困难，费时费力，即使安装之后，电缆线芯更换也不易取出，实际安装时，操作工人直接将电流互感器拿掉，导致环网柜智能化形同虚设，根本无法实现故障的智能化控制，进而影响环网柜的智能化使用。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有电缆的线芯穿过电流互感器或电流电压互感器安装费时费力，不利于环网柜的智能化使用的问题，本发明提供一种实现电缆故障智能快切的环网柜，通过优化环网柜的内部结构，便于进线电缆的安装接入，提高工作效率，实现故障的智能化控制，利于环网柜的智能化推广使用。
本发明还提供了一种上述实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，步骤衔接有序，提高环网柜的内部散热，避免出现烧毁电流互感器的现象。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜，包括用于套接插拔件的插拔式底座，将进线电缆引入环网柜柜体；电流互感器，其水平套设在所述插拔式底座上，用于采集电流信号。
于本发明的一种可能实施方式中，所述插拔式底座包括底座本体、导电柱及固定螺栓，底座本体具有锥形头部和台阶状中部，头部和中部为一体构造，底座本体沿中心开设有通孔；导电柱固定在通孔内且不超出通孔，导电柱头部设有螺纹孔，固定螺栓穿过接线鼻与螺纹孔配合。
于本发明的一种可能实施方式中，所述电流互感器包括壳体、铁芯、线圈和接线端子，铁芯采用超微晶或高导磁硅钢片制作而成，漆包线均匀地绕在铁芯上构成线圈，由壳体上引出两个接线端子，接线端子与线圈连接，其中壳体与铁芯之间填充有导热硅胶。
于本发明的一种可能实施方式中，所述电流互感器套设并固定在插拔式底座的中部，电流互感器的线圈与导电柱的间距为10-20mm。
于本发明的一种可能实施方式中，所述电路互感器为组合式电流互感器，电流互感器的壳体厚度与柜体的厚度相一致。
于本发明的一种可能实施方式中，所述壳体的外侧两端面上围绕铁芯设置有渐开线型走向的长条状或点状的凸起，渐开线型走向的条状或点状凸起数量至少为两条。
于本发明的一种可能实施方式中，所述凸起的高度为2-4mm。
于本发明的一种可能实施方式中，所述渐开线为圆渐开线或抛物线渐开线。
本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，按照以下步骤具体进行：
步骤S101、制作插拔式底座，采用陶瓷绝缘材料成型具有锥形头部和台阶状中部的底座本体，并将导电柱置于底座本体的通孔内，其中中部的底座本体厚度为10-20mm；
步骤S102、制作电流互感器，采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型壳体，环氧树脂与二氧化硅的重量比为1：(0.02-0.05)，壳体的厚度为3-5mm，浇注时，温度控制在60-90℃，壳体的外侧两端面形成高度为2-4mm的凸起，采用超微晶或高导磁硅钢片常规制作铁芯，将聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线绕设在铁芯上，然后置于壳体内，在壳体与铁芯之间填充导热硅胶，导热硅胶填充密实；
步骤S103、在环网柜柜体上预留电流互感器的安装孔，安装孔的尺寸略小于电流互感器的外形尺寸，先将电流互感器套装在插拔式底座的中部，然后电流互感器紧紧卡合在柜体的安装孔内。
在所述步骤S102中，壳体浇注成型后，将壳体按照速率为0.5-1℃/min降温，直至壳体的温度降至室温。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜，将现有电流互感器的通孔朝下且至少两个横向依次排列在柜体中的结构方式，进行合理优化，使得电流互感器的通孔水平朝向，并套装在插拔式底座上，通过电流互感器采集导电柱上的电流信号，改变以往在进线电缆上取电的做法，一方面插拔式底座由陶瓷绝缘材料制作，线圈与铁芯的磁场强度受限，因此，需要对插板式底座进行改进；另一方面线圈与铁芯工作时会产生热量，在现有的技术中，电流互感器置于柜体的下部空间，散热效果较好，而本发明的电流互感器固定在柜体上，通风效果差，使得线圈与铁芯的热量累积，容易导致线圈或铁芯过热，造成线圈损坏，因此电流互感器的散热问题需要进行解决，本发明环网柜的进线电缆无需折弯，进线电缆引入到环网柜内容易，提高了工作效率，当进线电缆需要更换时，电缆线芯取出也很方便，通过电流互感器可以取电，实现对环网柜的智能化控制；
