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3. 新技術(shù)領(lǐng)域
3.1.絕緣
a. 取代SF6氣體絕緣技術(shù)，對(duì)于干燥空氣絕緣，通過加大壓力可以滿足現(xiàn)有尺寸的開關(guān)柜的絕緣，但對(duì)于40.5kV開關(guān)柜一般壓力要達(dá)到2.5~3.5bar的氣壓，而一般SF6絕緣只需要0.3bar，因此壓力明顯增大，增加了制造成本，泄漏風(fēng)險(xiǎn)，降低壓力的方法一是母線絕緣，二是加大相間及距地距離，而距離過大意味著開關(guān)柜尺寸加大則沒有優(yōu)勢，因此通過合適的經(jīng)濟(jì)的固體絕緣技術(shù)和氣體相互補(bǔ)充則是關(guān)鍵；如不采用復(fù)合絕緣，一些高絕緣強(qiáng)度的混合氣體如3M的C4、C5等氣體就具有優(yōu)勢，這些氣體絕緣強(qiáng)度和SF6相近，可以不需要大力度優(yōu)化電場、復(fù)合絕緣或增大尺寸實(shí)現(xiàn)，但要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要進(jìn)一步研究、驗(yàn)證。
b. 新型無局放固體絕緣材料，現(xiàn)在環(huán)氧樹脂等熱固性材料廣泛用于開關(guān)絕緣件，使用量巨大，局放是影響絕緣件壽命的主要因素，局部放電電離的電子、正負(fù)離子在電場的作用下，具有的能量一般都比高聚物的鍵能大，這些帶電質(zhì)子撞擊到氣隙壁上，就可能打斷絕緣體的化學(xué)鍵；放電點(diǎn)上介質(zhì)發(fā)熱可達(dá)很高的溫度，使絕緣產(chǎn)生熱裂解；局部放電過程中生成的許多活性生成物，而腐蝕絕緣體，使之介電性能劣化。絕緣件表面開關(guān)設(shè)備報(bào)廢后環(huán)氧樹脂和金屬等材料不易被拆分，90%的熱固性材料采用填埋方式處理，造成環(huán)境資源浪費(fèi)，新型絕緣材料絕緣件需要高絕緣強(qiáng)度、局放小、使用量少、壽命長。ABB已使用熱塑性材料固封極柱，重量輕、強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高、便于回收利用。還有資料介紹一種新型毛孔樹脂混合單晶硅微粒絕緣系統(tǒng)，可以減少、消除局部放電，增強(qiáng)擊穿強(qiáng)度，并且增強(qiáng)導(dǎo)熱性。
3.2.導(dǎo)電回路及發(fā)熱管理
開關(guān)柜的導(dǎo)電回路采用大量的有色金屬銅，并在觸頭、搭接面等處鍍銀，成本很高；通過合理的設(shè)計(jì)導(dǎo)電回路，減少發(fā)熱，節(jié)能降耗是也是開關(guān)柜的研究方向之一。相同的額定電流，銅排的截面積確相差很多，意味著成本也相差很多；而對(duì)于封閉型開關(guān)設(shè)備如C-GIS,由于空氣對(duì)流很小，只能通過輻射、傳導(dǎo)散熱，大電流也很難實(shí)現(xiàn)；技術(shù)路線主要有增強(qiáng)導(dǎo)電效率和增加傳熱方式，據(jù)介紹一種新技術(shù)采用微流體冷卻+金屬泡沫技術(shù)，可以有效的增加散熱，如圖4所示；還有如熱管等應(yīng)用，如圖5所示可以快速將熱量從最高點(diǎn)傳遞到低點(diǎn)散熱，或通過絕緣連管設(shè)計(jì)將熱量傳遞到柜體表面，ABB已成功應(yīng)用于10000A發(fā)電機(jī)出口開關(guān)設(shè)備中；
圖4 微流體銅排連接
圖5 母排熱管導(dǎo)熱
3.3.開斷技術(shù)
