高压电器的设计要点.doc

高压电器的设计要点1 绝缘高压开关设备的体积小型化的趋势越来越明显，作为高压开关设备的绝缘问题就显得尤为重要。高压开关设备绝缘按绝缘材料的种类可分为：空气绝缘、复合绝缘、气体绝缘和固体绝缘。各电压等级高压电器的额定绝缘水平和耐受电压值参考GB311.1-1997表1至表4以及DL/T 593-2006 4.6条。1.1 绝缘方式1.1.1 空气绝缘空气绝缘性能比较稳定，价格又低廉，是目前40.5kV以下高压开关设备的主要结构方式。近年来，由于用户对高压开关设备的小型化、高可靠性、安全性等不断提出更高的要求，伴随着新绝缘材料的开发、制造工艺的进步，新的绝缘结构不断推出，包括复合绝缘在内的空气绝缘仍占高压开关设备的主要部分。在高压开关设备设计中，应保证绝缘结构能够承受交流耐受电压及雷电冲击耐受电压。空气绝缘的设计是以标准的棒-平板和棒-棒间隙的雷电冲击50%放电电压为基础进行，从电极绝缘考虑，相间放电电压可按棒-棒考虑，相对地的放电电压可按棒-平板考虑。实际考虑到绝缘配合，相间绝缘强度的裕度应大些，另外再加上10-20%的安全系数，此外再考虑到电场分布和周围环境的差别，应再加上10-30%的裕度，因此总体设计时应考虑有20-50%的裕度。需要特别注意的是在高压开关设备中主要选用的是矩形和圆形导体，其中圆形导体的放电电压要比矩形高20-30%。当空气绝缘不能满足设计要求时，需考虑增加复合绝缘，复合绝缘常用的形式主要有以下几种：（1）在导体间或是导体对地的空气间隙中插入一块非金属的绝缘隔板，从而缩小对绝缘距离的要求。绝缘材料必须具备优良的介电性、憎水性和阻燃性等，应尽量选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料如DMC（Dough molding compound）、SMC（Sheet molding compound）不饱和聚酯层压板、ABS（Acrylonitrile-butadine-styrene copolymer）等。在保证高强度的同时，变形量和老化程度较小，适应对绝缘配合要求较高的地方。相间绝缘隔板应设置在中间位置，带电体与绝缘隔板的最小空气间隙应满足表1要求(DL/T 404-2007 5.106)。该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境及本身材料电气性能影响很大，同时也存在绝缘老化的问题。表1 复合绝缘的空气距离额定电压/kV海拔高度/m1000200025003000350040003.6123033353638392445505254565940.5606669727578（2）带电导体外采用热缩套管来增加绝缘性能，热缩套管的应用特别适用于产品小型化需求。国外品牌的热缩套管以美国瑞侃（RAYCHEM）和日本住友（SUMITUBE）为代表，国产品牌的厂家较多。从产品性能看瑞侃产品性能最优，瑞侃的产品检测报告表明产品使用寿命在2540年。矩形导体采用瑞侃BBIT热缩套管后10kV设备相间最小间距可达35mm，相对地最小间距可达45mm；24kV设备相间最小间距可达60mm，相对地最小间距可达90mm；40.5设备相间最小间距可达100mm，相对地最小间距可达160mm。（3）流化处理工艺。目前国内外还有一些开关制造厂家采用一种热涂敷工艺，在高压带电导体表面均匀附上一层绝缘材料。流化导体表面的流化涂层主要是以环氧树脂粉末为主。导体表面采用流化处理后施加工频电压42kV/1min，导体最小间距为50mm时不击穿。