CGIS SF6替代解决方案

发布于：2023-02-12 19:19:12 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

SF6气体替代技术-一次配电

一次配电：环保气体绝缘加真空灭弧是大电流、高电压的开关设备的解决方案，真空开断的优势明显。SF6替代技术主要是解决低充气压力下的高电压绝缘问题。

中压环保充气柜采用真空断路器，常压或高压力洁净空气绝缘；

?1. 加大尺寸，显然与CGIS体积小的优点相矛盾，由于都是采用空气绝缘，如果充气压力不是显著增加，无法实现与SF ₆ 相同紧凑型体积。适当的增加柜体尺寸，如40.5kV环保气体绝缘充气柜柜宽增加到900mm，相比于空气绝缘1400/1600mm优势还是明显的。
2. 增加充气压力，相同压力下SF ₆ 的绝缘强度是空气的3~4倍，因此将压缩干燥空气的压力提升3-4倍，可以实现接近SF ₆ 开关柜的绝缘水平。
3. 优化电极形状，所有导电体均采用均压设计，球面结构，电场强度明显减小，但导电件的球面加工成本高，经济性差。相间距相同的情况下，优化圆导体直径可以实现空气间隙电场的最优化，以40.5kV CGIS为例，冲击耐受电压185kV情况下，相间距180mm，圆棒（管）导体不同直径下空气间隙最大场强如下图所示，并不是直径越大越好，也不是电气间隙越大越好，而是通过计算得出最优化的直径，即圆棒直径60mm，也就是空气间净距120mm 时场强最小，安全系数最高。一般来说，空气电场安全强度是3000kV/mm。

4. 采用新型混合气体，虽然2022年12月20日美国3M公司宣布其将在2025年年底以前退出全氟及多氟烷基物质（PFAS）的生产并在其产品系列中停止使用PFAS，即停止生产C4-FN和C5-FK绝缘气体，主要是越来越多的证据表明这两种气体及其开断过程分解物的毒性会限制它们进一步的应用，C4和二氧化碳混合气体g3具有很强的绝缘性能，且C4已实现国产化替代，在CGIS中仅作为绝缘气体，通过严格的气体管控、过程控制也许还有出路。
5. 复合绝缘增强，即采用固体等绝缘材料作为补充绝缘，通过合理的分布绝缘，充分发挥各种绝缘材料的介电性能，实现利用的最大化。圆棒增加一层环氧硫化或浇铸环氧绝缘层可以降低空气间隙的最大电场强度，同样以40.5kV CGIS为例，雷电冲击耐受电压180kV，相间距180mm，铜棒直径60mm，在铜棒表面浇铸介电系数为4的环氧树脂，不同厚度下最大电场强度如下图所示，不是绝缘层越厚越好，可以看出厚度为15mm时空气间隙电场强度最小，安全系数最高。

6. 罐式结构，箱式结构洁净空气升级可实现12kV1250A产品，加强散热措施后可实现最高2500A通流。采用高压力罐式结构，可以在紧凑的尺寸下实现40.5kV绝缘水平，简单散热结构可实现2500A通流；增加壳体尺寸及内部散热结构实现3150A。压铸铝罐体，成型稳定，批量成本低，易回收。承受充气压力大，密封性好，大电流温升低。