1、概述
1.1 充氣柜簡介
中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備有兩種絕緣方式，一種使用空氣絕緣，另一種采用壓縮氣體絕緣。前一種出現(xiàn)較早，用量大，國內(nèi)一般稱作開關(guān)柜，后一種習(xí)慣稱做充氣柜。
所謂充氣柜即將高壓元件（如斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、母線等等）密封在充有較低壓力的壓縮氣體（如壓縮空氣、SF6、N2等等）的封閉的殼體內(nèi)的一種金屬封閉開關(guān)設(shè)備。
1.2 充氣柜分類
按絕緣方式可分為壓縮空氣式、SF6式、N2式或SF6與N2混合式，其中SF6絕緣方式用得最多。
按配用高壓元件來分可分為負(fù)荷開關(guān)型、負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合電器型、斷路器型。
按殼體材料充氣柜有兩種：一種為鋁筒式；另一為鋼板式。如西門子公司的8DA10/8DB10型為鋁筒式，8DC11型為鋼板式。
2、充氣柜發(fā)展史
繼普通空氣絕緣開關(guān)柜之后，1982年Siemens公司率先開發(fā)出 SF6絕緣斷路器柜。之后各大知名公司相繼推出自己的產(chǎn)品，如ABB的Safe系列（見圖1）、施耐德RM6、ALSTOM的FB系列產(chǎn)品。
圖1 ABB之Safe開關(guān)柜結(jié)構(gòu)圖
1 吊環(huán)；2 電顯；3 短路接地故障指示器；4 壓力表；5 銘牌；6 模擬線路圖；
7 繼電器；8 熔斷指示；9 掛鎖裝置；10 電纜室；11 RTU安裝室；12 Ronis鎖；
13 斷路器操作空；14 負(fù)荷開關(guān)操作孔；15 接地開關(guān)操作孔；
16 隔離開關(guān)操作孔；17 分閘暗鈕；18 合閘按鈕；19 熔斷器室。
3、充氣柜現(xiàn)狀
從國外來看充氣柜發(fā)展相當(dāng)快，制造廠家相當(dāng)多，而且應(yīng)用比較廣泛，已有相當(dāng)多的產(chǎn)品進(jìn)入國內(nèi)；而我國在充氣柜行業(yè)發(fā)展較晚，據(jù)我國高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國2001年的充氣柜產(chǎn)量為零，從2002年開始起步，2002年有兩制造廠家設(shè)計、制造了產(chǎn)品進(jìn)行了產(chǎn)品的型式試驗。
4、充氣柜優(yōu)勢
充氣柜與一般的空氣絕緣柜相比擁有眾多的優(yōu)勢。
首先由于采用性能優(yōu)異的壓縮氣體，大大提高了絕緣性能，壓縮氣體絕緣性能為空氣的2∽3倍，并且隨著電壓等級的升高，優(yōu)勢更加明顯。由于此優(yōu)點便于設(shè)計較小的柜體尺寸，有利于向小型化發(fā)展；
其次由于采用性能優(yōu)異的壓縮氣體，有時還能提高滅弧性能；
再次由于采用氣密式結(jié)構(gòu)，應(yīng)此不受外界的環(huán)境（如凝露、污穢、小動物及化學(xué)物質(zhì)等等）的影響，可用于惡劣的場所。如2002年德國易北河泛濫，充氣柜部分被淹，卻很快恢復(fù)供電。這充分證明了充氣柜不受惡劣環(huán)境影響的特點。
最后由于采用免維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大大降低了維修工作，減少了維修的費用。
5、對充氣柜設(shè)計及制造的要求
對于充氣柜的制造需要考慮很多方面，其中最重要的是焊接與密封。現(xiàn)列舉如下：
5.1 外殼設(shè)計及檢驗要求
外殼需按中華人民共和國國家勞動總局1981年頒發(fā)的《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》和按設(shè)備投產(chǎn)后不能復(fù)查的條件進(jìn)行設(shè)計、制造，以確保材料、結(jié)構(gòu)、焊接工藝及檢驗等的安全可靠性。
(1) 外殼的設(shè)計溫度
在額定運行條件下外殼可能達(dá)到的最高溫度。戶內(nèi)通常為環(huán)境溫度的上限加上流過額定電流所造成的外殼溫升。戶外還應(yīng)考慮日照和使用地點的環(huán)境條件的影響。
(2) 外殼的設(shè)計壓力
