針對(duì)低壓開(kāi)關(guān)柜中絕緣材料如何設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了闡述。從低壓開(kāi)關(guān)柜與絕緣材料密切相關(guān)的幾個(gè)重要性能出發(fā)進(jìn)行分析，首先介紹耐壓性能對(duì)絕緣材料選擇的影響，比如絕緣電壓、暫時(shí)過(guò)電壓、瞬態(tài)過(guò)電壓等；其次介紹耐熱性能對(duì)絕緣材料選擇的影響，比如長(zhǎng)期耐熱溫度、短時(shí)耐熱溫度等；最后介紹電動(dòng)力、原材料類型、加工工藝性、環(huán)保要求等對(duì)絕緣材料設(shè)計(jì)選型的影響。

低壓開(kāi)關(guān)柜廣泛應(yīng)用于配電、照明和電機(jī)控制等電能轉(zhuǎn)換和控制場(chǎng)合，影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活的各個(gè)方面。低壓開(kāi)關(guān)柜里安裝了許多電氣元件和發(fā)熱零部件（例如銅母線、絕緣導(dǎo)線等），為防止過(guò)壓或過(guò)熱引起的停電、停工甚至傷人、火災(zāi)等事故，除了選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良的電氣元件外，低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的原材料選擇至關(guān)重要。優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅會(huì)充分考慮所有內(nèi)裝元器件和所有載流部件的散熱、強(qiáng)度、絕緣、各種防護(hù)、耐壓等性能，還會(huì)充分考慮機(jī)械應(yīng)力、電氣應(yīng)力、熱應(yīng)力和環(huán)境壓力等因素造成的不利影響，從而保障低壓開(kāi)關(guān)柜安全可靠運(yùn)行。

此外，絕緣材料的設(shè)計(jì)選型也與低壓開(kāi)關(guān)柜的性能密切相關(guān)，本文將對(duì)此進(jìn)行闡述，并結(jié)合應(yīng)用案例進(jìn)行分析，希望能給同行帶來(lái)一些啟發(fā)。

1 耐壓性能的要求對(duì)

絕緣材料選擇的影響

電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，在正常使用條件下承受的是工作電壓，由于系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定性以及系統(tǒng)外部的影響，電氣設(shè)備還會(huì)承受各種過(guò)電壓，例如暫時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓等，如果電壓過(guò)高，就有可能造成絕緣材料的擊穿。因此，電氣設(shè)備需要具備耐受上述各種電壓的能力。

通常，設(shè)備的絕緣電壓應(yīng)等于或大于所在系統(tǒng)的工作電壓。絕緣電壓是選擇工頻耐受電壓和爬電距離要參考的電壓值。施加工頻耐受電壓可以衡量電路耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力，施加沖擊耐受電壓可以衡量其耐受瞬態(tài)過(guò)電壓的能力。

在低壓系統(tǒng)中，常見(jiàn)的工作電壓為400 V，A、B、C三相，當(dāng)過(guò)電壓類別為Ⅳ類（即電源進(jìn)線點(diǎn)水平）時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定沖擊耐受電壓為6 kV。A、B、C三相母線系統(tǒng)通常選擇銅排，由絕緣件支撐，如圖1所示。圖中灰色表示絕緣支撐件，紅色表示導(dǎo)體——銅排。a為電氣間隙（即兩個(gè)導(dǎo)體之間的最短直線距離），b為爬電距離（即兩個(gè)導(dǎo)體之間沿絕緣材料表面的最短距離）。任何情況下，爬電距離都不應(yīng)小于相應(yīng)的最小電氣間隙，即b≥a。

最小電氣間隙由所在系統(tǒng)的額定沖擊耐受電壓決定。比如，當(dāng)額定沖擊耐受電壓為6 kV時(shí)，電氣間隙最小為5.5 mm，即a≥5.5 mm。低壓開(kāi)關(guān)柜的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》（GB/T 7251.1—2013）的10.9.3.5條規(guī)定，如果電氣間隙達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小電氣間隙的1.5倍，則可以免除沖擊耐受電壓試驗(yàn)，只需用測(cè)量的方法進(jìn)行電氣間隙的驗(yàn)證即可。

最小爬電距離由額定絕緣電壓、環(huán)境污染等級(jí)和材料組別三者共同確定。例如，在額定絕緣電壓為690 V、環(huán)境污染等級(jí)為3、材料組別為Ⅱ的條件下，最小爬電距離為9 mm；而材料組別為Ⅲa的條件下，最小爬電距離為10 mm。由此可以看出，材料組別越高，需要的最小爬電距離越小，結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得越緊湊。

材料組別分類如表1所示[1]。

注：CTI是相比電痕化指數(shù)的英文名稱第一個(gè)字母的縮寫(xiě)，是固體絕緣材料能經(jīng)受住50滴規(guī)定的試驗(yàn)溶液而不出現(xiàn)電痕化的最大電壓值，單位為伏特[1]。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，A、B、C三相導(dǎo)體間要保持一定的電氣間隙和爬電距離，否則會(huì)被擊穿，造成短路甚至火災(zāi)等事故。因?yàn)殡姎忾g隙a最小要求為5.5 mm，爬電距離b最小要求為9 mm（假設(shè)選擇材料組別為Ⅱ）。為了同時(shí)滿足最小a和最小b的要求，要么將電氣間隙放大到9 mm，要么將灰色的絕緣材料的表面由平面設(shè)計(jì)改為凸起表面設(shè)計(jì)，以增加爬電距離到9 mm，如圖2（b）所示，藍(lán)色部分相加為爬電距離。如果選擇電氣間隙≥1.5×5.5=8.25 mm，那么就可以免做沖擊耐受電壓的試驗(yàn)。因此，選擇電氣間隙≥9 mm，則同時(shí)可以滿足最小爬電距離的要求，還可以免做沖擊耐受電壓的試驗(yàn)。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要從整體出發(fā)多方權(quán)衡到底選擇多大尺寸。