王宏业
作者简介：无锡市凯立电器有限公司工程师，教授级高工，从事高低压开关设计、制造工作。
摘要：研制开发不用或少用六氟化硫气体的高压开关设备，不仅是企业的责任，更是企业家的良心。真空开关技术成熟，使用安全可靠。在绝缘灭弧性能与六氟化硫气体相当的绿色环保气体研制成功之前，在开断高电压大电流的半导体开关设备未完善之前，真空开关是的选择。采用全固体绝缘使真空开关小型化，全工况使用，免维护。
关键词：温室气体，真空开关，固体绝缘
0 引言
同世界各国一样，我国10千伏开关设备走过了一条从油开关(多油开关)到少油开关再到真空开关，六氟化硫开关的发展之路。近10多年来ABB公司、施耐德公司凭借其国际大公司的品牌的优势率先将其10千伏六氟化硫负荷开关，负荷开关-熔断器组合电器产品打入中国市场。由于此类产品采用三相共箱结构，内充六氟化硫气体灭弧和绝缘.体积较小，结构简单，价格低廉。国内厂家竞相跟进，同类产品纷纷进入市场。在10千伏开闭站，电缆分接箱，箱式变电站，住宅小区和楼宇变站等场合的使用中占据了垄断地位。
但是近年来，科学研究结果证明，温室气体的大量排放是造成全球变暖，气候异常的重要原因。六氟化硫气体分子地球温暖化系数是二氧化碳气体分子地球温暖化系数的24000～26000倍。六氟化硫气体分子既不能化学降解，也不能光学降解，在大气中其寿命为3400年。对大气污染造成累积效应。据测算大气中六氟化硫的含量每年递增百分之八。其对人类生存环境的影响将达数百代。其危害性远远大于二氧化碳气体。所以在《京都议定书》中明确规定六氟化硫气体是六种温室气体之一。我国在1998年颁布并实施的《危险废物名录》也将六氟化硫气体列入危险废物名单。
据统计我国十千伏电力设备每年消耗的六氟化硫气体超过4500吨，相当于1.2亿吨二氧化碳气体排放。
六氟化硫气体不仅是温室气体，而且在电弧，火花放电，电晕放电的作用下能分解和离游SF4,SF2,S2,F2等多种有害产物。
六氟化硫气体的密度是空气的五倍。如果六氟化硫电气设备发生泄漏，夹杂有剧毒氟化物的六氟化硫气体会沉积于底部，由于该气体无色，无味，运行和检修人员不易察觉，容易造成人员伤亡。
10千伏电气设备量大面广，使用分散。设备检修和设备寿命期后，六氟化硫气体很难回收。即便使用专用回收设备回收，过程很复杂，费用也很高。终废气的处理更是一个难题。
从京都，哥本哈根到德班，低碳减排已成为全世界关注的焦点。还地球绿水，青山，蓝天，还人类一个舒适的生存环境，给子孙后代留下一个赖以生存和可持续发展的地球已成为一个迫在眉睫的问题。 综上原因，用六氟化硫气体作为灭弧及绝缘介质的中压开关设备，市场由盛而衰，直至完全退出市场是必然的。作为一个高压开关制造厂商研制开发不用或少用六氟化硫气体的高压开关设备，不仅是企业的责任，更是企业家的良心。当然，毋庸讳言，一个符合产业政策，代表发展方向，具有良好社会效益的好产品，也必将获得丰厚的经济效益。基于上述认识本公司开发研制了固体绝缘真空开关柜系列产品。
1 真空开关的优点
上世纪初人们开始了对真空电弧的研究。百年来真空电弧理论和技术日臻完善和成熟。以真空灭弧室为核心部件的真空断路器，真空负荷开关产品在各领域的使用至今已有四十多年的历史了。真空开关技术成熟，使用安全可靠，已是各领域广大用户的共识。
