气体绝缘金属封闭开关设备简称充气柜，采用SF6或其他气体作为绝缘介质,将断路器、隔离开关和母线等一次元器件集中密闭在低压力充气箱体内，实现一次主接线部分与外部环境隔离。产品具有体积小、安全性好和可靠性高等优点。

由于充气柜一次接线部分密封在充气箱体内，相比普通的开关柜，运行时能量过于集中且散热环境差。温升过高，直接影响设备的安全稳定运行，如果不加以控制，过热程度会不断积聚,而使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至击穿造成事故。因此温升控制作为生产制造的重要环节，产品的结构设计、制造工艺对其有重要的影响。

温升控制分析

充气柜温升取决于发热量与散热量的最终平衡,所以根本上应从减少发热功率和增加散热功率两方面入手。

1.1 减少发热功率(发热抑制技术)

根据P1 =I2R可知要减少发热功率，则需减少气箱内载流元器件的电阻,气箱内载流元器件的电阻影响因素可分为以下几种。

(1)导体电阻。与导体材料(电阻率)、截面(包括截面积和截面形状)和长度有关。

采取措施:

1)采用固封技术可以缩短导体长度，从而可减少发热。

2)设计时尽量缩短载流路径。

3)对导体的电阻率应予控制,T2铜的导电率可达到56以上。

4)选择本体电阻小的真空灭弧室。

5)导体的折弯半径尽可能大，并避免折弯破裂。

6)CT 外置，采用穿芯式结构，且降低CT本体回路电阻。

7)导体截面选择应合适，以满足载流的需要。

(2)动静接触电阻。与导体的表面处理,接触方式、接触面积和接触压力有关。

采取措施:

1)增大并控制接触压力。其会受人为因素影响，故需控制。

2)加大接触面积。导电接触面采用镀银、镀锡处理,涂抹凡士林或导电膏可提高有效接触面积。

3)减少连接点。每个连接点的发热量相当于500~ 1 000 mm长的导体发热量。

4)装配保证自然贴合，设计上采用十字交叉孔搭接连接。

(3)大电流时,载流导体的趋肤效应和邻近效应。

采取措施;

1)考虑趋肤效应的影响，减薄铜排厚度，圆柱形导体采用中空状，以节约材料并利于散热。

2)不同相导体布置或同相双排布置时,导体间距尽可能增大。

3)避兔采用直角弯。

(4)气箱或套管等用导磁材料时,涡流磁滞损耗。涡流损失引起的发热可由下式给出

 

采取措施:

1)载流导体穿越金属箱体或柜体时,导磁材料应三相共筒，否则采用非导磁性材料。

2)典型的非导磁性材料如奥氏体不锈钢、铝等。

3)电流穿过部分采用插入缝隙增加阻力的技术。

4)灭弧室静端部位等温室高的地方连接螺栓采用不锈钢材质。

在充气柜中，真空灭弧室回路电阻通常占断路器的50%以上，触头间接触电阻是真空灭弧室回路电阻的主要组成部分。触头各级系统密封于真空灭弧室，产生的热量只能通过动、静触头导电杆向外部散热。灭弧室静端直接与支架连接，动端则通过导电夹、软连接与动支架相连,由于动端连接环节较多，导热路径较长，所以真空断路器温升的最高点多集中于动导电杆与导电夹连接部位。对我公司产品而言，多集中于弹簧触指处，所以该部位的温升控制是整个产品的重要环节。

1.2增加散热功率(传热技术)

充气柜的散热步骤为:

1)箱内载流元件发热并传导至散热装置。

2)高温导体(含散热装置)通过对流、辐射方式向周围绝缘介质及气箱壁散热。

3)气箱内表面吸热并通过热传导方式将热传递至全气箱外壁。

4)气箱外壁向周围热对流、热辐射散热。

典型的散热原理包括热传导、热对流和热辐射。(1)热传导是物体上温度不均匀或有温差时热能移动的现象，这是在固体内的主要传热现象。热传导功率可由下式估算

 

采取措施:

1)银、铜和铝的热导率较高,从经济性出发，常采用铝或铝合金制品作为散热装置的材质。

2)导体接触面敷银可提高导热效果。

3)加装散热装置时,散热组件与热源的接触热阻抗应减小，对充气柜而言，即散热装置与铜排的接触电阻。

4)散热装置与热源连接时，可涂抹导热胶或导热膏(又称导热硅脂、散热膏和散热硅脂)，其功用是克服金属接触面的微小缝隙,减少热阻。

5)散热装置采用铜底，铜底可以铝合金散热器采用爆炸焊接方式获得较优连接。

SF6气体的热导率相当于空气(纯氮与空气性质相近)的3/4，定压比热容相当于空气的0.6倍,因此热传导能力比空气差。但是实际气体的传递过程主要是对流传递，即由于分子的流动，携带热量转移，SF6分子量大,比热也是空气的4倍,对流传递能力要优于空气。因而,在充气压力为1400mbar时,其总体导热性能要优于空气(约为空气的2~3倍)。

(2)热对流是物体表面与相接触的流体间有温差时出现的传热现象。柜体表面、气箱表面或热源表面的自然对流散热可用下式估算

 

说明:用于高海拔、高温度环境时，对流散热能力减弱,要保持相同的允许温升,则需提高空气流动率。

采取措施:

1)设计专用散热装置，一般采用具有较好热传导性能的金属材料，增大散热表面积，以增加热传导、热对流和热辐射效率。

3)风道效应。增加风道高度差,并尽量使吸气口面积和排气口面积相匹配。如绝缘简立放。

4)附加气箱散热罩,提高散热表面积。

5)强制风冷，但需注意应选用质量较好的品牌产品，以避免失效或停电更换。

6)功率损耗较高的元件置于开关柜的下部，以取得最佳的散热效果。

7)设计采用散热。

(3)热辐射是物体以电磁波的形式传递能量的方式。热辐射散热可用下式估算

 

下表给出了金属表面辐射系数8与太阳光的吸收率示例。

说明:

1)辐射与吸收均与辐射波长有光。

 

2)温度不同的物体波长不同。

3) 115℃以下电器导体辐射波均为可视光波波长的红外线，辐射系数与涂敷材料的颜色无关。

4)太阳的表面温度近6000 K，辐射波长短,涂敷材料颜色不同，太阳光吸收率差别较大。

5)金属虽具有较好的热传导性能，但其表面较光

亮时,辐射系数较低,常需涂敷或阳极处理以增加描射系数。

6)同一充气柜的热辐射散热效果会随周围环境温度的升高而减弱,海拔不会影响辐射散热

效果。

7)辐射系数高的物体，处于较高温度时则为良好的辐射散热体，处于较低温度时则为良好的辐射吸热体。

采取措施:

1)导体表面及气箱外表面涂敷散热降温涂料:金属散热装置虽然具很好的热导性,但辐射系数低,采用散热涂料，则可提高热辐射系数，从而达到降温的目的，可涂于铜排表面或气箱外壁。

2)散热器表面进行阳极处理。

3)绝缘筒环氧树脂外壳加工成深褐色。

2总结

充气柜在我国已经有多年的发展过程,大量的试验及运行记录积累了许多重要资料。我公司通过不断的摸索，采取相应措施,有针对性对充气柜的结构设计、制作工艺进行不断的改进,减少系统损耗,降低系统发热量,增强箱体的散热能力，在自然散热的条件下,完全能够实现解决温升问题。