用來確定外殼厚度的壓力。它至少等于內(nèi)部故障時氣體釋放前的壓力。
(3) 對外殼和部件強度，無論是否通過計算確定，均應(yīng)進(jìn)行規(guī)定的試驗。
(4) 對焊接外殼的焊縫，除無法探傷部位外，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行無損探傷檢查；關(guān)鍵部位焊縫及兩種材料拼焊的焊縫應(yīng)全部進(jìn)行探傷；其它應(yīng)探焊縫長度不少于其對接焊縫總長度的20%。
5.2 焊接要求
殼體的焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格，可采用激光焊或氬弧焊，焊完一點要進(jìn)行檢查。對焊接外殼的焊縫，除無法探傷部位外，應(yīng)按以下規(guī)定進(jìn)行無損探傷檢查。
(1) 關(guān)鍵部位焊縫以及兩種材料拼焊的焊縫需全部進(jìn)行攤上；
(2) 其它焊縫探傷長度不少與其對接焊縫總長度的20%。
5.3 密封要求
外殼要求高度密封。對于動靜密封采用相應(yīng)的密封方法，可采用橡膠圈密封。
5.4 聯(lián)鎖與閉鎖
安裝在主回路中的采用確保維修工作的隔離間隙的設(shè)備應(yīng)有閉鎖裝置(例如 機械掛鎖或電氣閉鎖預(yù)防閉合)；接地開關(guān)無重開的危險；短路關(guān)合能力低于回路額定峰值耐受電流的接地開關(guān)與相連接的隔離開關(guān)聯(lián)鎖；短路關(guān)合能力低于耐受額定峰值電流的開關(guān)或開斷能力低于額定峰值正常電 流的隔離開關(guān)，應(yīng)與相配的斷路器聯(lián)鎖，以防止斷路器處于合閘位置時開關(guān)或隔離開關(guān)的合閘或分閘；當(dāng)氣體密度降至接近最小運行密度是發(fā)出報警信號，及可加低氣壓報警裝置實現(xiàn)閉鎖。
此外對于附加的或供選擇聯(lián)鎖的規(guī)定，應(yīng)遵照供需雙方的協(xié)議，供方應(yīng)提供所有必要的聯(lián)鎖性能與作用的資料。
5.5 接地要求
(1) 主回路接地
為了保證維修工作的安全，主回路應(yīng)能接地。另外，在外殼打開以后的維修期間，應(yīng)能將主回路連接到接地極。
(2) 外殼接地
外殼應(yīng)能接地。凡不屬于主回路或輔助回路的預(yù)定要接地的所有金屬部分都應(yīng)接地。外殼、框架等件的相互電氣連接應(yīng)采用緊固連接(如螺栓連接或焊接)，以保證電氣上連通。
5.6 壓力釋放裝置要求
(1) 壓力釋放裝置的兩種形式
以開啟壓力和閉合壓力表示其特征的壓力釋放閥；不能再閉合的壓力釋放裝置，如防爆片。
(2) 限制最大充氣壓力和壓力釋放閥
在外殼和壓縮氣體源固定連接時，如不能依靠所使用的壓力調(diào)節(jié)裝置來防止過壓力，應(yīng)裝設(shè)足夠尺寸的壓力釋放閥，以防止外殼內(nèi)壓力超過設(shè)計壓力的110%。
當(dāng)外殼和氣源不是固定連接時，應(yīng)在充氣管路上裝設(shè)壓力釋放閥，以防外殼 充氣時氣壓超過設(shè)計壓力的110%。此閥亦可裝在外殼本體上。
一旦壓力釋放閥動作，在壓力降低到設(shè)計壓力的75%以前應(yīng)重新關(guān)閉。
應(yīng)盡量使用具有溫度補償?shù)膲毫τ�，否則要考慮到壓力與溫度的關(guān)系。
(3) 在內(nèi)部故障情況下限制壓力升高的壓力釋放裝置
由于內(nèi)部故障而產(chǎn)生電弧以后，損壞的外殼要更換，故壓力釋放裝置僅用于限制電弧對外部的影響。
注：
1.當(dāng)內(nèi)部故障使外殼產(chǎn)生畸變時，應(yīng)檢查相鄰?fù)鈿さ淖冃危?
2.在采用防爆片來釋放壓力時，與外殼設(shè)計壓力的配合還應(yīng)考慮防止偶 然爆破的可能性；
3.如供方與需方達(dá)成協(xié)議，也可不裝壓力釋放裝置。
5.7 套管的要求
套管的額定絕緣水平應(yīng)遵照IEC137出版物《交流電壓高于1000V的套管》 的有關(guān)規(guī)定。爬電比距應(yīng)符合GB5582—85《高壓電力設(shè)備外絕緣污穢等級》的規(guī)定。
以上為在設(shè)計及制造充氣柜中應(yīng)重點考慮的地方，此外還應(yīng)考慮附件及其它因素。
6、結(jié)束語
綜上所述充氣柜擁有較好的發(fā)展前景，應(yīng)加大研究力度，廣泛推廣使用。
