浙江浙一电气有限公司

高压环网开关柜的灭弧原理是保障开断安全的核心，其核心在于通过物理手段快速消除电弧，防止设备损坏和事故扩大。电弧作为高压开关断开时产生的高温高导电率游离气体，可能引发触点烧蚀、绝缘材料损坏，甚至火灾或爆炸，因此灭弧技术至关重要。以下从灭弧原理分类、技术实现及创新方案三方面展开分析：

### **一、灭弧原理分类：物理手段消除电弧**

1. **产气式灭弧**
依赖电弧高温使灭弧室内的产气材料（如有机绝缘材料）分解，产生高压气体吹拂电弧。气体通过喷口形成高速气流，带走电弧热量并稀释游离粒子，促使电弧复合熄灭。适用于额定电流较小的负荷开关，结构简单但灭弧能力有限。

2. **压气式灭弧**
通过压缩空气或其他气体（如SF6）形成高压气流，直接吹拂电弧。压气式分为**直动压气**和**旋转压气**：
- **直动压气**：活塞运动压缩气体，喷口设计使气流集中作用于电弧根部，冷却效果显著。
- **旋转压气**：利用旋转机构压缩气体，形成螺旋气流，延长电弧与气流的接触时间，提升灭弧效率。
压气式灭弧适用于中高压场景，但需复杂机械结构支持。

3. **真空式灭弧**
利用真空环境的高绝缘强度（真空介电强度为空气的15倍）和低游离特性，在真空灭弧室内开断电弧。电弧产生时，触头材料蒸发形成金属蒸汽，但真空环境迅速扩散蒸汽并抑制游离，电弧在电流过零时自然熄灭。真空灭弧室结构简单，无爆炸风险，适用于频繁操作场景。

4. **SF6气体灭弧**
SF6气体具有高绝缘强度、强灭弧能力和化学稳定性。电弧产生时，SF6分子吸收能量分解为低氟化物和硫，通过热膨胀效应冷却电弧并吸附电子，加速复合。SF6灭弧室常用于高压断路器，但需密封设计防止气体泄漏。

### **二、技术实现：灭弧原理在环网柜中的应用**

1. **负荷开关的灭弧选择**
环网柜以负荷开关为主开关，常见灭弧方式为产气式、压气式和真空式：
- **产气式**：适用于额定电流630A以下的场景，成本低但灭弧能力有限。
- **压气式**：通过压缩空气或SF6气体，适用于中高压场景，但需定期维护气路系统。
- **真空式**：结构简单，无爆炸风险，适用于频繁操作场景，但需解决触头磨损问题。

2. **三工位开关的灭弧优化**
环网柜负荷开关需实现“合闸-分闸-接地”三工位功能。真空灭弧式负荷开关因无法直接隔离电路，需在前端加装隔离开关形成隔离断口；而产气式、压气式和SF6式负荷开关可通过机械设计直接实现三工位，简化结构。

### **三、创新方案：环保与安全的平衡**

1. **并联真空开断（SVI）方案**
由施耐德电气提出，结合真空灭弧室与空气隔离开关：
- **开断阶段**：电流转移至真空灭弧室，电弧在真空中熄灭，无游离气体产生。
- **隔离阶段**：触头在干燥空气中分离，无电弧产生，确保操作安全。
- **优势**：零件数量减少30%，成本降低20%，且无SF6气体泄漏风险，符合环保要求。

2. **环保气体替代方案**
针对SF6气体的温室效应，行业正研发干燥空气、氮气或混合气体替代SF6。例如，ABB推出的AirPlus气体绝缘开关柜，采用C5氟酮混合气体，灭弧性能与SF6相当，但全球变暖潜值（GWP）降低98%。

### **四、灭弧原理的核心价值：保障开断安全**

1. **防止设备损坏**
电弧高温可能烧蚀触点、熔化绝缘材料，灭弧技术通过快速冷却和稀释游离粒子，保护开关柜内部结构。

2. **避免事故扩大**
电弧引发的短路可能导致设备爆炸或火灾，灭弧技术通过切断电弧能量来源，防止故障蔓延。

3. **提升供电可靠性**
环网柜通过快速灭弧实现故障隔离，保障非故障区域持续供电。例如，城市配电网中，环网柜可在0.3秒内切换至备用回路，减少停电时间。