在产品设计时单纯以空气作为绝缘介质的高压开关设备，最小空气间隙应满足表2（DL/T 404-2007）表2 以空气作为绝缘介质的各相导体间及对地净距（mm）序号项目额定电压/kV3.67.2122440.51导体至接地间净距751001251803002不同相的导体间净距751001251803003导体至无孔遮拦间净距1051301552103304导体至网状遮拦间净距1752002252804005无遮拦裸导体至地板间净距237.5240242.52482606无遮拦裸导体之间的水平净距187.5190192.51982107出线套管至屋外通道地面间净距4004004004004001.1.2 气体绝缘气体绝缘尤以SF6气体为典型代表，标准大气压力下SF6的绝缘性能是空气的3倍，另外由于SF6分子的负电性，具有很强的吸附自由电子而形成负离子的能力，因而具有很强的耐电强度。SF6以其优异的绝缘和灭弧性能被大量使用在高压开关设备里，特别是近几年兴起的柜式气体绝缘开关柜（C-GIS）。但是由于SF6属温室气体，为减少SF6的排放量，在40.5kV及以下中压电力系统中SF6逐渐被N2或是SF6和N2的混合气体所代替。1.1.3 固体绝缘 固体绝缘高压开关设备占有面积只为空气绝缘柜的10-20%，是超小型产品；树脂浇注件的外表面用接地金属覆盖，安全性好；由于固体绝缘无相间短路发生，维修省力。当然固体绝缘高压开关设备也有不足：主回路完全由浇注件构成，柔性不足；高电压时，高压开关设备重量过大，当前只能生产24kV以下电压等级产品。1.2 高海拔时绝缘校正1.2.1 增大空气间隙海拔超过1000m后，空气间隙应进行修正，修正系数见表3表3 高海拔用电工产品电气间隙修正系数使用地点的海拔/m010002000300040005000相应气压/kPa101.390.079.570.161.754.0电气间隙修正系数以零海拔为基准1.001.131.271.451.641.88以1000m海拔为基准0.891.001.131.281.461.67以2000m海拔为基准0.780.881.001.131.291.47（注：也有经验数据在海拔高度超过1000米后，按海拔高度每升高1000米电气间隙增大10%修正）1.2.2 加大爬电距离长期试验表明，绝缘介质的湿闪或污闪电压与其爬电距离有接近线性的关系，GB3906-2006及DL/T 404-2007对纯瓷及有机绝缘件的外绝缘爬电比距和相应值的应用范围均有规定（污秽为0级时，纯瓷爬电比距14mm/kV，有机绝缘爬电比距16mm/kV；污秽为级时，纯瓷爬电比距16 mm/kV，有机绝缘爬电比距18 mm/kV；污秽为级时，纯瓷爬电比距18 mm/kV，有机绝缘爬电比距20 mm/kV）。通常情况下，开关柜内的一次元件可按照级污秽条件来设计其外绝缘爬电比距(DL/T 593-2006 5.14.2条 )，对于个别污染较重的地区可按有机绝缘25 mm/kV（级）考虑。1.2.3 外绝缘试验电压校正根据DL/T 593-2006，一般气候条件下的40.5kV及以下高压电器工频及冲击耐压试验值如表3所示。表3 一般气候条件下的工频及冲击耐压试验值/kV额定电压/kV柜体及开关设备绝缘的工频耐压值柜体及开关设备绝缘的冲击耐压峰值柜中变压器主绝缘的耐压主绝缘对地、断路器断口间及相间绝缘隔离断口间的绝缘主绝缘对地、断路器断口间及相间绝缘隔离断口间的绝缘工频耐压冲击耐压峰值3.62527404618407.2303460702560124248758535752465791251455512540.59511818521565185根据GB311.1-1997 3.4条，当高压输变电设备使用于海拔高于1000m但不超过4000m，在海拔不高于1000m的地点试验时，试验电压应按表3中规定的耐受电压乘以海拔校正系数Ka，Ka=1/(1.1-H10-4)。式中：H海拔高度，m。根据GB/T 11022-1999和DL/T 593-2006的2.2.1条，对于安装在海拔高于1000m处的设备，外绝缘在标准参考大气压下的绝缘水平应该将使用场所要求的绝缘耐受电压乘以系数来Ka校正，Ka可查曲线图，也可用公式计算：Ka=em(H-1000)/8150。式中：H设备安装地点的海拔高度，m。 