张程1 刘爽2
1.潍柴电力设备有限公司 山东潍坊 261000 2.泰安六星汽车园发展有限公司 山东泰安 271000
摘要：就目前来看，在可供选择的环保型气体中，由于氮气、空气易获取、低成本以及安全性高的优势，成为了企业科研机构的首选。但另一方面由于空气成分十分复杂，氧气和水分在某些特定条件下会腐蚀和氧化电气设备的电接触绝缘部件，最终在影响环网开关使用安全性和质量性的同时，也给人们的生命财产埋下了巨大安全隐患。为此将“氮气”取代“六氟化硫”，是现阶段环网开关绝缘气体环保化研究的主要方向。本文就此展开了探究。
关键词：环网开关柜；绝缘气体；环保化
引言：
对于一般的空气绝缘金属封闭开关设备，高可靠性以及小型化统筹都较为矛盾。如果要很好地解决该类矛盾，有必要考虑将暴露的空气绝缘改为封闭空间的内部绝缘，这是一个既要考虑高可靠性，又要实现小型化的好主意。基于这一概念，许多企业推出了SF6气体绝缘开关设备，该设备使用SF6气体作为密封气体箱的绝缘介质。该设备一经推广，便得到了广泛的使用和认可。然而，由于六氟化硫气体被指定为有限的温室气体，因此在高压开关设备行业中必须使六氟化硫气体的消耗和排放最小化。因此，非常有必要开发一种可替代六氟化硫的环保气体。1环网开关柜绝缘气体环保化
氮绝缘柜必须确保电场的不均匀系数为2至3，从而减小了获得的绝缘距离并减小了柜的尺寸。使用真空和屏蔽环是降低氮气介质的电场强度并实现裂纹绝缘水平的有效方法。由于断路器的固有结构特性，当开关处于断开位置时，气室中的高压导体会阻塞分离的裂纹，从而导致电场相对集中，并且裂纹中的绝缘性较弱。当使用氮气在低于12 kV的电压水平下进行绝缘时，当使用常规的六氟化硫气体时，绝缘环网柜破裂时的断头台形式需要比六氟化硫更大的气体绝缘性。不可能实现类似于SF6气体绝缘环体的尺寸。
1.1氮气的击穿强度研究
在某些不均匀的电场中，六氟化硫的电强度比干燥空气和氮气的电强度高1.5至2倍。由于这些特性，六氟化硫气体的破裂电场得到了很好的模拟，并广泛用于许多低压和高压气体的设计中。虽然在使用安全性方面，氮气作为绝缘气体的环网开关柜具有高可靠性，但通过对击穿强度进行剖析可知，在某些不均匀的电场中，以六氟化硫气体作为灭弧和绝缘介质的高压开关以及环网相比氮气，在耐电强度方面具有显著优势，通常是氮气的2倍多[1]。就氮气与干燥压缩空气相比，两者的耐电强度具有一定的相似性，在对其进行击穿强度研究过程中，通常来讲采取的研究方式主要是在大气压强度下采用“棒-棒”或是“棒-板”电极进行试验，在试验过程中需将电极棒直径误差控制在50mm以内，两电极之间的净距离偏差控制在80mm以内，通过试验可得氮气和干压缩空气的相对强度存在一定偏差，偏差值大概在0.9～1.2左右。在进行绝缘环保柜设计过程中，为满足氮气绝缘条件，在进行击穿电场强度设计时，一般选择0.9作为绝缘裕度系数。
1.2耐电强度研究
在进行环网开关柜环保型绝缘气体研究过程中，除了要对环保型气体击穿强度研究外，与此同时还要对其耐电强度展开系统化剖析，根据大量调研数据分析可知，在均匀亦或是稍不均匀的电场中，影响氮气击穿强度的主要因素是电气间隙，通常而言电气间隙越大耐电强度越高。
1.3气压对氮气电性能的影响
在特定的脉冲电压（例如工频，直流电和雷电）的作用下。在均匀或不均匀的电场中，一定范围内的氮气的电强度和压力基本上是线性的。该规则不适用于不均匀的电场[2]。
