中壓開關(guān)柜長(zhǎng)期以來，一直采用粗放式生產(chǎn)，產(chǎn)品同質(zhì)化高，雙碳目標(biāo)下需要產(chǎn)品采用低碳可降解材料、材料使用量要少、材料利用率要高、產(chǎn)品全生命周期資源消耗少，通過產(chǎn)品精細(xì)化設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低碳化，還有利于延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命、降低產(chǎn)品的成本，獲得更多的市場(chǎng)利益。
施耐德授權(quán)法騰電力生產(chǎn)MVnex中壓開關(guān)柜
雙碳目標(biāo)下，中壓開關(guān)設(shè)備向著環(huán)境友好型、緊湊可靠型、智能感知型方向發(fā)展。目前，中壓開關(guān)柜同質(zhì)化高，斷路器極柱、觸頭盒、套管等絕緣件使用市場(chǎng)上的配套環(huán)氧樹脂材料澆鑄的產(chǎn)品；導(dǎo)電回路采用高導(dǎo)電率銅，根據(jù)方案配置、電流等級(jí)所決定的銅排數(shù)量、使用長(zhǎng)度等基本一致；柜體等結(jié)構(gòu)件采用鋼板，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、尺寸決定了材料的用量。傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備成本、性能相近，粗放型設(shè)計(jì)、生產(chǎn)已經(jīng)不適應(yīng)低碳目標(biāo)的要求，產(chǎn)品精細(xì)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)在通過技術(shù)革新，采用先進(jìn)的技術(shù)、綠色生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少產(chǎn)品生命周期內(nèi)每個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放，不僅可以使產(chǎn)品不含有對(duì)環(huán)境污染、難降解的材料，還可以減少有色金屬等材料的使用，實(shí)現(xiàn)成本上優(yōu)化、性能上提升，助力企業(yè)碳達(dá)峰、碳中和轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備向中高端邁進(jìn)的目標(biāo)。
1. 絕緣系統(tǒng)
環(huán)氧樹脂生產(chǎn)效率低，澆鑄過程消耗大量能量，產(chǎn)品壽命終結(jié)時(shí)拆解困難，只能通過填埋等手段處理，因此從環(huán)境友好型產(chǎn)品來說，環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)不是好的選擇。環(huán)氧樹脂在開關(guān)柜中大量使用，一臺(tái)空氣絕緣可抽出式12kV 1250A 31.5kA開關(guān)柜環(huán)氧樹脂重量約為87kg，占開關(guān)柜總重量的17%。其中主要有觸頭盒、絕緣子、穿墻套管總重21.75kg、斷路器固封極柱12.48kg、電流互感器22.65kg、電壓互感器30.45kg。
1.1斷路器極柱
固封極柱是將真空滅弧室、上下連接端頭等完全澆鑄在環(huán)氧樹脂中，與組裝式或開放式結(jié)構(gòu)比較，主要優(yōu)點(diǎn)包括機(jī)械強(qiáng)度高，減少環(huán)境、濕度和機(jī)械力的影響，小巧、結(jié)實(shí)，整體模塊化結(jié)構(gòu)可方便地實(shí)現(xiàn)快速安裝。固封極柱的缺點(diǎn)也比較明顯，散熱困難，由于滅弧室上下連接完全密封在環(huán)氧樹脂中，特別是下部的動(dòng)連接發(fā)熱很大，環(huán)氧材料的導(dǎo)熱性又比較差，因此熱量累積在極柱內(nèi)部不易散出，特別是大電流斷路器極柱頂部采用散熱器，3150A的極柱需要特殊設(shè)計(jì)散熱風(fēng)道才能在自然風(fēng)冷情況下通過溫升試驗(yàn)，另外滅弧室出現(xiàn)故障需要整體更換，環(huán)氧樹脂與滅弧室、銅件之間拆解十分困難，整體填埋造成浪費(fèi)。