m为了简单起见，取下述确定值： 对于工频、雷电冲击和相间操作冲击电压m=1， 对于纵绝缘操作冲击电压m=0.9， 对于相对地操作冲击电压m=0.75。采用两种标准的计算结果比较接近，综合考虑，建议按GB11022-1999进行修正。2 接触电阻由电接触而产生的电阻称接触电阻（Rc），接触电阻由集中电阻（收缩电阻）和表面电阻组成。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高。若接触电阻过高，一方面，当额定电流长期通过时，接触处的温升就可能超过规定值；另一方面，当回路通过短路电流时，接触处的发热可能达到触头材料的熔化温度而使触头熔焊。接触电阻主要受接触件材料、接触压力、接触形式、表面状态、温度、使用电压和电流等因素影响。（1）接触件材料：构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小，这些性质包括金属材料的电阻率、布氏硬度HB、化学性能以及金属化合物的机械强度和电阻率等。材料的电阻率或硬度越大，则接触电阻也越大。（2）接触压力：接触件的接触压力是指施加于彼此接触的表面并垂直于接触表面的力。随着接触压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。但当接触压力超过一定值（150N左右）后，接触电阻就基本保持不变。实验表明，在接触压力较小时，接触电阻上下限的差别高达10倍之多。而当压力增大后，接触电阻的分散度逐渐变小，接触电阻上下限的差别减少到1.5倍。（4）接触形式：接触形式不同也会影响接触电阻的大小。接触形式主要分为三种：点接触、线接触和面接触，接触压力较小时；点接触的接触电阻较低；接触压力较大时，面接触的接触电阻较低；在更大接压力时，三种接触形式的接触电阻是差不多大小的。（4）表面状态：接触件的表面膜层包括两部分：一是由于尘埃、松香、油污等在接触表面机械附着沉积形成的较松散的表膜。这层表膜由于带有微粒物质，极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定；二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜。对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。同时，接触表面的光洁度也会对接触电阻有影响。光洁度不宜要求过高，试验表明，过于精细的表面加工对于降低接触电阻未必是有利的。对于大中负荷的电接触，一般接触处的表面光洁度能达到机加工的6就足够了。面接触时为保证更多的接触点，则应提高接触面的平整度。（5）温度：温度对接触电阻也有影响，主要有二个方面的原因：一是电阻率的改变，电阻率随温度升高而增加；二是材料硬度的改变，当材料温度上升到接近软化点是，硬度将急剧下降。（6）使用电压：使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用，于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化，使接触电阻发生很大变化。（7）电流：当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热作用使金属软化或熔化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻。影响接触电阻的因素很多，要准确的计算接触电阻是很困难的，通常只能用经验公式进行估算。一般的经验公式如下：Rc=Kc(0.102F)m其中，F：接触压力，N； m：与接触形式有关的系数，对点、线、面接触，分别取0.5、0.7、1（也有线接触取0.75，高压力时的面接触取0.80.95）； Kc：与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数，通常由实验得出，见下表。