40.5kV 环保气体绝缘开关柜

当前环保气体C-GIS正在大力发展，通过环保气体绝缘加真空灭弧方案已日趋成熟，但绝大多数厂家集中在12/24kV的产品上，40.5kV环保气体的成熟产品并不多，12/24kV因为绝缘水平较低， 在保持原有设计或适当加大电气间隙、增加固体绝缘就可以满足绝缘要求，而40.5kV的绝缘要求较高，由于SF6的绝缘强度为同一压力下氮气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，在均匀电场中的击穿强度为空气的2.3倍，因此保持原来SF ₆ 绝缘C-GIS开关柜结构尺寸，只是替换气体达到绝缘要求难度非常大。

从上表可以看出，主要有以下技术路线

1. 增加开关柜尺寸

2. 增加充气压力

3. 采用高绝缘强度混合气体，如C4、C5、C6等

下面逐一介绍，第一是增加宽度、深度尺寸：由于SF6击穿强度是干燥空气的2.3倍，600mm宽开关柜一般相间距170mm，1250A三工位开关的最外圈直径大约90mm，简单来说，意味着相间电气间隙由SF6的80mm增加到184mm, 相间距也将达到275mm，开关柜的宽度将超过1000mm，比较空气绝缘开关柜1200mm的宽度没有优势；即使内部都采用均匀电场设计，全部采用○球面，以保证在小的电气间隙下，在绝缘强度减弱的情况下，依然满足绝缘要求，这种设计机加工成本高，经济性差，而且不能保证和SF6充气柜相同的尺寸，也需要放大相间及对地距离，增加开关柜尺寸；

第二种设计是增加充气压力，干燥空气增加压力至SF6绝缘压力的3倍左右，即可满足绝缘要求，来自美国和欧洲的研究表明，干燥空气将成为中压的主要绝缘介质。但绝对压力增加到0.28Mpa，国内客户很难接受. Nuventura 就是采用这一技术。

还有办法就是采用固体绝缘作为辅助绝缘，由于纯N2 绝缘强度较低，要获得与SF6 气体相当的绝缘强度，需要将N2 的压力提高至SF6 的3~4 倍。为解决N2 和压缩空气绝缘强度较低的问题，国内很多公司采用在压缩干燥空气加固体复合绝缘技术来提升绝缘特性，采取恰当的绝缘材料对高电场区域的电极表面进行包覆能有效提高其耐电强度，有利于电力设备的小型化设计；但采用环氧固体绝缘方式需要增加成本，增大局部放电值等，国外厂家更加倾向于不采用固体绝缘，裸导体+增加干燥空气压力的方式来实现干燥空气绝缘的环保充气柜解决方案。

第三是采用高绝缘强度新型混合气体外，如C4和CO2的混合气体g3，10%的C4和90%的CO ₂ 混合气体绝缘强度达到SF ₆ 的88%，基本上不用较大更改开关柜尺寸，即可满足绝缘要求，但C4仍然是温室效应气体，10%的C4和90%的CO ₂ 混合气体的GWP是792，还是不能满足环保要求； C5的GWP是1，Airplus 是C5(3M5110)和CO2的混合气体，GWP是0.5，真正实现环保充气柜，但气体成本较高。

ABB ZX2 Airplus 就是40.5kV采用C5混合气体取代SF6气体，内部导电回路基本保持不变，实现快速更换，还可以对现有设备升级成环保气体开关柜。