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充气柜(气体绝缘开关柜,GIS -Gas Insulated Switchgear)知识介绍分享

2022-11-07 09:38:06 华亿体育

充气柜(气体绝缘开关柜,GIS -Gas Insulated Switchgear)知识介绍分享

充气柜(气体绝缘开关柜,GIS -Gas Insulated Switchgear),顾名思义就是开关主回路系统安装在充满气体的密闭的气箱里,开关主回路系统包括断路器、隔离开关、接地开关、负荷开关、母线等元器件,开关母线通过绝缘套管与柜外相连。出线套管与电缆通过电缆靴固体绝缘密封连接,实现整个全高压回路的全绝缘,由于充有压力气体和带接地屏蔽固体绝缘,因此尺寸紧凑,不受外界大气压、温湿度等环境因素的影响。


长期以来,充气柜沿用高压领域应用的SF6作为绝缘介质,相同压力的SF6气体绝缘强度是空气的3倍,12kV气箱中导体之间以及对地间距只要大于40就能够满足绝缘要求。同时SF6又具有优异的灭弧能力,应用于高压断路器及负荷开关,因此充气环网柜广泛使用,RM6环网柜负荷开关、断路器都是SF6灭弧,尺寸紧凑。由于SF6是国际公认破坏大气环境的六种气体之一,其温室效应指数全球变暖潜力值GWP是23500,排放1吨SF6相当于排放23500吨的二氧化碳,其破坏程度可想而知。


因此就必须选择SF6替代气体来用于充气柜,选择的气体从天然气体到人工合成气体,对于12kV的产品,通过优化电场,充入一定压力的干燥空气/氮气就可以替代。或者固体绝缘来补偿气体绝缘不足的部分,实现替代。40.5kV充气柜选择SF6+N2或C4/C5+CO2混合气体来实现替代。


与充气柜对应的是空气柜(空气绝缘开关柜, AIS -Air Insulated Switchgear),空气就是我们每天都离不开、都需要的周围的空气,依靠空气绝缘,意味着开关及带电主回路都与空气直接接触,依靠空气的绝缘强度,保持足够的空气间隙实现绝缘,如12kV空气绝缘净距要大于等于125mm,40.5kV要大于等于300mm等,这样开关柜的尺寸就比较大,简单的说交流开关柜有A、B、C三相,每相导体有一定的宽度,根据电流决定,如1250A采用80mm宽的铜排,这样12kV空气绝缘1250A开关柜的宽度就需要大于等于 125+80+125+80+125+80+125=660mm,因此一般AIS 1250A的宽度是800mm,相间距是210mm,可以算出相间净距 210-80=130>125mm,而距地间距是(800-210*2)/2-40=150mm,侧面留有一定空间用于安装其它金属线槽,机械联锁等可能影响净距的结构。

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那么问题来了,充干燥空气的充气柜和空气柜都是使用空气,气体是一样的吗?那么优点在哪里呢? 首先,充气柜使用的是干燥空气密封在气箱内,即含水率很低,不会对导电回路造成影响,而空气柜导体与大气直接接触,空气中湿度大,长期运行会降低绝缘件绝缘强度,加速老化;


组成 20%氧气O2/80%氮气N2混合物

特性 无色、无味、无害、不易燃、无毒、无反应

异物纯度 ≤ 1 ppm

水分含量 ≤ 5 ppm H2O

混合容差 ≤ 1.5 %

CAS-编号7782-44-7


其次,一定压力的空气绝缘强度比大气中的绝缘强度有所提高,虽然压力要增加到3倍以上才能达到SF6水平,即如果绝对压力达到0.22MPa以上,可以达到替换,一般微正压增长不大。

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第三,还是充气柜不受环境影响,没有污秽,动物入侵等,因此可以长期稳定运行,众所周知,爬电比距是与污秽程度对应,绝缘件在干燥洁净空气中,其爬电比距可以很小,采用板型支撑也是可以满足绝缘的,而在空气柜中则必须增加伞裙。


第四,通过圆棒型母线,均匀电场纵向布置,空气间距大于等于90则完全可以满足75kV冲击耐压要求,加之固体绝缘/复合绝缘实现了小型化,体积增加不大,纵向布置宽度影响不大,气箱宽度420mm,高度、深度增加约1/3就可以实现环网柜/小电流柜的SF6替代,简单计算即可以证明这一点。

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因此干燥空气绝缘+真空灭弧是现阶段低电压经济简单的替代方案,高电压大电流虽然外形尺寸比空气柜优势不大,但安全可靠、寿命长、免维护的特点还是有利于可持续发展的。








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