接触材料Kc接触材料Kc银-银60黄铜-黄铜670铜-铜（无氧化物）80-140铝-铜980铜镀锡-铜镀锡干燥100铝-黄铜1900涂油70需要指出的是，影响接触电阻的因素极为复杂，上述经验公式只用Kc、m两个系数来概括各种因素的影响，当然是很不充分的。正因为如此，不同研究者得出的m和Kc值往往差别很大。3 短时耐受电流和峰值耐受电流的校核3.1 短时耐受电流（IK）短时耐受电流是在规定的使用和性能条件下，在规定的短时间内，开关设备和控制设备在合闸状态下能够承载的电流的有效值。高压开关设备的导体截面应满足短时耐受电流通过时的热稳定性。GB3906-2006 附录E规定了根据短时持续电流的热效应计算裸导体横截面积的方法，承受电流持续时间为0.2s5s的热效应的裸导体横截面积为：S=(Ia)(t)0.5。式中：S-导体截面，mm2；I-电流有效值（即短时耐受电流值），A；a的量纲为A/mm2(s/K)0.5,并按下列规定取值：铜-13，铝-8.5，铁-4.5，铅-2.5；t-电流通过时间，s；-温升（K），对裸导体取180K，如果时间超过2s但小于5s，可增加到215K。另外，根据DL404-1997户内交流高压开关柜订货技术条件7.4.3规定，接地汇流排以及与之连接的导体截面，应能通过额定短路开断电流的87%。3.2 峰值耐受电流（IP）3.2.1 电动力计算峰值耐受电流是在规定的使用和性能条件下，开关设备和控制设备在合闸状态下能承载的额定短时耐受电流的第一个大半波的电流峰值。额定峰值耐受电流应按照系统特性所决定的直流时间常数来确定，大多数系统的直流时间常数为45ms，额定频率为50Hz及以下时所对应的峰值耐受电流为2.5倍额定短时耐受电流，额定频率为60Hz时为2.6倍额定短时耐受电流。在某些使用条件下，系统特性决定的直流时间常数可能比45ms大，对于特殊系统其值一般为60ms, 75ms和120ms，这取决于系统的额定电压。在这些情况下，额定峰值耐受电流建议选用2.7倍额定短时耐受电流（DL/T 593-2006 4.6条）。峰值耐受电流的校核主要是电动力的计算。高压开关设备的导电部分由多个导体构成，当导体中有电流流过时，各导体之间就有电动力的作用。电动力的大小与导体间的相互位置以及通过电流大小有关，正常工作时由于通过导体电流不大，只有几百至几千安，作用在导体上的电动力很小，对电器设备不会产生很大的影响，但是当电路发生短路故障时，短路电流很大，可达几十乃至上百千安，就会产生很大的电动力，可能导致电器设备的结构零件变形或断裂，使原来处于关合位置的触头被推开，产生电弧，导致触头熔焊，或者使主开关元件在关合过程中不能顺利关合，以至造成主开关爆炸等事故。电动力的方向可以由左手定则确定，即：手心向着B（磁感应强度方向），伸直的四指与I（电流）同向，则大拇指的指向就是电动力的方向（也可用右手螺旋定则）。当两相邻导体中的电流I1与I2方向相同时，两导体间作用力为吸力，反之当电流方向相反时则为斥力。计算电动力的公式为：F=110-7 I1I2C式中：F-导体间的电动力，N； I1、I2-相邻两导体分别流过的电流大小，A； C-回路系数。C是一个无量纲系数，它只与所研究的导电系统的几何尺寸、形状有关。计算出回路系数C的值，再知道I1与I2就可以得出电动力的数值，所以上式是计算电动力的一般通用式，对不同的情况只是回路系数C不同而已。常用的C值，可在手册中查出（参考清华大学出版的高压断路器原理一书）。应当指出，上述计算电动力的公式并没有考虑导体本身截面大小、形状的影响，实际上是假设电流集中在导体的轴线上来分析的。这对圆截面导体来说，不管截面大小如何，只要电流在导体内均匀分布，计算的结果是完全准确的。对其他截面形状（如矩形截面）的导体，当导体之间的距离比导体截面的尺寸大的多时，也可以应用上述公式。但当导体截面尺寸较大，导体间的距离又很近时，应用上面的公式就会带来很大的误差。