高电压全绝缘环网开关柜的应用及原理
- 浙江汇网电气科技有限公司
- 2022-03-25 15:01:20
能源是社会生产力的重要基矗随着社会生产的不断发展，人类使用的能源不仅在数量上越来越大，在品种上及构成上也有了很大的变化。
十八世纪蒸汽机的发明使人们掌握了把热能转化成机械能的技术，导致了具有划时代意义的工业革命。电能出现之后，由于它具有转换容易、输送方便、控制灵活以及洁净、经济等许多的特点，从十九世纪七十年代开始已逐步取代了蒸汽机，使社会进入了电气化的崭新时期，促使生产力得到空前的发展。如今，电能已成为工业、农业、国防、交通等部门不可缺少的动力，成了改善和提高人们物质、文化生活的重要因素，并且一个国家的电力工业的发展水平已成为反映其国民经济发达程度的重要标志之一。
一．应用领域及原理简介
在电力系统中，10KV配网担负着分配电能的重要职能，起着异常重要的作用。近年来，我国经济飞速发展，同时也带动了电网的发展。为了提高供电可靠性、降损节能，1998年，国家投入2500多亿元巨资，启动城乡电网建设改造，利用三年时间，对全国2400个县的农村电网和280个城市电网进行建设改造。在城乡农网改造过程中，为了提高用户供电可靠率和电能质量，确定了城网装备向无油化、绝缘化、组合化方向发展的方向和简化电压等级，建设双环网，高电压深入负荷中心，加强城网结构的技术方案。因此，10KV全绝缘环网开关柜以其全绝缘、结构紧凑、体积孝可扩展、全天候、安装方便、无需维护等的性能和特点成了城农网改造的首眩
二．现有技术的技术方案
目前，电网中存在的10KV环网柜大体可分为三类，一类是充气柜，一类是普通单元柜，再一类是全绝缘型单元柜。
1.充气柜
充气柜采用不锈钢钢板作为绝缘气体的封闭外壳，以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。此种充气柜通常生产出一路、两路、三路、四路、五路、六路等开关柜柜型。有的厂家还可以将其中的两种或三种柜型通过联结套管相互联结，以达到可扩展的需求。充气柜内的连接汇流母排由于处于绝缘气体的包围之中，同电缆连接采用标准锥度面的电缆联结座，所以能形成全绝缘的电气结构，适用于室外。
2.普通单元柜
普通单元柜中汇流排通常为裸铜排或外加热缩套管，单纯的以空气或绝缘强度不高的热缩套管作为绝缘介质。这种开关柜由于设计成单元柜，因此可以任意的扩展联结。组装简单，组合方便。
3.全绝缘型单元柜
此种开关柜兼顾了以上两种开关柜的优点。采用不锈钢钢板作为绝缘气体的封闭外壳，以SF6气体作为汇流母排间的绝缘介质，采用电缆插座可与电缆方便联结。单元柜间采用密封联结套管，结构紧凑，扩展方便。
三、现有技术的优缺点
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜具有模块化、结构紧凑、可扩展、全绝缘、密封性能好的优点。
1、模块化
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜采用模块化结构，不同柜型采用相同的相间距离、母排高度、柜体高度。以实现相互联结，快速组装。
充气柜由于各负荷开关或断路器单元是封闭在共同的壳体之中，其联结排布位置及各单元的数目在产品下线后是固定不变的。所以开关单元间组合的灵活性差。尤其是产品在运行之后，不方便甚至无法满足扩展的需求。另外，充气柜由于受到空间的限制，不可能设计成侧进出线柜的模式，无法满足多路电缆进出线的要求。再有，充气柜由于受到电流互感器和电压互感器维护的限制，无法把电压互感器和电流互感器装进封闭气箱内，故也没有双电源间的计量。
2、结构紧凑
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜可以将电压互感器单独做成一个单元柜，给环网柜提供电源。或做成计量柜对线路进行计量。
充气柜由于受到电压互感器维护的限制，只能将电压互感器放置于环网柜的角落里，由此以来，部件分布比较分散，而且由于电压互感器的走线而非常凌乱。
3、可扩展，密封性能好
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜采用标准模块化设计，每个功能模块安装尺寸一致，功能模块间都能自由方便的实现联结，为电网的增容升级创造了有利条件。其次，三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜采用了三元乙丙橡胶固体绝缘层紧密包裹的汇流母线管，扩展过程中不存在母线间联结时的密封问题，因此密封性能好，扩展方便。
4、绿色环保
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜由于采用的是环氧树脂浇注的气包，有效体积较小,约为充气柜有效体积的20%～30%，故所用SF6气体少，减少了温室气体的排放，有益于环保。
5、全绝缘
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜采用了三元乙丙橡胶固体绝缘层紧密包裹的汇流母线管,并通过过盈配合的绝缘性能好、抗老化、耐紫外线的三元乙丙绝缘丁字头同电缆插座相连，配合紧密，全绝缘，密封性能好，具备防潮防洪的能力，免维护，适用于互外。只需在给环网柜加一金属壳体，无需兴建专门的配电建筑。节约兴建成本。
全绝缘型单元柜由于各单元柜间需要使用中间联结装置，势必引起类似柜体间联结松脱，气体泄漏，联结不方便等问题。
普通单元柜的母线只是采用热缩套管进行了简单的包裹，容易遭到小动物的损坏，容易引起因小动物进入而发生双相短路或单相接地故障，大大降低了供电的可靠性。并且，使用普通开关柜必须要兴建专门的配电房，还要加装防潮用的加热器，由此以来，不但占用土地面积，还增加了投入费用。
四、开关柜全绝缘化过程中解决的技术问题
为了做到环网柜的全绝缘化，采用独具创新的方法，终完成了全绝缘负荷开关柜、全绝缘熔断器负荷开关组合电器柜、全绝缘电缆侧进柜、全绝缘断路器柜和全绝缘计量柜五大类全绝缘环网柜单元。在设计研发过程中，公司资深工程师迂工巧妙构思，突破了层层技术关口，终完成了设计。
三元乙丙橡胶固体绝缘的10KV环网柜所以解决的关键的技术问题就是汇流母排的绝缘化和密封化。以使环网柜既具有普通单元柜模块化、组合方便、扩展灵活的优势，还具有充气柜全绝缘、可用于室外、全天候运行的特点。
五、解决方案
1.为了克服交流电在流经导体时特有的集肤效应现象，和解决汇流导体在安装过程中的摩擦力过大，不易安装问题，迂工姘弃了传统的矩形面母排，选用铜管作为汇流排。
2、为了方便安装并增强绝缘外套的电气特性，迂工和庞工将绝缘外套设计成具有中间绝缘层、内半导层的圆管状。圆形具有相同截面面积条件下小的周长的特点，因此表面面积小，也就是摩擦面积小，安装时比较方便。绝缘外套由于具有中间绝缘层、内半导层三层结构，均衡了电场，增强了电气性能。
3．为了使环网柜适用于室外，提高汇流母线的密封性能，工程师们经过多次计算和实践，终确定了比较理想的绝缘外套和丁字头间的过盈配合数据。