目前，国际国内真空灭弧室生产厂商又推出三工位的隔离—接地开关管，四工位的开断—隔离—接地开关管，接地开关管。为取消作为开断灭弧，断口绝缘介质的六氟化硫气体提供了新的途径。
真空开关与六氟化硫开关比较有如下优点：
(1) 在真空灭弧室内开断电弧，无爆炸危险，无有害介质产生，符合绿色环保要求。
(2) 使用寿命常，开端次数多，适合频繁操作。
(3) 电气特性与六氟化硫开关相当，个别性能优于六氟化硫开关。
(4) 维护费用低，整个寿命期内的成本低于六氟化硫开关。
(5) 制造真空开关的材料寿命期后可以全部回收再利用，报废处理过程无需采取措施，对环境无污染，对人员无伤害。
因此在中压领域淘汰六氟化硫开关设备后，在绝缘灭弧性能与六氟化硫气体相当的绿色环保气体研制成功之前，在开断高电压大电流的半导体开关设备未完善之前，真空开关是的选择。
2 采用全固体绝缘使真空开关小型化，全工况使用，免维护
六氟化硫气体具有的灭弧及绝缘性能。六氟化硫开关设备(三项共箱的负荷开关，断路器，整体充气的组合电器)体积小巧，结构简单，这是采用空气绝缘，固体-空气混合绝缘的传统真空开关所无法比及的。除了价格低廉，这也是六氟化硫开关设备在中压领域占重要地位的主要原因。真空开关设备要想取而代之必须要小型化。在性能相同(相当)的情况下体积与六氟化硫开关相当或者更小，目前大体有三种技术手段在采用。
2.1 充气柜
用真空灭弧室作开关开断灭弧元件，将真空灭弧室和其他一次电气元件全部封装在金属壳体中，壳体内充以一定压力的清洁干燥的氮气(或者空气)。氮气作为绝缘介质了开关设备的绝缘性能。这就是所谓的绿色环保充气柜。但是，无论是干燥空气还是氮气其绝缘强度仅是六氟化硫气体的三分之一，为绝缘可靠要相应增大相间，相地距离，沿面爬距，柜体几何尺寸要比六氟化硫气体柜大许多。当然，加大气体压力可以增加绝缘强度，但相应带来柜体密封和强度问题，同时，一旦泄露，气体压力下降，绝缘强度急剧下降，可能引发重大事故。
2.2 全固体绝缘柜
用真空灭弧室作开关开断灭弧元件，用隔离—接地开关管作隔离断口，接地断口绝缘。将两只开关管及一次导电回路固封在环氧树脂壳体中(俗称双黄蛋)组成开关的一相，三只筒体并列固定在支座上组成开关本体，配装操动机构及相关功能部件组成完整的开关。这种结构优点是断口全在真空中，一次带电体完全不受外部环境影响。缺点是看不到隔离断口，不符合用户的使用习惯。
2.3 固体—充干燥空气或氮气混合绝缘柜
用真空灭弧室作开关开断灭弧元件，采用传统的隔离—接地开关。隔离断口，接地断口采用密封干燥空气或氮气绝缘。真空灭弧室和一次导电回路固封在全密封的带有观察窗的环氧树脂壳体中，组成开关的一相，三只筒体并列固定在支座上组成开关本体，配装操动机构及相关部件组完整的开关。。这种结构优点是开关断口在真空中，隔离断口，接地断口在密封的干燥气体中，一次带电体固封在环氧树脂中。完全不受外部环境影响。而且隔离断口真实可见，符合用户的使用习惯。提高了设备运行的安全性。
3 凯立固体绝缘真空开关柜系列产品的特点
在系统调研，充分论证的基础上，本着取百家之长，走创新之路的原则，经过两年努力研制出GXGN—12固体绝缘真空开关柜系列产品。具有多项知识产权技术的系列固体—充气混合绝缘产品，包括断路器，负荷开关，负荷开关—熔断器组合电器柜，计量柜，PT柜，母联柜等已通过型式实验，省部级鉴定。并获多项科技成果奖。产品一问世便获得业内人士的关注和好评。
