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中压充气式环网开关柜设计及制造

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1、概述

1.1 充气柜简介

中压金属封闭开关设备有两种绝缘方式，一种使用空气绝缘，另一种采用压缩气体绝缘。前一种出现较早，用量大，国内一般称作开关柜，后一种习惯称做充气柜。

所谓充气柜即将高压元件（如断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关、互感器、母线等等）密封在充有较低压力的压缩气体（如压缩空气、SF6、N2等等）的封闭的壳体内的一种金属封闭开关设备。

1.2 充气柜分类

按绝缘方式可分为压缩空气式、SF6式、N2式或SF6与N2混合式，其中SF6绝缘方式用得最多。

按配用高压元件来分可分为负荷开关型、负荷开关+熔断器组合电器型、断路器型。

按壳体材料充气柜有两种：一种为铝筒式；另一为钢板式。如西门子公司的8DA10/8DB10型为铝筒式，8DC11型为钢板式。

2、充气柜发展史

继普通空气绝缘开关柜之后，1982年Siemens公司率先开发出 SF6绝缘断路器柜。之后各大知名公司相继推出自己的产品，如ABB的Safe系列（见图1）、施耐德RM6、ALSTOM的FB系列产品。

图1 ABB之Safe开关柜结构图
1 吊环；2 电显；3 短路接地故障指示器；4 压力表；5 铭牌；6 模拟线路图；
7 继电器；8 熔断指示；9 挂锁装置；10 电缆室；11 RTU安装室；12 Ronis锁；
13 断路器操作空；14 负荷开关操作孔；15 接地开关操作孔；
16 隔离开关操作孔；17 分闸暗钮；18 合闸按钮；19 熔断器室。

3、充气柜现状

从国外来看充气柜发展相当快，制造厂家相当多，而且应用比较广泛，已有相当多的产品进入国内；而我国在充气柜行业发展较晚，据我国高压开关行业协会统计，我国2001年的充气柜产量为零，从2002年开始起步，2002年有两制造厂家设计、制造了产品进行了产品的型式试验。

4、充气柜优势

充气柜与一般的空气绝缘柜相比拥有众多的优势。

首先由于采用性能优异的压缩气体，大大提高了绝缘性能，压缩气体绝缘性能为空气的2∽3倍，并且随着电压等级的升高，优势更加明显。由于此优点便于设计较小的柜体尺寸，有利于向小型化发展；

其次由于采用性能优异的压缩气体，有时还能提高灭弧性能；

再次由于采用气密式结构，应此不受外界的环境（如凝露、污秽、小动物及化学物质等等）的影响，可用于恶劣的场所。如2002年德国易北河泛滥，充气柜部分被淹，却很快恢复供电。这充分证明了充气柜不受恶劣环境影响的特点。

最后由于采用免维护产品结构，大大降低了维修工作，减少了维修的费用。

5、对充气柜设计及制造的要求

对于充气柜的制造需要考虑很多方面，其中最重要的是焊接与密封。现列举如下：

5.1 外壳设计及检验要求

外壳需按中华人民共和国国家劳动总局1981年颁发的《压力容器安全监察规程》和按设备投产后不能复查的条件进行设计、制造，以确保材料、结构、焊接工艺及检验等的安全可靠性。

(1) 外壳的设计温度

在额定运行条件下外壳可能达到的最高温度。户内通常为环境温度的上限加上流过额定电流所造成的外壳温升。户外还应考虑日照和使用地点的环境条件的影响。

(2) 外壳的设计压力

用来确定外壳厚度的压力。它至少等于内部故障时气体释放前的压力。

(3) 对外壳和部件强度，无论是否通过计算确定，均应进行规定的试验。

(4) 对焊接外壳的焊缝，除无法探伤部位外，应按规定进行无损探伤检查；关键部位焊缝及两种材料拼焊的焊缝应全部进行探伤；其它应探焊缝长度不少于其对接焊缝总长度的20%。

5.2 焊接要求

壳体的焊接质量要求严格，可采用激光焊或氩弧焊，焊完一点要进行检查。对焊接外壳的焊缝，除无法探伤部位外，应按以下规定进行无损探伤检查。

(1) 关键部位焊缝以及两种材料拼焊的焊缝需全部进行摊上；

(2) 其它焊缝探伤长度不少与其对接焊缝总长度的20%。

5.3 密封要求

外壳要求高度密封。对于动静密封采用相应的密封方法，可采用橡胶圈密封。

5.4 联锁与闭锁

安装在主回路中的采用确保维修工作的隔离间隙的设备应有闭锁装置(例如机械挂锁或电气闭锁预防闭合)；
接地开关无重开的危险；
短路关合能力低于回路额定峰值耐受电流的接地开关与相连接的隔离开关联锁；
短路关合能力低于耐受额定峰值电流的开关或开断能力低于额定峰值正常电流的隔离开关，应与相配的断路器联锁，以防止断路器处于合闸位置时开关或隔离开关的合闸或分闸；
当气体密度降至接近最小运行密度是发出报警信号，及可加低气压报警装置实现闭锁。
此外对于附加的或供选择联锁的规定，应遵照供需双方的协议，供方应提供所有必要的联锁性能与作用的资料。

5.5 接地要求

(1) 主回路接地

为了保证维修工作的安全，主回路应能接地。另外，在外壳打开以后的维修期间，应能将主回路连接到接地极。

(2) 外壳接地

外壳应能接地。凡不属于主回路或辅助回路的预定要接地的所有金属部分都应接地。外壳、框架等件的相互电气连接应采用紧固连接(如螺栓连接或焊接)，以保证电气上连通。

5.6 压力释放装置要求

(1) 压力释放装置的两种形式

以开启压力和闭合压力表示其特征的压力释放阀；
不能再闭合的压力释放装置，如防爆片。
(2) 限制最大充气压力和压力释放阀

在外壳和压缩气体源固定连接时，如不能依靠所使用的压力调节装置来防止过压力，应装设足够尺寸的压力释放阀，以防止外壳内压力超过设计压力的110%。

当外壳和气源不是固定连接时，应在充气管路上装设压力释放阀，以防外壳充气时气压超过设计压力的110%。此阀亦可装在外壳本体上。

一旦压力释放阀动作，在压力降低到设计压力的75%以前应重新关闭。

应尽量使用具有温度补偿的压力计，否则要考虑到压力与温度的关系。

(3) 在内部故障情况下限制压力升高的压力释放装置

由于内部故障而产生电弧以后，损坏的外壳要更换，故压力释放装置仅用于限制电弧对外部的影响。

注：1.当内部故障使外壳产生畸变时，应检查相邻外壳的变形；
2.在采用防爆片来释放压力时，与外壳设计压力的配合还应考虑防止偶然爆破的可能性；
3.如供方与需方达成协议，也可不装压力释放装置。

5.7 套管的要求

套管的额定绝缘水平应遵照IEC137出版物《交流电压高于1000V的套管》的有关规定。爬电比距应符合GB5582—85《高压电力设备外绝缘污秽等级》的规定。

以上为在设计及制造充气柜中应重点考虑的地方，此外还应考虑附件及其它因素。

6、结束语

综上所述充气柜拥有较好的发展前景，应加大研究力度，广泛推广使用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/6/2006)


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