中压开关产品的发展趋势（二）

3. 新技术领域

3.1.绝缘

a.     取代SF6气体绝缘技术，对于干燥空气绝缘，通过加大压力可以满足现有尺寸的开关柜的绝缘，但对于40.5kV开关柜一般压力要达到2.5~3.5bar的气压，而一般SF6绝缘只需要0.3bar，因此压力明显增大，增加了制造成本，泄漏风险，降低压力的方法一是母线绝缘，二是加大相间及距地距离，而距离过大意味着开关柜尺寸加大则没有优势，因此通过合适的经济的固体绝缘技术和气体相互补充则是关键；如不采用复合绝缘，一些高绝缘强度的混合气体如3M的C4、C5等气体就具有优势，这些气体绝缘强度和SF6相近，可以不需要大力度优化电场、复合绝缘或增大尺寸实现，但要真正实现产业化还需要进一步研究、验证。

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b.     新型无局放固体绝缘材料，现在环氧树脂等热固性材料广泛用于开关绝缘件，使用量巨大，局放是影响绝缘件寿命的主要因素，局部放电电离的电子、正负离子在电场的作用下，具有的能量一般都比高聚物的键能大，这些带电质子撞击到气隙壁上，就可能打断绝缘体的化学键；放电点上介质发热可达很高的温度，使绝缘产生热裂解；局部放电过程中生成的许多活性生成物，而腐蚀绝缘体，使之介电性能劣化。绝缘件表面开关设备报废后环氧树脂和金属等材料不易被拆分，90%的热固性材料采用填埋方式处理，造成环境资源浪费，新型绝缘材料绝缘件需要高绝缘强度、局放小、使用量少、寿命长。ABB已使用热塑性材料固封极柱，重量轻、强度高、生产效率高、便于回收利用。还有资料介绍一种新型毛孔树脂混合单晶硅微粒绝缘系统，可以减少、消除局部放电，增强击穿强度，并且增强导热性。

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3.2.导电回路及发热管理

开关柜的导电回路采用大量的有色金属铜，并在触头、搭接面等处镀银，成本很高；通过合理的设计导电回路，减少发热，节能降耗是也是开关柜的研究方向之一。相同的额定电流，铜排的截面积确相差很多，意味着成本也相差很多；而对于封闭型开关设备如C-GIS,由于空气对流很小，只能通过辐射、传导散热，大电流也很难实现；技术路线主要有增强导电效率和增加传热方式，据介绍一种新技术采用微流体冷却+金属泡沫技术，可以有效的增加散热，如图4所示；还有如热管等应用，如图5所示可以快速将热量从最高点传递到低点散热，或通过绝缘连管设计将热量传递到柜体表面，ABB已成功应用于10000A发电机出口开关设备中；

图4 微流体铜排连接       

                                        

图5    母排热管导热

3.3.开断技术

旋转真空灭弧，在真空中，额定电压12kV雷电冲击耐受电压75kV只需8-10mm的断口距离，而现有的真空灭弧室尺寸大，材料多，成本高，研发一种低成本，小型化的真空灭弧室很有前途，有资料介绍一种旋转真空灭弧结构，尺寸小巧，旋转结构真空密封容易，无需波纹管，寿命长。

固态开关，随着低压固态开关的出现，中压领域的研究也一直在进行，增加耐压水平，减少损耗，新材料等的研究，必将产生符合中压应用，效率高的固态开关。

取代SF6的气体开断技术等，现阶段非SF6开关柜都是通过隔离开关加真空断路器结构，而相对于SF6环网柜负荷开关，增加了隔离开关及机构，操作复杂，成本增加，施耐德电气采用并联真空三工位开关，通过一套机构操作真空开关，成本还是高。因此研究一种新型满足负荷开断的替代气体十分必要，气体除了需要满足绝缘、热传导能力，还要满足开断过程分解少，自愈性强，满足E3级开断100次负荷电流要求。

还有超快速开关、直流开关、大容量开断以及特殊用途如切电容、高压电炉等应用的开断技术还是需要研究。

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3.4.基于状态的维护

现代信息技术、传感技术发展突飞猛进，设备的智能化是发展趋势，而对采集的大数据处理、分析、计算是十分重量，如何对设备绝缘、开断能力的数据处理来得出产品真实的状态是一个比较困难的问题，涉及到很多理论、实践的知识，特别是对真空灭弧室预期寿命的计算，只是基于E2型式试验电寿命数值，与采集到的开断电流、燃弧时间等参数简单的能量计算，并不能真实反映灭弧室触头磨损情况，开合负载电流、灭弧室厂家的历史数据、失效数据等都需要作为基础来科学的预测寿命，这样才能有针对性的更换，保证长期安全运行。

4.       结语

历史在进步，科技在进步，开关行业也需要不断的创新、开发出更多符合发展趋势的产品；发展趋势是基于客户需求、法律法规、竞争性和新技术领域的调研得出的，是不断更新、实时发展的，特别是新技术，充分借鉴其它行业、领域的技术创新，应用到开关行业可以创造出更多质优价廉的产品，避免同质化产品，恶性竞争，推动生产厂家持续发展，服务电力行业；同时这也是节能环保的要求，地球资源在不断减少，有色金属的巨大消耗、无法回收固体垃圾的增多、温升效应气体的过多应用等，这些都需要新技术、新产品来替代，开关行业也需要为我们地球美好家园做出贡献。

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