对于非圆截面导体，而导体之间又布置比较近的情况，必须引入一个截面系数以计及截面对电动力的影响，公式为：F=110-7C I1I2。由于计算比较复杂，人们把常遇到的矩形导体平行布置的截面系数绘成曲线，如下图所示。若导体之间的距离比导体截面的尺寸大的多或导体是很薄的矩形截面（ba），由曲线可见，当(c-a)/(b+a)2，也就是c/b2时，1，此时完全可以不考虑截面对电动力的影响。上面讨论的是直流时的情况。交流电动力的计算方法与直流相同，不同之处是交流电流是随时间变化的，因此电动力也是随时间变化的，应用上式时要把交流电流的瞬时值代入。而在三相电路中，由于相位相差120，同一瞬间三相电流方向各不相同，所以导体受其他两相作用的电动力，比单相交流情况要复杂一些。回路发生短路时，当三相导体在同一平面上平行布置时，两侧两相导体（A、C相）其电动力的最大值相同（斥力）：FA=FC=1.0310-7 C Ip2，B相的最大电动力为：FC=1.1110-7 C Ip2；当三相导体做等边三角形排列时，三相所受的电动力大小相同，最大电动力（斥力）为：F=1.1110-7 C Ip2，式中Ip为峰值耐受电流。高压电器不同的峰值耐受电流，不同的导体相间距离、排列方式，不同的导体规格、绝缘支撑跨度，都可以采用上述的计算公式核算电动力是否满足设计要求。通常在产品电动力核算过程中为保证产品的安全运行，会留有20%的设计裕度。3.2.2 触头电动稳定性 可分触头用来完成电路的接通和分断，且在闭合时起导电作用。当触头通过短路电流时，短路时电动力的作用也可能使触头间接触压力减小，接触电阻增加，从而使触头发生熔焊，严重时甚至会使触头分开和产生机械振动，导致熔焊。为了保证触头在通过短路电流时不致熔焊，除合理地选择导电回路的布置外，主要是增加触头接触压力，以保证电动稳定性。触头接触压力包括两部分：一部分由触头弹簧的压力产生，另一部分则是动触刀弹性变形施加的压力。判断触头电动稳定性是否满足要求可以用以下经验公式估算：IPKd(0.102F)0.5N式中：IP-峰值耐受电流，kA； F-触头终压力，既包括接触压力，也包括短路电流通过时触头间的电动力，N； Kd-系数，取决于触头材料和接触形式。对于“铜-铜”对接式点接触，Kd=3.24.1；对于“铜-铜”瓣形或指性的线接触，Kd=4.04.5。通过运用触头电动稳定性公式，可以进行电器设备触头压力的核算。其实触头压力问题是个很复杂的课题，影响它的因素非常多，上述公式仅是一种比较简单的经验估算公式。4 温升高压开关柜的大容量化、小型化、高可靠性和对多种环境的适用性成为当前的重要课题。与此有关，发热问题成为高压开关柜的重要问题。发热问题解决得不好，会导致高压开关柜本体或内部设备提前老化，这是出现重大事故的一个重要原因。例如，开关柜内高压载流导体的过热会导致绝缘损坏，从而产生放电以致出现主绝缘击穿，造成设备损坏和用户停电的重大事故。电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流，由于一次元器件通常处于密封的柜内运行，它们产生的热量很难散发到柜外，所以导致柜内温度升高。若温度超过标准规定的极限值，便可能烧毁元器件，酿成事故。为了满足温升的限制条件，必须加强制造工艺。虽然我们可以采取在电气联结面上涂凡士林、导电膏、镀锡、镀银等种种措施，但最终的保证在于加工。可以说，运行中发生事故的绝大多数开关柜都是由于制造工艺不过关，从而导致温升过高引发的。当然，在结构设计中可增加散热风道，利用空气对流降低设备温升，对于4000A及以上的开关柜可考虑采用风机强制风冷。4.1 导体载流量的计算高压开关在通过额定电流时，通流导体的温升不能超过标准规定（DL/T 593-2006 4.4.2条和GB/T 11022-1999 4.4.2条）。温升主要涉及到高压开关导体载流量的计算，导体的载流量是指导体在规定条件下能够承载电流的有效值。导体立放时载流量比平放时要高一些，一般当导体平放且宽度小于60mm时，其载流量为立放时的0.95倍，宽度大于60mm时，其载流量为立放时的0.92倍，这是由于立放时散热效果要比平放时好的缘故。 