与国内同类产品比，凯立产品有如下特点：
(1) 环氧树脂具有优良的电气性能，机械性能，热的特性，很早用于电器设备，取得了良好的业绩。开关筒体，熔断器筒体采用环氧树脂APG工艺成型。绝缘筒体是固体绝缘开关的关键部件，它既是绝缘件又是承力件。要求同时满足耐热，耐候，抗开裂，机械强度高，绝缘强度好等技术要求。筒体体积硕大，嵌件多，形状复杂，制造是有一定难度的。凯立电器具有多年设计，制造绝缘件的经验，从筒体设计，材料配方，工艺流程多方努力了该部件优质批量生产。根据用户要求，可以提供外屏蔽接地可以触摸的筒体。
(2) 单体柜结构，采用专业电缆附件厂商生产的通用绝缘母线，电缆插拔头。开关柜可现场组合，随意扩展，避免了多组组合柜带来的运输，安装的不便。当然，如果用户要求也可提供组合柜。
(3) 清晰可见真实隔离断口。
(4) 开关可配装弹簧，永磁两种操动机构，方便用户选择。
(5) 全系列产品统一设计，提供用户需要的多种柜型(断路器，负荷开关，负荷开关—熔断器组合电器，计量，PT,母线，母联等)，而且外形几何尺寸完全一致。
(6) 开关筒体和隔离开关操动机构箱采用动静密封结构形成密封腔体，内充零表压干燥氮气，与外部环境完全隔离。开关柜全工况使用。
(7) 开关柜留有智能化接口和传感器安装位置，配置智能化设备后可以满足智能电网的要求。
(8) 负荷开关—熔断器组合电器的辅助接地开关采用真空开关管固封在熔断器筒体中。解决了油绝缘的辅助接地不安全的问题。
(9) 熔断器筒体与开关筒体采用柔性H形双通电缆头(知识产权产品)连接，确保无应力电气连接和绝缘可靠。
第二系列全固封(双黄蛋结构)固体绝缘真空开关柜正在研制中，可见断口问题也在解决之中。40.5千伏，1250A产品也在考虑之中。
4 结论
(1) 目前国内已有几家生产固体柜的厂商，正在研制和有研制意向的企业更如雨后春笋不胜枚举。但是尚未见到相关标准，各企业只能按企业标准设计生产，建议相关部门尽快编制标准，以便有所遵循。
(2) 固体柜是一项新产品，新技术。有很多新技术，新工艺，新材料，新的配套元件需要研究和解决。希望相关部门组织协调相关企业和技术人员通力合作，共同攻关。搭建多种形式的交流平台，以便企业互相交流，共同提高。
(3) 目前国内已有的几型固体柜均是各企业自主研发的知识产权产品。是企业领导和全体员工辛勤劳动的结晶。是企业的名片。虽然结构形式各有千秋，优劣各有所长，但总体水平和国外知名公司同类产品比应该是相当或相近的，这是转变企业发展模式取得的丰硕成果。希望有关部门在资金流向和市场准入等方面给予大力扶持，细心呵护，使这些民族品牌的产品不断完善，在国内立得住，在国际上叫得响。
(4) ，固体柜是一个新产品，新技术，是我们共同的财富。让我们摒弃同行是冤家的旧观念，抛弃以邻为壑的旧做法，在竞争中合作，互相交流，共同提高。把精力放在产品质量的提高上，把心事放在国际，国内市场的开发上。防止靠偷工减料，以次充好，假冒伪劣牺牲产品质量杀价竞争的局面出现。凯立电器愿与业内有识之士共同开发，共享成果。
据了解，电网公司计划到2015年新建和改造项目中固体绝缘开关柜的使用量不低于新增总量的25%，这将是电力设备生产厂家的机遇和福音，凯立电器预加大市场开发力度，与各地供电公司和电力电器协会加强交流和沟通，为中国电器设备的发展贡献力量。
