户内中压真空开关装置的分类及主要用途

随着国内外多年真空技术的进步和产品设计、研究的持续发展，户内中压真空开关装置现已成为涵盖不同结构、适宜多种用途、规格齐全的大类成套产品。从不同的角度分析，现行真空开关装置大致可分为以下几种柜型：按主绝缘介质的种类分，有空气绝缘开关柜（AIS）、气体绝缘开关柜（GIS）和固体绝缘开关柜（SIS）；按用途分，有断路器柜、接触器柜、发电机柜；环网柜和负荷开关柜；按安装场所分，有陆用、船用、高原型；户内、户外型；按断路器在开关柜内的安装方式分，有固定（式）柜和可移开（式）柜。

1.空气绝缘开关柜

空气绝缘开关柜是最普通常见、用途极广的配电和控制装置，各种功能柜如真空断路器柜、真空发电机柜和真空接触器柜一般都采用空气为主绝缘的结构。空气介质具有绝缘自恢复性、容易维修、制造成本低等优点，但限于空气的绝缘强度，柜体尺寸大，还易受环境因素如潮气、凝露、海拔高度的影响，必须采取一定的辅助措施以提高运行的可靠性。在一般的气候条件和海拔高度不超过1000m的场所优先选用这类真空开关装置可取得很好的技术、经济效果。

2.气体绝缘开关柜

气体绝缘开关柜现已习惯称为中压GIS，是一类将真空断路器、隔离开关与接地开关等高压部件，有的还将母线、电流互感器一同封闭在金属隔室内的成套开关装置，室内充以微正压SF6气体作为主绝缘，压力一般在0.02～0.05MPa。由于SF6气体比空气的绝缘强度高得多，所以相同电压等级的GIS比空气开关柜的体积小很多，这是它的一大优点。例如，额定电压40.5kV的Siemens公司生产的8DA10型GIS与空气绝缘XGN17型箱式固定柜以及KYN61型可移开式柜尺寸比较，它们的宽×深×高分别为0.6×1.625×2.35=2.29m3、1.918×3.25×3.125=19.4m3和1.4×2.8×2.6=10.1m3，8DA10型的体积仅为后两种空气柜的11.8%和22.7%，它极大地节省空间和占地面积的优点尤适合人口密集、供电负荷大且土地资源紧缺的大型城市选用。同时，密封于充气隔室内的高压元器件不受运行环境的影响，这使其能够安全运行于空气绝缘开关柜无法运行的地区或场所，如高寒，相对湿度极大，有易燃、易爆气体或粉尘、特重污秽的恶劣环境中和高海拔地区。因而，在我国近些年来现代化城市建设中，中压GIS的需求量激增，它们大量被安装在地下变电站、地铁供电系统和楼宇中，在气候极其恶劣的地理环境中，则更发挥了空气绝缘开关柜所不及的功能。作为一突出的实例，我国兴建的位于高寒和平均海拔高度在4600～4800m的唐古拉山区青藏铁路，全线长达1142km的可靠供电和机车的正常运行皆因安装了8DA10和NXPLUSC型GIS而得以实现。

3.固体绝缘开关柜

固体绝缘开关柜（SIS）是以固体绝缘材料将一次回路元件全部包封的一种新型中压开关装置，日本、荷兰、德国、韩国等最早开始研制并推出一些额定电压至24kV的产品，我国近年来也有数家单位开展了研究工作并逐步推出相关的产品，在现阶段主要是固体绝缘的环网柜。研发SIS开关装置是源于环保理念的加强，为替代或削减温室气体之一SF6的用量，现在这已成为一项中压开关装置研究的一项新课题。

SIS的主要结构特征有几下几点：

（1）主绝缘采用高性能环氧树脂或硅橡胶，功能模块间的连接导体表面用固体界面绝缘，开关的操作杆和部分支持件为空气绝缘。

（2）在设计新颖的SIS中，采用新型三工位真空灭弧室，在陶瓷壳内紧凑地装有灭弧、隔离和接地断口，有利于操动机构的简化、操作的便利和SIS小型化。

（3）功能模块的绝缘表面涂覆金属屏蔽层并保持接地，可在绝缘损坏时限制内部短路电弧只发生在相地之间，从而局限了电弧的破坏范围。

SIS最适宜要求占用空间小、供电设备小型化的场所。(www.xing528.com)

4.其他种类开关柜

在以用途分类的几种功能柜型中，真空接触器与限流熔断器组成的真空接触器柜（FC回路）是专用于频繁操作、尤以控制电动机为主要设计目的。按照质量等级和电动机操作的频繁程度，可基本分为机电寿命几十万次和一百万次以上的两大类真空接触器适当选取，来满足投资和运行工况的需要。

负荷开关柜一般很少单独使用，它大都用在以多台控制各个负载支路、总进线由一台真空断路器控制的组合方式构成小型配电站中，具有投资省、运行维护简单的良好经济、技术效果。

运行于海拔高度不超过2000m的场所可选用高原型空气开关柜，它采取了加强绝缘的措施，对更高的海拔高度，GIS应是最佳的选择。

对于负载电流不大于630A、额定电压至24kV的小容量用户，可选择如8DJH、SIMOSEC 12一类用真空断路器作为进线开关、线路中各负载均采用负荷开关控制的小型成套开关装置，其体积仅为相同电气参数通常AIS和CGIS的一半，由此能获得极佳的经济效益。

船用开关柜一般较少有专门的型式，当近海油田、大型舰船需用时，大都选择技术先进型开关柜，即常规陆用的空气绝缘开关柜，按照国际船级社提出的振动参数、外壳防护等级、在一定盐密条件下绝缘的老化特性以及金属件的防腐要求等，对相关部件改进和通过试验考核后，成为适用的开关装置。这些要求可概括为以下几点：

（1）振动试验的要求按GB/T 6994—2006《船舶电气设备　定义和一般标准》，它完全采用IEC 60092—101—2002《船舶电气设施　第101部分：定义和一般要求》。其中，规定垂直方向静态加速度为10m/s2；振动参数为2～13Hz时位移1.5mm；13～100Hz时加速度为10m/s2。国际上有许多船级社都有自己对船用电器的技术要求，许多国家沿用英国Lloyd船级社导则中规定的曲线进行验证，如图3-1中曲线1所示。它对应的是重量为100kg及以上的被试品，振动参数为频率2～13.2Hz时振幅±1.0mm；13.2～100Hz时加速度0.7g。此外，Lloyd船级社还要求电气设备能够在±22.5°角反复倾斜的情况下可靠运行。

（2）安装于船舶甲板、海上石油平台露天的开关柜是在高湿度、周围空气有盐分而且昼夜温差变化大的环境中运行的，开关柜的防护等级需提高到IP42并附加防滴措施，同时，装置内、外所有的金属部件镀层均应满足防锈、防潮和防霉菌要求；柜体表面则需喷涂高质量环氧漆以防止盐雾腐蚀。

（3）绝缘特性高度可靠。绝缘材料不应在海洋环境中劣化，而且绝缘结构必须按严酷气候条件运行的要求设计。Lloyd船级社导则要求这类开关柜必须通过按IEC 60068规定的盐雾试验。

图3-1　英国Lloyd船级社导则中规定的振动曲线