根据导体材质的不同，同一温度下其载流量也不同，开关设备主要以矩形铜导体为主，矩形铝导体为辅。其载流量数值一般可根据设计手册查到。根据经验，通过对各种手册中导体载流量的统计，总结出立放时导体载流量（交流）的简易计算公式如下。40时单层矩形铜导体的载流量： I1=k(b+8.5)h；式中：I1-单层铜导体的载流量，A；k-系数(取1)，A/mm；b-导体厚度，mm；h-导体宽度，mm。40时双层铜导体与单层铜导体载流量的关系式：I2=(1.561.58)I1；式中：I2-双层铜导体的载流量，A；1.561.58位系数，一般10010导体选1.58，8010、808选1.57，606选1.56。40时三层铜导体与单层铜导体载流量的关系式：I3=2I1；式中：I3-三层铜导体的载流量，A。40时四层铜导体与单层铜导体载流量的关系式：I4=2.45I1；式中：I4-三层铜导体的载流量，A。导体在环境温度为40时和环境温度为25时的换算关系为：I40=0.85 I25。相同规格的铜导体和铝导体在相同环境温度下载流量的换算关系为：IAL=ICu1.3。需要说明的是，以上计算公式仅适用于12010及以下规格的导体，对于异型导体的载流量建议采用经济电流密度进行计算。4.2 注意事项载流量校核时应注意以下几点：（1）根据DL/T 494-2006 6.5条规定，金属封闭开关设备进行温升试验时应通以1.1倍的额定电流进行试验，因此开关柜中各元器件和载流导体的载流量至少应有110%额定电流的裕度。柜内电器元件，除电流互感器因测量、保护之需要外，其他如断路器、隔离开关(或隔离插头)、套管等元件，均应选取比长期额定电流规格大一个档次的产品，比如柜体为630时选用800的、800时选用1000，以此类推。 （2）一般情况下，考虑到散热和以后增加负载容量，设计图纸中主导体选择一般大一些，此时应严格按照图纸制造，不可随意减小导体规格。（3）同等截面积尽量选择导体宽度比较大的型号，如能选择TMY806的，不选择TMY608，主要是有利于散热。（4）当开关设备的运行环境温度比规定温度高时，要充分考虑导体的载流量裕度是否充足。根据理论计算或是试验实测数据，可通过计算公式换算已知电流时温升值大小或是已知温升值时电流大小。当周围环境温度为40、允许温升、额定电流IN一定时，当柜内温度上升g时，载流量I应根据g大小适当降低，计算公式如下：I=IN(-g)/0.58按上式计算时，电气设备的温升原有裕度不变。上式也可改写成：=0(I/I0)1.7或I=I0(/0) 0.58式中：I-温升为时的电流，A； I0-温升为0时的电流，A；一般情况下，环境温度每增加1，额定电流应减少1.8%。（5）两段导体之间的联络导体是主导体的一部分，同样隔离车上的导体应视为主导体的一部分。（6）分支导体规格的选择应与其相连接的一次元件匹配。如按照额定电流应该选择TMY606，但该成套设备中隔离开关的接线板宽度为80，安装孔距为4040，则应选择TMY806，确保可以和隔离开关相连接。（7）只有当电气间隙满足不了标准要求时，才可在保证截面不变的情况下减小导体宽度，如将原选择的806改为608。（8）尽量避免两根导体之间没有空气间隙并在一起，如KYN28-12/2500-31.5开关柜中，一些工厂采用2根TMY10010，在触头盒内部与静触头连接处，两个分支导体无间隙的并在一起，延出触头盒后再分开一个导体厚度。其实这是一个瓶颈，此处分支导体的额定电流应大致计算为TMY10020的载流量，要比2根TMY10010小。结构设计中应避免这种形式。（9）当导体额定电流大于4000A时，使用常规的矩形导体已经不能满足要求。这时应考虑采用异型导体如U型，其一，降低导体成本；其二，保证导体可靠的力效应，同时要考虑与导体相匹配的一次元件如导体套管、触头盒的选择和与分支导体的连接。