(2)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜，其插拔式底座具有锥形头部和台阶状中部，头部和中部为一体构造，这样的结构，使得电流互感器可以安装在台阶状中部，保证了线圈或铁芯与导电柱之间的绝缘距离在10-20mm，有利于电流互感器取电，取电数值较为精确，电流的损失率在0.5％左右，对环网柜的控制更为精确；
(3)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜，由超微晶或高导磁硅钢片制作而成的铁芯，磁导率高，可以有效地降低热量的产生，导热硅胶可以将热量传递至壳体，由壳体将内部的热量进一步散发，尤其是短路，避免线圈或铁芯过热而烧坏；
(4)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜，在壳体的外侧两端面设置凸起，凸起呈长条状或点状，凸起围绕在铁芯周围，这些凸起部位可以增加壳体的散热面积，提高壳体的散热性能，进一步加快壳体内部散热速度；
(5)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜结构简单，设计合理，易于制造；
(6)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其中壳体由环氧树脂加二氧化硅浇注成型，环氧树脂和二氧化硅通过一定的比例配合，二氧化硅不仅增强了壳体的强度，同时在磁场作用下，二氧化硅具有很好的抗涡流作用，避免环氧树脂过快老化；
(7)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，壳体外侧两端面的渐开线型凸起，由环氧树脂加二氧化硅成型得到，凸起表面光滑，凸起上不易发生凝露现象；
(8)本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，壳体按照速率为0.5-1℃/min降温，环氧树脂与二氧化硅结合紧密，不会产生裂纹，同时在该冷却速率下，壳体表面光滑平整，壳体表面不易聚集水汽，保证壳体的散热顺畅。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实现电缆故障智能快切的环网柜的结构示意图；
图2为本发明电流互感器与插拔式底座的安装结构示意图；
图3为本发明电流互感器的壳体一种结构示意图；
图4为本发明电流互感器的壳体另一种结构示意图。
图中：1、插拔式底座；110、底座本体；111、锥形头部；112、中部；113、通孔；120、导电柱；130、固定螺栓；140、接线鼻；
2、电流互感器；210、壳体；211、凸起；220、铁芯；230、线圈；240、接线端子；
3、导热硅胶；
4、柜体；
5、进线电缆；
6、插拔件。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例的实现电缆故障智能快切的环网柜，包括用于套接插拔件6的插拔式底座1，将进线电缆5引入环网柜柜体4；电流互感器2，其水平套设在插拔式底座1上，用于采集电流信号。
其中，在图2中，插拔式底座1包括底座本体110、导电柱120及固定螺栓130，底座本体110具有锥形头部111和台阶状中部112，头部和中部112为一体构造，底座本体110沿中心开设有通孔113；导电柱120固定在通孔113内且不超出通孔113，导电柱120头部设有螺纹孔，固定螺栓130穿过接线鼻140与螺纹孔配合，接线鼻140与进线电缆5连接，并由插拔件6罩住。
其中，在图2中，电流互感器2包括壳体210、铁芯220、线圈230和接线端子240，铁芯220采用超微晶或高导磁硅钢片制作而成，漆包线均匀地绕在铁芯220上构成线圈230，由壳体210上引出两个接线端子240，接线端子240与线圈230连接。
本实施例电流互感器2的通孔113水平朝向，并套装在插拔式底座1上，通过电流互感器2采集导电柱120上的电流信号，改变以往在进线电缆5上取电的做法，一方面插拔式底座1由陶瓷绝缘材料制作，线圈230与铁芯220的磁场强度受限，因此，需要对插板式底座进行改进，电流互感器2套设并固定在插拔式底座1的中部112，电流互感器2的线圈230与导电柱120的间距为10-20mm；另一方面线圈230与铁芯220工作时会产生热量，在现有的技术中，电流互感器2置于柜体4的下部空间，散热效果较好，而本实施例的电流互感器2固定在柜体4上，通风效果差，使得线圈230与铁芯220的热量累积，容易导致线圈230或铁芯220过热，造成线圈230损坏，因此电流互感器2的散热问题需要进行解决，其中壳体210与铁芯220之间填充有导热硅胶3，壳体210采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型。
