歐洲和亞洲等市場上可用的中壓開關(guān)柜是根據(jù)國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)制造的。然而，這些開關(guān)柜都是后部電纜連接，因此很難安裝和維修此類設(shè)備。此外這種開關(guān)設(shè)備采用了安裝在后部的“環(huán)氧支柱型”電流互感器，如果出現(xiàn)故障，使其無法在現(xiàn)場進行更換。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，隔間之間不需要設(shè)置完全屏蔽，因此通過隔室間通風(fēng)，斷路器的冷卻要容易得多。
電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)適用于北美市場的中壓金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備需要滿足嚴(yán)格的要求，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)（UL測試是為了滿足這一標(biāo)準(zhǔn)），斷路器在開關(guān)設(shè)備內(nèi)部進行測試，降溫非常有限，因此限制溫升成為一個主要挑戰(zhàn)。如果不進行任何更改以充分對斷路器降溫，為符合北美標(biāo)準(zhǔn)，采用IEC設(shè)計的開關(guān)柜不得不大幅降低額容使用。
此外，IEEE/ANSI設(shè)計的設(shè)備要求母線絕緣，這使得更難對使用斷路器的開關(guān)設(shè)備的某些隔間中的臨界載流母線降溫?；蛘?，必須采用昂貴的散熱器來限制溫度上升。在緊湊的空間中，增加散熱器是一項艱巨的任務(wù)，并對通過所需的雷電沖擊耐受電壓提出了重大挑戰(zhàn)。
散熱器的形狀可能對空間限制構(gòu)成威脅，因為散熱器的尖銳邊緣將需要大的電氣間距和爬電距離。緊湊型開關(guān)設(shè)備還限制了相間和相間接地之間的空間，這對在95 kV下通過所需的雷電沖擊測試提出了重大挑戰(zhàn)。
真空斷路器技術(shù)的最新進展提高了真空斷路器的性能和可靠性。新型真空滅弧室采用了更好的接觸材料，如鉻銅，并使用軸向磁場（AMF）或徑向磁場（RMF）場接觸系統(tǒng)。此外，這些斷路器是永磁驅(qū)動的（帶有螺線管），包括存儲操作能量的內(nèi)置電容器和電子跳閘裝置。與機械（彈簧）操作的斷路器相比，這些斷路器的移動部件更少，并且在增強的生命周期（酷刑）測試和世界各地的安裝中被證明更加可靠。ABB VM1和Eaton VCP-TL就是這種永磁驅(qū)動斷路器的例子。這些斷路器設(shè)計用于在沒有故障的情況下執(zhí)行100000次操作，因為移動部件的數(shù)量要少得多。
這些斷路器看起來幾乎像低壓斷路器，如果滿足ANSI/UL的設(shè)計挑戰(zhàn)，15 kV金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備的占地面積將比處理同等功率的低壓開關(guān)設(shè)備低約25%。這種中壓開關(guān)設(shè)備的可靠性也會高得多。這樣的產(chǎn)品將為關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)中心、海事和其他應(yīng)用節(jié)省大量空間。
在設(shè)計新型金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備時，考慮了以下參數(shù)：
*完全柜前操作、安裝、維修
*目標(biāo)尺寸1200A：24英寸(609.6mm)寬x 60英寸(1524mm)
深x 96英寸(2438mm)高*耐電弧，2A級
*紅外觀察端口和觀察窗口
*前部可接近600V CT和前部連接電纜
*抽出式斷路器、PT和CPT
*母線全絕緣
*根據(jù)ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)UL和cUL列表（金屬鎧裝和抗電?。?/span>
緊湊的尺寸帶來了巨大的設(shè)計挑戰(zhàn)，以適應(yīng)相互沖突的需求。例如，95 kV的雷電沖擊測試需要更大的相間和相間間距，而緊湊的設(shè)計是不允許的。此外，在額定電流下提供足夠的冷卻需要更大的空間和更好的空氣循環(huán)，這在緊湊的設(shè)計中是不可能的。開關(guān)設(shè)備必須滿足電弧測試要求，這說明開關(guān)設(shè)備在電弧排出方面是有效的，這一事實增加了設(shè)計挑戰(zhàn)。
根據(jù)經(jīng)驗，我們很清楚，廣泛的模擬將是為這樣一個多維優(yōu)化問題找到合適解決方案的最佳方法。IEM對以下內(nèi)容進行了廣泛的數(shù)學(xué)分析：
（1）開關(guān)設(shè)備的熱特性，以研究額定電流下的溫升和熱點；
（2）短路等故障條件下開關(guān)設(shè)備的電磁力分析；
（3）雷電沖擊試驗期間的介電分析；
（4）分析電弧和氣體的傳播，以及在電弧故障期間在各種開關(guān)設(shè)備隔間中產(chǎn)生的壓力。
這種廣泛模擬的好處使我們能夠定義初始解決方案，然后用于構(gòu)建用于測試的原型單元。如果沒有廣泛分析的好處，解決方案將需要通過試錯進行廣泛的測試，需要大量的樣本和非常昂貴的測試成本。說明，該產(chǎn)品在滿足IEEE C37.20.2標(biāo)準(zhǔn)要求的全絕緣母線、溫升標(biāo)準(zhǔn)低10k、隔室間完全隔絕、內(nèi)部電弧2A、材料表面處理等要求的情況下，摒棄美國傳統(tǒng)36英寸寬雙層斷路器設(shè)計，24英寸緊湊型單層，具有柜前安裝維護、彈簧機構(gòu)斷路器、保留美標(biāo)甜甜圈電流互感器觸頭盒安裝、紅外觀察窗等設(shè)計。
這種友好型、新型開關(guān)設(shè)備，同時滿足GB/IEC/UL標(biāo)準(zhǔn)，適用世界各地不同需求，根據(jù)項目需要安裝不同類型的互感器，母線側(cè)互感器，可以根據(jù)需求安裝IEC62271-102標(biāo)準(zhǔn)接地開關(guān)，或者ANSI IEEE C37.20.6標(biāo)準(zhǔn)接地測試G&T手車。
來源：會說電氣