由于直流或工频电压的作用，氮在非常不均匀的场中具有驼峰，但是由于冲击或快速和短期电压的作用，氮具有驼峰，击穿电压和大气压力基本上是线性的。在此环境中为从根本上确保开关柜的安全性、可靠性，对“气压对氮气电性能”展开系统化研究也是十分必要的。通常来讲一定范围内气压与氮气耐电强度两者之间存在一定的线性关系，但这种关系仅限于在均匀抑或是稍不均匀的电场中，至于在不均匀的电场中，受直流或工频电压的影响氮气耐电性能呈现驼峰现象，因此在进行环网柜开关设计过程中，为从根本上确保环网柜使用性能的最大化发挥，通常采用的是均匀场抑或是稍不均匀场，只有如此才能根据两者之间的线性关系进行大体估算。
2环保气体绝缘环网开关柜研制作业的基本概述
通过上述分析可知，近年来伴随人们环保意识的不断增强，为确保环网柜安全运行，用氮气取代六氟化硫作为绝缘气体，是现阶段企业科研机构的主要研发方向，但从绝缘性能、热传导性、灭弧性能等方面来看，氮气与六氟化硫之间还存在一定差距，为此在进行环保气体绝缘环网开关柜研制过程中，工作人员还需做好如下作业。
2.1气箱内的绝缘性
在对气体环保化研究过程中发现，相比六氟化硫，氮气无论是耐电强度抑或是绝缘强度都与之存在一定差异，具体来看氮气的耐电强度是六氟化硫的四分之一，绝缘强度是其三分之二[3]。就目前来看，为确保预期使用效益的最大化发挥，在进行设计时工作人员需确保带电体表面场强、绝缘体表面场强、环氧树脂件局部放量控制以及相间和相对地距离把握工作落实到位，以此来确保环保气体绝缘环网开关柜功能的实现。
2.2气箱的强度
在现阶段环网开关柜研制过程中，由于氮气作为一种新型绝缘气体被应用后会产生新的设计理念，因此为规避后期开关柜使用过程中因强度不足而导致气箱变形问题的出现，工作人员还需对气箱的整体强度进行研究，在全面掌握和了解气箱横向加强筋、竖向加强筋、后盖板以及前面板最大变形量的基础上进行设计。
2.3箱体的散热
当用氮气作为环网开关柜绝缘气体后，与此同时还面临一个巨大难题，即散热问题。相比六氟化硫，氮气的散热性能较弱，当遇到额定电流超过2100A时，极易引发各种安全性问题，给人们的生命财产埋下巨大安全隐患。在进行环网开关箱研发过程中，为从根本上规避不良情况的发生，设计人员为实现气箱内部热量的风道式散热，需在具体结构设计时有意识的将高温升点的热量向低温升点传递。
2.4气箱的焊接
在内部结构设计中，绝缘气体不同的两个环网开关柜，内部结构也存在显著差异，目前来看作为环网开关柜的新型绝缘气体，氮气环网柜在设计过程中，通常采用的是薄钢板焊接，在焊接时倘若工作人员依旧采取传统的焊接技术和手段，不仅极易导致局部区域疲劳开裂，甚至还会引发变形等问题，由此给企业造成了十分不利的影响[4]。为从根本上规避上述问题的产生，严格控制气箱变形量，在进行焊接时工作人员需明确氮气环网柜焊接的热影响主要集中在焊接位置，因此为降低工件热输入量，一般采用冷焊接技术进行焊接。
结束语：
综上所述，伴随经济的快速化发展，中高压环网开关设备在研发过程中，高可靠性、小型化以及智能化是现在设备研发的主要方向。其中作为设备的灭弧和绝缘介质，六氟化硫在使用过程中虽然具有良好的使用性能，但却极易放出有毒气体损害人体生命安全，为此要想规避上述问题的出现，确保企业的可持续性发展，加快环保型气体的研发现已迫在眉睫。
参考文献：
[1]王雅.开关柜、环网柜设备运行问题分析及对策[J].现代制造技术与装备,2019(09):141-142.
[2]刘玉春,董雪生,郎福成.固体绝缘环网柜开关模块局部放电原因分析及解决方案[J].高压电器,2018,54(08):246-251.
[3]陈银峰.环网开关柜中的电缆接头温度指示器[J].农村电气化,2017(04):52-53.
[4]谭文兵,钱建苗,朱振洪.基于帕耳帖效应解决户外环网开关站及环网柜凝露问题的技术研究[J].科技风,2017(06):29.