(1）工程塑料極柱，可減少極柱重量約35%，通過降低材料的密度（12%），大幅提高絕緣強(qiáng)度（約50%）、機(jī)械剛度（約100%）和機(jī)械強(qiáng)度（300~400%），從而達(dá)到質(zhì)量減輕的目的，同時(shí)縮小了固封極柱的體積。由于熱塑性材料生產(chǎn)效率高，全自動(dòng)化生產(chǎn)，質(zhì)量也有所提高。
(2）開放絕緣筒式極柱，采用DMC材料澆鑄而成，材料可回收再利用，特別是對(duì)于大電流極柱，可以有效的降低上下導(dǎo)電件的銅的使用量，散熱性好。
1.2 電流互感器
電流互感器（CT）的功能是將大電流變換成小電流，或高壓電流變換成低壓電流(1A或5A)，供計(jì)量、檢測(cè)儀表和繼電器保護(hù)裝置使用。電流互感器的工作原理與電力變壓器相似，有鐵芯、初級(jí)線圈等結(jié)構(gòu)元件。初級(jí)、次級(jí)線圈中電流之比近似地與其匝數(shù)成反比。使用時(shí)，初級(jí)線圈串聯(lián)于被測(cè)量電流的電路中，而次級(jí)線圈則與量測(cè)儀表及繼電器的電流線圈串聯(lián)。在中壓開關(guān)柜中普遍使用LZZB型環(huán)氧支柱型電流互感器，三個(gè)LZZBJ9-12型電流互感器重量達(dá)63kg，完全去除導(dǎo)體、鐵芯、線圈等環(huán)氧樹脂重量達(dá)到22.65kg，電壓互感器環(huán)氧樹脂重量達(dá)到30.45kg。隨著現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用，電流互感器已不需要與高的二次負(fù)載匹配。
(1）穿芯式電流互感器
低壓穿心電流互感器是通過將一根導(dǎo)體穿過互感器的中心孔而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的測(cè)量和監(jiān)測(cè)，即互感器不具有一次繞組，二次繞組纏繞在鐵芯上即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
穿心式電流互感器具有重量輕、尺寸小、使用靈活、安裝方便等特點(diǎn)， 可以輕松實(shí)現(xiàn)4個(gè)以上二次繞組安裝，對(duì)于特殊應(yīng)用如如發(fā)電機(jī)出口保護(hù)，A/C兩相裝3個(gè)二次繞組，B相增加1個(gè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁接地保護(hù)共4個(gè)繞組，環(huán)氧支柱式CT很難滿足要求；對(duì)于多變比的時(shí)候，同一相母線上需要安裝不同變比的CT；需要PX級(jí)保護(hù)應(yīng)用，PX級(jí)是一種低漏磁型互感器，一般用于1A或者1A以下的變比，主要應(yīng)用于在高阻抗差動(dòng)保護(hù)方式中，由于規(guī)定了拐點(diǎn)電壓等數(shù)值，這類互感器一般尺寸較大；高動(dòng)、熱穩(wěn)定值的開關(guān)柜，環(huán)氧支柱式CT小電流變比的一般動(dòng)熱穩(wěn)定值較低，而穿心CT 不受主回路動(dòng)、熱穩(wěn)定影響，可以滿足要求。
船用開關(guān)柜特殊應(yīng)用示例如下：A/C相各3繞組：600/1 0.5級(jí)、600/1 5P20 15VA、1200/1 PX級(jí)，B相4個(gè)繞組：600/1 0.5級(jí) 、600/1 0.5級(jí) 、600/1 5P20 15VA、1200/1 PX級(jí)；采用環(huán)氧支柱式二次繞組數(shù)量多、變比不同，需要PX級(jí)的保護(hù)繞組。低壓穿心電流互感器一般應(yīng)用于720V及以下開關(guān)設(shè)備使用電流互感器，其絕緣水平一般是工頻耐受電壓3kV 1min，雷電沖擊耐受電壓10kV。而中壓開關(guān)設(shè)備是1000V 以上的設(shè)備，一般的 10kV開關(guān)柜的耐壓水平是42kV 1min，雷電沖擊耐受電壓75kV，穿心互感器用于中壓設(shè)備必須解決絕緣問題。
