充气柜介绍

户内交流高压气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称“充气柜”）是新一代开关设备，主开关既可以用永磁机构真空断路器也可以用弹簧机构的真空断路器，整柜采用空气绝缘与六氟化硫气体隔室相结合，既紧凑又可扩充，适用于配电自动化。 充气柜具有结构紧凑、操作灵活、联锁可靠等特点，对各种不同的应用场合（特别是环境恶劣的场所）、不同的用户要求均能提供令人满意的技术方案。传感技术和最新保护继电器的采用，加上先进的技术性能及轻便灵活的装配方案，完全可以满足用户不同的需求。充气柜适用于电力系统的小型二次变电所、开闭所、箱式变电站、住宅小区、工矿企业、大型商场，特别适用于机场、地铁、铁路等对用电要求较高的场合。

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。

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。

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。

使用环境

a、周围空气温度：最高40℃，（24h平均值不超过35℃），最低-25℃；

b、海拔高度：不超过3000m（超过3000m时与生产厂家协调）；

c、空气湿度：日相对湿度平均值不大于95%，月相对湿度平均值不大于90%；

d、在二次系统中感应的电磁干扰的幅度不超过1.6kv。

所谓充气柜是将高压元件如母线、断路器、隔离开关、互感器等密封在充有较低压力(0.1～0.5mpa)sf6或其他气体的壳体内。

充气柜带来许多优势，其最大优势是不受外界环境的影响，如凝露、污秽、小动物及化学物质等。另一个优势是因为使用压缩气体绝缘(如sf6、n，或空气)，有利于向小型化方向发展。充气柜有性能良好的无油开关特别是免维护或少维护的真空开关，大大减少了维护和检修工作量。

从世界看，充气柜发展很快，使用量剧增。以德国为例，前几年对工业电网使用的中压开关设备做过调查，当时充气柜在12kv占5在24kv占9在36kv占19但据2003年最新报道，充气柜已占新设备的50环网柜已占约75%

充气柜的关键工艺

(1)充气柜的壳体焊成完全气密式结构，这就排除了环境因素的影响。sf6气体的绝缘强度为空气的2.倍，由此获得节省空间的优势，减少建筑物面积，取得良好的经济效益。

(2)采用激光焊接技术，防止sf6绝缘气体逸出，防止潮气侵入。这种激光焊接的充气柜满足iec60698及vde0670第1000部分标准对气密压力系统提出的要求。

(3)气体的气密性通过集成在每个壳体上的检漏装置来例行检验。

(4)所需的操作功从充气柜外部向内部传递，是通过波纹管进行的。

(5)装入柜内的电气元件经过焊入的套管向外连至电缆线或母线。

(6)充气柜工作准备状态的显示，通过装入柜内的测量盒以磁耦合无接触地向外显示。

(7)为了确定有无电压，在焊入壳体内的套管上浇铸入电容芯片。在柜体面板上装有插座，可以在外面用电压测量装置来检验有无电压。

(8)一般在壳体内焊入同类型的释压装置。

上述结构措施，保证了充气柜不受外界环境的影响、免维护及结构的最大紧凑性，充气柜使用场合充气柜以它的结构优势，可用于一般空气绝缘柜不能用的地方，如温度变化大和高湿环境(如湿热带地区)、高温及低温地区(如沙漠地区和南北两极区)，环境中含有自然物质(如沿海的盐雾，工业粉尘)或化学性腐蚀物质(化工厂，炼油厂)的地方，还有地震区、有振动的场合、高海拔地区以及安装受限制的窄狭地方等。

充气柜的结构特点

综观不同型号的西门子充气柜，有着共同的结构特点：

(1)固定式结构技术，采用免维护的真空断路器技术，以固定式真空断路器取代操作次数有限的中置式手车式少油断路器。

(2)隔离开关与接地开关组合成3工位开关，以取代单个开关，大大减少了空间和联锁工作。

(3)电流互感器采用环芯式电流互感器，以取代承受高价电负荷的普通浇铸绝缘电流互感器。

(4)采用优异的sp6气体绝缘技术，以取代空气绝缘，不需要对各个开关元件进行维护和修理工作。

(5)电缆连接采用全绝缘和防触电的插入式结构，以取代普通的电缆接头。

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。

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。

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：

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%.

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%。

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。

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 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。

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。

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。

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。