（10）额定电流在1500A及以上的导体通过套管穿越金属隔板时，周围不应形成闭合磁路。这是由于电流可以在导磁材料中产生涡流和磁滞损耗，从而产生热量。一般情况下，应在所穿越的金属隔板上开切断磁路的防涡流缺口；当额定电流大于1500A时应考虑采用不导磁材料，如不锈钢或硬铝板。5、短路关合高压开关在进行短路关合时，会产生两个问题。（1）在动静触头接近时，空气间隙被击穿产生电弧，电弧能量会烧蚀动静触头，电弧能量越高，则触头烧蚀越厉害，对动静触头的接触影响越严重。电弧热能W正比于I2T。式中，I为短路电流有效值；T为间隙击穿后至动触刀合闸时的间隔时间，和电压等级及关合速度有关系，电压等级越高，击穿间隙越大，T也越大；而关合速度越大，则T越小。（2）如果动触刀的合闸功小于关合阻力功，会引起触头合闸时烧毁或起弧熔焊。为可靠的关合短路电流，要求合闸功大于等于关合阻力功。关合阻力功包括两部分：一是间隙击穿后作用在动触刀上的电动斥力施加的力矩Fc；二是合闸后静触头电动吸力Fx及触头接触压力Fj形成的摩擦力矩。因此，合闸功=0.5mVh2Fclb+(Fx+Fj)flc。式中： m-动触刀运动件归化质量，kg；Vh-动触刀刚合速度；Fc-作用在动触刀上的电动斥力，N；lb-动触刀力臂，m；FD、FK-触头电动吸力和接触压力，N；f-摩擦系数，铜与铜取0.2，加润滑油后可取0.17；lc-动触刀超程，m。 上述两点都要求尽量提高动触刀合闸速度，但合闸速度也不能太高。合闸速度过高时，动能过大，动静触头接触后极易产生弹跳。触头弹跳将造成触头接触不实而出现间隙，产生的电弧也会使触头熔焊。值得注意的是触头弹跳不是只弹跳一次后就能稳稳的与静触头接触牢，而是弹跳多次，其振幅逐渐衰减，若其弹跳频率恰好与机构的固有频率相同时，最容易产生熔焊。6 内部故障电弧高压开关设备的长期运行实践表明，因短路引起开关柜内部故障电弧，将导致开关设备毁坏和操作人员严重伤害，会给电力系统造成重大损失。内部故障电弧产生的原因包括污染、潮气、灰尘或偶然的外物侵入，违反操作规程，防误闭锁功能不健全，断路器开断能力不足、维护不良，误操作，过电压，在电场作用下绝缘物的损坏，互感器铁磁谐振，电缆布置不当而造成绝缘损坏，联结螺钉和触头装配不当等因素（参见GB 3906-2006 8.3条表2）。据统计，因过电压使绝缘破坏的情况最为突出，因此产生内部故障的机率也就相应大一些。当开关柜由于上述原因一旦产生内部故障电弧时，其短路电流非常大，会产生各种物理现象，如：电弧能量会引起严重的内部过电压和局部过热，从而产生热分解物；气体和金属蒸发和绝缘材料燃烧时所产生的有毒气体、电动力和电热效应将会使开关柜和操作运行人员受到严重伤害。由于内部故障电弧发生在极短时间内，电弧产生的热能与外界没有辐射、传导和对流的交换形式，其巨大内能是以高速推进爆炸波的形式向外界传播的。对于同样幅值和持续时间的短路电弧而言，各隔室内出现的最大气压值和隔室容积大小、释压途径长短以及电弧形成和伸展的长度有关。IEC 62271-200规定对于IAC级金属封闭开关设备和控制设备必须评估内部电弧效应，以验证金属封闭开关设备和控制设备处于正常工作位置且内部出现故障电弧时，为正常运行条件的设备附近的人员提供的保护水平。IAC级开关设备和控制设备按设备外壳的考核侧面及可触及性类型、试验短路电流、短路电流持续时间等参数可划分为若干等级。可触及的类型：A类可触及性：仅限于授权的人员；B类可触及性：不受限制的可触及性，包括一般公众。外壳可触及的侧面：F：前面；L：侧面；R：后面。标准命名示例：IAC级：AFLR；内部电弧：31.5kA/1s。此命名表明：金属封闭开关设备内部电弧故障试验的故障电流为31.5kA（有效值），持续时间1s，安装在仅限于操作人员可触及的场所，试验考核柜体的前面、侧面和后面。内部故障电弧的产生，可分为四个阶段：第一阶段为压缩阶段，在最初5ms15ms内温度上升，产生动态压力波。第二阶段为膨胀阶段，即在短暂的5ms15ms内，因燃弧区和周围空气之间有压