旋轉(zhuǎn)真空滅弧，在真空中，額定電壓12kV雷電沖擊耐受電壓75kV只需8-10mm的斷口距離，而現(xiàn)有的真空滅弧室尺寸大，材料多，成本高，研發(fā)一種低成本，小型化的真空滅弧室很有前途，有資料介紹一種旋轉(zhuǎn)真空滅弧結(jié)構(gòu)，尺寸小巧，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)真空密封容易，無需波紋管，壽命長。
固態(tài)開關(guān)，隨著低壓固態(tài)開關(guān)的出現(xiàn)，中壓領(lǐng)域的研究也一直在進(jìn)行，增加耐壓水平，減少損耗，新材料等的研究，必將產(chǎn)生符合中壓應(yīng)用，效率高的固態(tài)開關(guān)。
取代SF6的氣體開斷技術(shù)等，現(xiàn)階段非SF6開關(guān)柜都是通過隔離開關(guān)加真空斷路器結(jié)構(gòu)，而相對(duì)于SF6環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷開關(guān)，增加了隔離開關(guān)及機(jī)構(gòu)，操作復(fù)雜，成本增加，施耐德電氣采用并聯(lián)真空三工位開關(guān)，通過一套機(jī)構(gòu)操作真空開關(guān)，成本還是高。因此研究一種新型滿足負(fù)荷開斷的替代氣體十分必要，氣體除了需要滿足絕緣、熱傳導(dǎo)能力，還要滿足開斷過程分解少，自愈性強(qiáng)，滿足E3級(jí)開斷100次負(fù)荷電流要求。
還有超快速開關(guān)、直流開關(guān)、大容量開斷以及特殊用途如切電容、高壓電爐等應(yīng)用的開斷技術(shù)還是需要研究。
3.4.基于狀態(tài)的維護(hù)
現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，設(shè)備的智能化是發(fā)展趨勢，而對(duì)采集的大數(shù)據(jù)處理、分析、計(jì)算是十分重量，如何對(duì)設(shè)備絕緣、開斷能力的數(shù)據(jù)處理來得出產(chǎn)品真實(shí)的狀態(tài)是一個(gè)比較困難的問題，涉及到很多理論、實(shí)踐的知識(shí)，特別是對(duì)真空滅弧室預(yù)期壽命的計(jì)算，只是基于E2型式試驗(yàn)電壽命數(shù)值，與采集到的開斷電流、燃弧時(shí)間等參數(shù)簡單的能量計(jì)算，并不能真實(shí)反映滅弧室觸頭磨損情況，開合負(fù)載電流、滅弧室廠家的歷史數(shù)據(jù)、失效數(shù)據(jù)等都需要作為基礎(chǔ)來科學(xué)的預(yù)測壽命，這樣才能有針對(duì)性的更換，保證長期安全運(yùn)行。
4. 結(jié)語
歷史在進(jìn)步，科技在進(jìn)步，開關(guān)行業(yè)也需要不斷的創(chuàng)新、開發(fā)出更多符合發(fā)展趨勢的產(chǎn)品；發(fā)展趨勢是基于客戶需求、法律法規(guī)、競爭性和新技術(shù)領(lǐng)域的調(diào)研得出的，是不斷更新、實(shí)時(shí)發(fā)展的，特別是新技術(shù)，充分借鑒其它行業(yè)、領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，應(yīng)用到開關(guān)行業(yè)可以創(chuàng)造出更多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品，避免同質(zhì)化產(chǎn)品，惡性競爭，推動(dòng)生產(chǎn)廠家持續(xù)發(fā)展，服務(wù)電力行業(yè)；同時(shí)這也是節(jié)能環(huán)保的要求，地球資源在不斷減少，有色金屬的巨大消耗、無法回收固體垃圾的增多、溫升效應(yīng)氣體的過多應(yīng)用等，這些都需要新技術(shù)、新產(chǎn)品來替代，開關(guān)行業(yè)也需要為我們地球美好家園做出貢獻(xiàn)。