为了安装的方便快捷，电路互感器为组合式电流互感器2，电流互感器2的壳体210厚度与柜体4的厚度相一致，这样电流互感器2器与柜体4齐平，更为美观。
如图3和图4所示，壳体210的外侧两端面上围绕铁芯220设置有渐开线型走向的长条状或点状的凸起211，渐开线型走向的条状或点状凸起211数量为四条，凸起211的高度为2-4mm，最佳的凸起211高度为3mm，渐开线为圆渐开线或抛物线渐开线。
使用时，进线电缆5引入到环网柜中，其引入电压为10千伏，电流为1000A，在柜体4内，电流互感器2正常取电时，线圈230和铁芯220会产生热量，这些热量通过导热硅胶3传递给壳体210，较空气传热效果好，然后壳体210表面的凸起211可以很好地散热，与光面壳体210相比，本发明的电流互感器2的温度低于现有的或者光面壳体210的电流互感器2。电流互感器2将高压电流降为低压电流，低压电流输入到控制器，通过控制器的程序设置，分析环网柜电路的电流，可以实现电缆故障智能快切，例如短路等等，利于环网柜的智能化使用。
实施例2
本实施例的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，按照以下步骤具体进行：
步骤S101、制作插拔式底座1，采用陶瓷绝缘材料成型具有锥形头部111和台阶状中部112的底座本体110，并将导电柱120置于底座本体110的通孔113内，其中中部112的底座本体110厚度为20mm；
步骤S102、制作电流互感器2，采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型壳体210，环氧树脂与二氧化硅的重量比为1：0.05，壳体210的厚度为5mm，浇注时，温度控制在60℃，壳体210的外侧两端面形成高度为4mm的凸起211，壳体210浇注成型后，将壳体210按照速率为0.5℃/min降温，直至壳体210的温度降至室温；
采用超微晶或高导磁硅钢片常规制作铁芯220，将聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线绕设在铁芯220上，然后置于壳体210内，在壳体210与铁芯220之间填充导热硅胶3，导热硅胶3填充密实；
步骤S103、在环网柜柜体4上预留电流互感器2的安装孔，安装孔的尺寸略小于电流互感器2的外形尺寸，先将电流互感器2套装在插拔式底座1的中部112，然后电流互感器2紧紧卡合在柜体4的安装孔内。
实施例3
本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，按照以下步骤具体进行：
步骤S101、制作插拔式底座1，采用陶瓷绝缘材料成型具有锥形头部111和台阶状中部112的底座本体110，并将导电柱120置于底座本体110的通孔113内，其中中部112的底座本体110厚度为10mm；
步骤S102、制作电流互感器2，采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型壳体210，环氧树脂与二氧化硅的重量比为1：0.05，壳体210的厚度为3mm，浇注时，温度控制在70℃，壳体210的外侧两端面形成高度为3mm的凸起211，壳体210浇注成型后，将壳体210按照速率为1℃/min降温，直至壳体210的温度降至室温；
采用超微晶或高导磁硅钢片常规制作铁芯220，将聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线绕设在铁芯220上，然后置于壳体210内，在壳体210与铁芯220之间填充导热硅胶3，导热硅胶3填充密实；
步骤S103、在环网柜柜体4上预留电流互感器2的安装孔，安装孔的尺寸略小于电流互感器2的外形尺寸，先将电流互感器2套装在插拔式底座1的中部112，然后电流互感器2紧紧卡合在柜体4的安装孔内。
实施例4
本发明的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，按照以下步骤具体进行：
步骤S101、制作插拔式底座1，采用陶瓷绝缘材料成型具有锥形头部111和台阶状中部112的底座本体110，并将导电柱120置于底座本体110的通孔113内，其中中部112的底座本体110厚度为15mm；
步骤S102、制作电流互感器2，采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型壳体210，环氧树脂与二氧化硅的重量比为1：0.04，壳体210的厚度为4mm，浇注时，温度控制在65℃，壳体210的外侧两端面形成高度为2mm的凸起211，壳体210浇注成型后，将壳体210按照速率为0.8℃/min降温，直至壳体210的温度降至室温；
