充气柜(气体绝缘开关柜，GIS -Gas Insulated Switchgear)知识介绍分享

充气柜(气体绝缘开关柜，GIS -Gas Insulated Switchgear)，顾名思义就是开关主回路系统安装在充满气体的密闭的气箱里，开关主回路系统包括断路器
、隔离开关、接地开关

、负荷开关、母线等元器件，开关母线通过绝缘套管与柜外相连。出线套管与电缆通过电缆靴固体绝缘密封连接，实现整个全高压回路的全绝缘，由于充有压力气体和带接地屏蔽固体绝缘，因此尺寸紧凑，不受外界大气压、温湿度等环境因素的影响
。

长期以来
，充气柜沿用高压领域应用的SF6作为绝缘介质，相同压力的SF6气体绝缘强度是空气的3倍
，12kV气箱中导体之间以及对地间距只要大于40就能够满足绝缘要求。同时SF6又具有优异的灭弧能力，应用于高压断路器及负荷开关，因此充气环网柜广泛使用，RM6环网柜负荷开关、断路器都是SF6灭弧，尺寸紧凑。由于SF6是国际公认破坏大气环境的六种气体之一，其温室效应指数全球变暖潜力值GWP是23500，排放1吨SF6相当于排放23500吨的二氧化碳

，其破坏程度可想而知。

因此就必须选择SF6替代气体来用于充气柜

，选择的气体从天然气体到人工合成气体，对于12kV的
，通过优化电场，充入一定压力的干燥空气/氮气就可以替代。或者固体绝缘来补偿气体绝缘不足的部分，实现替代
。40.5kV充气柜选择SF6+N2或C4/C5+CO2混合气体来实现替代。

与充气柜对应的是空气柜(空气绝缘开关柜

， AIS -Air Insulated Switchgear)
，空气就是我们每天都离不开、都需要的周围的空气
，依靠空气绝缘，意味着开关及带电主回路都与空气直接接触，依靠空气的绝缘强度，保持足够的空气间隙实现绝缘
，如12kV空气绝缘净距要大于等于125mm
，40.5kV要大于等于300mm等
，这样开关柜的尺寸就比较大
，简单的说交流开关柜有A
、B
、C三相
，每相导体有一定的宽度，根据电流决定，如1250A采用80mm宽的铜排，这样12kV空气绝缘1250A开关柜的宽度就需要大于等于 125+80+125+80+125+80+125=660mm

，因此一般AIS 1250A的宽度是800mm，相间距是210mm，可以算出相间净距 210-80=130>125mm，而距地间距是(800-210*2)/2-40=150mm，侧面留有一定空间用于安装其它金属线槽，机械联锁等可能影响净距的结构
。

那么问题来了，充干燥空气的充气柜和空气柜都是使用空气，气体是一样的吗?那么优点在哪里呢? 首先，充气柜使用的是干燥空气密封在气箱内，即含水率很低
，不会对导电回路造成影响
，而空气柜导体与大气直接接触，空气中湿度大，长期运行会降低绝缘件绝缘强度，加速老化;

组成 20%氧气O2/80%氮气N2混合物

特性 无色、无味
、无害
、不易燃

、无毒、无反应

异物纯度 ≤ 1 ppm

水分含量 ≤ 5 ppm H2O

混合容差 ≤ 1.5 %

CAS-编号7782-44-7

其次
，一定压力的空气绝缘强度比大气中的绝缘强度有所提高
，虽然压力要增加到3倍以上才能达到SF6水平，即如果绝对压力达到0.22MPa以上
，可以达到替换，一般微正压增长不大
。

第三
，还是充气柜不受环境影响，没有污秽
，动物入侵等，因此可以长期稳定运行
，众所周知，爬电比距是与污秽程度对应
，绝缘件在干燥洁净空气中
，其爬电比距可以很小，采用板型支撑也是可以满足绝缘的
，而在空气柜中则必须增加伞裙。

第四
，通过圆棒型母线
，均匀电场纵向布置
，空气间距大于等于90则完全可以满足75kV冲击耐压要求
，加之固体绝缘/复合绝缘实现了小型化，体积增加不大，纵向布置宽度影响不大，气箱宽度420mm，高度
、深度增加约1/3就可以实现环网柜/小电流柜的SF6替代，简单计算即可以证明这一点。

因此干燥空气绝缘+真空灭弧是现阶段低电压经济简单的替代方案
，高电压大电流虽然外形尺寸比空气柜优势不大，但安全可靠
、寿命长、免维护的特点还是有利于可持续发展的。