国外固体绝缘柜发展现状

（二）国外发展现状

（本稿摘录中电联输配电技术协作网固体绝缘研讨）1、国外生产应用情况

国外是很多公司早年就研究开发环保型开关设备，使用量最多、技术最先进的是日本，荷兰在1995年开始研究固体绝缘电缆分支箱，并有大量的应用。日本东芝公司于1999年开发出高性能环氧树脂以及高效率浇注技术，于2002年开始生产24kV固体绝缘开关柜，以后又进行了系列化的开发，迄今已经生产出36kV 固体绝缘开关柜，目前，又在进行更高电压等级72kV及84kV产品的开发。日本三菱公司无SF6 HIS型24kV、36kV电压等级的气体绝缘产品自2000年至今一直在世界范围内大量销售。欧洲也在积极研发无SF6的干燥压缩空气绝缘的环网柜。世界各大电气公司积极研究采用CO2和干燥压缩空气作为环保型产品的绝缘介质。在开发固体绝缘开关设备当中获得的绝缘材料、高效率浇注技术也用在其它开关设备中的绝缘件上，提高了开关设备整体的生产性，实现了低成本、小型化、高可靠性。并且这些技术上、经济上的优势还可以使用到以后的高电压大容量固体绝缘开关设备的开发中。

完全不使用对环境有影响的SF6气体是固体绝缘开关设备的一大特点。在日本国内的配电市场中，尤其在电力消费大的首都及地方省会城市，在配电电压等级上已经推广24kV，不光在24kV配电设备中采用了该技术，还将该技术采用在目前的7.2kV配电设备中。72kV/84kV高电压大容量固体绝缘开关柜已经进入基础验证阶段，固体绝缘开关柜中采用的新技术可以使用在7.2kV-84kV范围的开关柜内，今后还将口到国外的24kV配电网中，其发展前景看好。

固体绝缘开关柜自2002年正式投入运行以来，迄今已经生产了200面，预

计今后固体绝缘开关柜的市场使用量将会更加扩大。

伊顿电力设备有限公司于2010年推出固体绝缘环网柜（见图14），施耐德公司也于2012年推出了固体绝缘环网柜，并在中国市场开始运用（见图15）。2、技术发展趋势

开关柜的原型诞生于1890年，迄今已经过去100多年。开关柜壳设置在工厂、医院、大楼等所有电气使用场所，是电力管理的重要设备。在迎来高度信息化社会的今天，作为其中心设备的计算机等，由于即使瞬间停电也会有损其功能，因而电路的保护亦就愈发地重要。开关柜的发展尽力了：敞开式→箱式→金属封闭式→气体绝缘密封型→复合绝缘型（包括：封闭的、密封的）→环保绝缘性（固体绝缘）的过程。最初的开关设备是采用廉价的，很容易受污秽及湿度等影响的空气绝缘的敞开式，发展了箱型而逐渐形成了开关柜，为提高开关柜可靠性、安全性发展了金属封闭型。上世纪80年代开始，为使产品小型化发展了具有高可靠性的气体绝缘密封型、复合绝缘性。随着人们环保意识的增强，于1995年前后研究开发环保型开关柜。世界各个电气公司环保型产品有着多种解决方案，如：无SF6的干燥压缩空气绝缘的密封型、复合绝缘型、固体绝缘型、可自然对流的空气绝缘半密封型等等。

对于固体绝缘环网柜技术发展趋势主要体现在以下几个发面：①新的高性能环氧树脂的开发；②高效率浇注技术的开发；③采用真空绝缘的隔离、接地开发技术；④元件之间连接用界面连接方式的开发；⑤断路器、隔离开关用永磁铁保持式永磁操动机构的开发。

2.1 新的高性能环氧树脂的开发

作为固体绝缘环网柜用的绝缘材料-环氧树脂，尚留有对陶瓷真空灭弧室进行浇

注后即开裂的树脂自身的课题，此外，还必须开发出完全超过已有环氧树脂特性的高性能可降解的环氧树脂。

日本开发的高性能环氧树脂在制作上采用了高强度材料设计和复合合金的方法。材料通过在耐热环氧树脂成分中细密填充粒径不同的球状硅石，从而在制作工艺上实现了所需的高流动性及高强度、高耐热性。

此外，通过优化分散橡胶粒子，还提高了破坏韧性及耐压电痕性。通过以上改进，从而可以将环氧树脂和线性膨胀率大为不同的陶瓷作为绝缘容器使用的真空灭弧室直接浇注，作为构造材料和绝缘材料，实现了高可靠性的环氧树脂。

研究发现，将硅石和橡胶粒子作为填充材料的高性能环氧树脂与原来广泛使用的铝填充材料相比，具有是后者1.5倍的非常高的绝缘性能。

采用以上技术，开发出了机械强度及绝缘性能、耐热性、韧性、流动性高，线性膨胀率低的高性能环氧树脂，从而可以制作出即使直接浇注陶瓷真空灭弧室，也不会开裂的浇注件，实现了固体绝缘环网柜的实用化。

2.2 高效率浇注技术的开发

原来的浇注工序是在预热的金属模中放入预热过的被浇注零件后，将金属模内抽真空后缓慢地倒入热固化环氧树脂，待其彻底的真空除泡后，将金属模放入高温炉内加温，为了使浇注件不发生变性，而放置12h以上使其慢慢的硬化，最后手工将浇注件从金属模中取出。因制作时间较长，故成本高。

为了解决成本高的问题，作为一种将数个零件一起同时在短时间内浇注的全新生产技术，必须开发高效率的浇注技术。该技术除对催化剂做了改良外，还运用了流动硬化解析技术，通过优化树脂催化剂成分和控制金属模温度，使金属模内的树脂从距离注入口最远的上部开始顺次发生良好反应，对硬化中发生的树脂

收缩，用未硬化的液状树脂从注入口给予压力补充，从而获得不变形的浇注件。实现了一天可浇注8-12次的高效率浇注技术，一个金属模就可以最多制作出14个浇注件，与过去相比，生产性能提高了8-160倍。通过这些技术开发，从而可以在短时间内制作出多个廉价的高质量浇注件。

2.3 采用真空绝缘的隔离开关的开发

固体绝缘环网柜内放置的代表性元件有断路器和隔离开关。就断路器而言，小型、轻量且环保的真空绝缘方式是最佳绝缘方式。而隔离开关由于其基本功能是可靠、安全地进行电路隔离，因而要求具有高于断路器15%的高的绝缘强度。因考虑将这种高水平的绝缘用适应环境的真空绝缘方式来实现，故在隔离开关中采用了真空绝缘。采用真空隔离开关的最大好处是：

（1）操作元件的基本结构可以和真空断路器相同；

（2）可以实现标准化；

（3）隔离开关的动作时间与断路器同时缩短，从而可以更快地适应系统切换，有助于高质量地供电等；

2.4 内置元件间界面连接方式的开发

固体绝缘环网柜因是采用固体绝缘件将主回路导体及放置元件的主回路部分浇注成型，所以内置元件之间的链接没有灵活性，因此，必须使链接各种浇注元件的连接导体标准化，使环网柜的整体构成合理化。由于该连接导体业必须用环氧树脂浇注，因而就需要一种和浇注体的连接部位保持一定自由度的合理化产品。为此，开发出了在浇注体和连接导体的连接部位将硅橡胶压缩后连接的界面连接技术。采用这种可缩小连接部位尺寸的界面连接方式，就可以实现将各收纳原件组合在一起的连接导体的标准化，合理地配置收纳元件，其结果，实现了固