采用超微晶或高导磁硅钢片常规制作铁芯220，将聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线绕设在铁芯220上，然后置于壳体210内，在壳体210与铁芯220之间填充导热硅胶3，导热硅胶3填充密实；该类型的漆包线耐热冲击性能好，耐软化击穿温度高，机械强度优良，耐溶剂及耐冷冻剂性能均较好；
步骤S103、在环网柜柜体4上预留电流互感器2的安装孔，安装孔的尺寸略小于电流互感器2的外形尺寸，先将电流互感器2套装在插拔式底座1的中部112，然后电流互感器2紧紧卡合在柜体4的安装孔内。
Claims (6)
1.一种实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，所述实现电缆故障智能快切的环网柜包括用于套接插拔件的插拔式底座(1)，将进线电缆引入环网柜柜体(4)；电流互感器(2)，其水平套设在所述插拔式底座(1)上，用于采集电流信号；所述插拔式底座(1)包括底座本体(110)、导电柱(120)及固定螺栓(130)，底座本体(110)具有锥形头部(111)和台阶状中部(112)，头部和中部(112)为一体构造，底座本体(110)沿中心开设有通孔(113)；导电柱(120)固定在通孔(113)内且不超出通孔(113)，导电柱(120)头部设有螺纹孔，固定螺栓(130)穿过接线鼻(140)与螺纹孔配合；所述电流互感器(2)包括壳体(210)、铁芯(220)、线圈(230)和接线端子(240)，铁芯(220)采用超微晶或高导磁硅钢片制作而成，漆包线均匀地绕在铁芯(220)上构成线圈(230)，由壳体(210)上引出两个接线端子(240)，接线端子(240)与线圈(230)连接，其中壳体(210)与铁芯(220)之间填充有导热硅胶(3)；所述电流互感器(2)套设并固定在插拔式底座(1)的中部(112)，电流互感器(2)的线圈(230)与导电柱(120)的间距为10-20mm；
其特征在于，该方法按照以下步骤具体进行：
步骤S101、制作插拔式底座(1)，采用陶瓷绝缘材料成型具有锥形头部(111)和台阶状中部(112)的底座本体(110)，并将导电柱(120)置于底座本体(110)的通孔(113)内，其中中部(112)的底座本体(110)厚度为10-20mm；
步骤S102、制作电流互感器(2)，采用环氧树脂加二氧化硅浇注成型壳体(210)，环氧树脂与二氧化硅的重量比为1：(0.02-0.05)，壳体(210)的厚度为3-5mm，浇注时，温度控制在60-90℃，壳体(210)的外侧两端面形成高度为2-4mm的凸起(211)，采用超微晶或高导磁硅钢片常规制作铁芯(220)，将聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线绕设在铁芯(220)上，然后置于壳体(210)内，在壳体(210)与铁芯(220)之间填充导热硅胶(3)，导热硅胶(3)填充密实；
步骤S103、在环网柜柜体(4)上预留电流互感器(2)的安装孔，安装孔的尺寸略小于电流互感器(2)的外形尺寸，先将电流互感器(2)套装在插拔式底座(1)的中部(112)，然后电流互感器(2)紧紧卡合在柜体(4)的安装孔内。
2.根据权利要求1所述的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其特征在于，在所述步骤S102中，壳体(210)浇注成型后，将壳体(210)按照速率为0.5-1℃/min降温，直至壳体(210)的温度降至室温。
3.根据权利要求2所述的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其特征在于，所述电路互感器为组合式电流互感器(2)，电流互感器(2)的壳体(210)厚度与柜体的厚度相一致。
4.根据权利要求3所述的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其特征在于，所述壳体(210)的外侧两端面上围绕铁芯(220)设置有渐开线型走向的长条状或点状的凸起(211)，渐开线型走向的条状或点状凸起(211)数量至少为两条。
5.根据权利要求4所述的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其特征在于，所述凸起(211)的高度为2-4mm。
6.根据权利要求5所述的实现电缆故障智能快切的环网柜的制造方法，其特征在于，所述渐开线为圆渐开线或抛物线渐开线。
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