中壓開關(guān)柜使用穿心互感器主要有以下幾種方式：
a. 絕緣套管安裝，如環(huán)網(wǎng)柜、充氣柜等CT 安裝在出線套管上，還有如美標(biāo)開關(guān)柜CT 套在一次觸頭盒前部，一般每相上、下觸頭盒各套2個(gè)，共計(jì)4個(gè)，也有把美標(biāo)一次觸頭盒安裝在板的上部套CT的設(shè)計(jì)；
b. 絕緣母線安裝，CT安裝在絕緣的母線上，母線有接地或半導(dǎo)體金屬屏蔽，也有安裝在觸頭盒后部的加長(zhǎng)絕緣棒上；
c. 電纜安裝，CT 套在一次電纜上，適用于小電流場(chǎng)合，如環(huán)網(wǎng)柜的出線電纜上套的CT較為常見。
(2）電子式電流傳感器
電子式電流傳感器采用低功耗線圈，如羅氏線圈，直接輸出小電壓信號(hào)，無二次開路危險(xiǎn)，精度高、無飽和、頻率范圍寬、線性度好，在系統(tǒng)故障狀態(tài)下可使保護(hù)裝置可靠動(dòng)作。羅氏線圈如圖1所示，體積小，電流傳感器安裝在一次觸頭盒的前部，方便安裝和維護(hù)。不采用鐵芯，可以實(shí)現(xiàn)全范圍電流測(cè)量，從幾十安到幾千安培，無需更換，無磁飽和現(xiàn)象。相比于傳統(tǒng)環(huán)氧澆鑄型電流互感器，體積減少90%，重量減少95%以上，極大的節(jié)省了空間，以及避免了環(huán)氧樹脂等熱固性、無法回收利用的材料使用，低碳環(huán)保。
低功率電流傳感器符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20840.8互感器第8部分：電子式電流互感器，輸出信號(hào)225 mV，精度等級(jí)0.5、1或3，以及5P10、5P20，額定負(fù)載≥20千歐姆。
同樣還有零序電流傳感器，用于接地故障檢測(cè)的傳感器，與微機(jī)單元配合實(shí)現(xiàn)接地故障的保護(hù)。
1.3 電壓互感器
同樣對(duì)于環(huán)氧澆鑄式電壓互感器，環(huán)氧樹脂材料用量多，體積大。電子式電壓傳感器采用電阻、阻容分壓式傳感器，成本低、精度高、體積小、重量輕，受環(huán)境影響小，無二次短路危險(xiǎn)，圖1所示電壓傳感器和絕緣子尺寸相同，可以方便安裝。電壓傳感器做成絕緣件形式，實(shí)現(xiàn)了功能的組合。傳感器具有雙精度等級(jí)，輸出信號(hào)可同樣用于測(cè)量、保護(hù)和接地故障檢測(cè)。傳感器的輸出引線直接連接到輔助設(shè)備。
低功耗電壓傳感器基于電阻分壓的原理。它由兩個(gè)電阻元件組成，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)輸出值。
電壓傳感器實(shí)質(zhì)是電阻分壓器，提供3.25 V/√3額定初級(jí)電壓。傳感器的輸出直接連接到輔助設(shè)備。
低功率電壓傳感器符合GB/T 20840.7互感器第7部分:電子式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)，一次電壓高達(dá)30kV，二次電壓3.25 V/√3，精度等級(jí)0.5、1或3 P，額定負(fù)載200千歐±1%精度。
電子式互感器的誕生是互感器傳感準(zhǔn)確化、傳輸光纖化和輸出數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)的必然結(jié)果。它具有體積小、重量輕、頻帶響應(yīng)寬、無飽和現(xiàn)象、抗電磁干擾性能佳、無油化結(jié)構(gòu)、絕緣可靠、便于向數(shù)字化、微機(jī)化發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的電流互感器，電子式電流互感器通常具有更高的帶寬，適用于諧波含量較大電流的基波及諧波測(cè)量。為了準(zhǔn)確測(cè)量功率，還可以采用電壓、電流組合式電子式互感器，因?yàn)榻M合式電子式互感器可以更好的控制電壓電流信號(hào)的相位差提高功率測(cè)量的準(zhǔn)確度。電子式傳感器可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)，減少材料的使用，低碳環(huán)保。
