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摘 要：固体绝缘开关柜采用固体绝缘材料作为主绝缘介质，因为其体积小、可扩展性强、环境友好等优点，正越来越多地被使用在配电网中。本文介绍了固体绝缘开关技术的发展历程，以时间和地域为脉络分析了固体绝缘开关相关专利申请量的分布情况，并对行业发展进行了展望。
关键词：固体绝缘开关；散热；小型化；模块化；电场缓和
一、前言
在当今时代，配电网在电网中处于重要的地位，进行强有力的技术创新，加快建设坚强环保的智能配电网的步伐成为配电技术供应商和配电网建设企业的重要任务。
固体绝缘开关柜采用固体绝缘材料作为主绝缘介质，将主导电回路单一或组合后用固体绝缘介质包覆封装为一个或几个具有一定功能、并可再次组合和扩展，具备全绝缘、全密封性能的模块，从原理结构上完全取消了 SF6 气体以及相应的气箱零部件，彻底解决了由于气箱内部开关短路时因压力上升而引起爆炸所造成的事故，完全避免了 SF6 气体分解、泄漏而造成的有害气体的排放，真正成为社会所需要的环境友好型开关产品。
二、固体绝缘开关技术发展历程
1967年，瑞士Ciba-Geigy公司开发了环氧树脂压力凝胶工艺，70年代初， 该技术进一步完善，形成了APG（Automatic Pressure Gelation）即环氧树脂自动压力凝胶成型技术。近五十年来，随着环保需求的日益迫切和相关工业的持续发展，固体绝缘开关的专利申请量与日俱增，如图1所示，其技术发展大致可分为三个阶段。
1、起步期：1974-2005
1974年，明電舍株式会社（Kabushiki Kaisha Meidensha）向日本、德国、法国、美国等数国专利局提交了名为“小型固体绝缘断路器”的专利申请，其包括一个环氧树脂主绝缘筒体，真空断路器置于其内。该断路器还包括少部分液体绝缘介质，与其后的仅采用固体作为绝缘介质的开关设备还有一定区别。
在2005年以前，固体绝缘开关相关的主要专利申请人为明电舍株式会社与东芝株式会社（Kabushiki Kaisha Toshiba）。
这一时期的专利主要关注固体绝缘开关柜内的器件排布，追求设备的小型化，以及容易发生放电的部位（电路开断部）的结构改进以增强耐压等级等。
2、平稳发展期：2006-2009
这一阶段固体绝缘开关的专利申请量开始呈现增长势头，传统的东芝株式会社专利申请量依旧维持在前列，日立株式会社、韩国的LS产电株式会社作为后起之秀紧随其后。国内的固体绝缘开关柜也开始起步，沈阳昊诚、北京双杰分别就具有固体绝缘母线的电气柜和固体绝缘开关柜提交了专利申请，德国西门子、ABB也申请了相关专利。
这一时期的技术方案涉及了较多的方面，初涉这一产业的公司的专利申请技术方案主要与固体绝缘开关的小型化、模块化相关，如沈阳昊诚电气有限公司的专利申请 “环氧浇注固体绝缘开关”，通过使用固体绝缘介质代替传统的气体绝缘介质SF6并合理安排开关柜内母线、灭弧室、熔断器仓等的相对位置以实现开关柜的小型化。
而在产业内深耕已久的龙头企业的专利申请中技术方案主要针对细节进行改进，包括增强散热性能、改善电场分布及局部放电特性、改进树脂材料性能、提供固体绝缘开关的绝缘检测方法等。如日立株式会社的专利申请 “多回路选择开关装置”，以覆盖绝缘筒的一部分的方式进行模压成形并绝缘，以减小电弧遮护板与接地外箱的电压分担，降低对固体绝缘物的沿面方向施加的电场，使固体绝缘物的厚度变薄，并可将多回路选择开关装置小型化。
3、迅速发展期：2010至今
2011年，国家电网公司发布了《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》的通知，为固体绝缘开关柜的进一步推广使用奠定了基础。自此，国内固体绝缘开关的专利申请量剧增，占固体绝缘开关世界申请总量的70%。
这一阶段，国内固体绝缘开关的专利申请中，技术方案与平稳发展期的国外申请大同小异，主要集中在小型化、模块化、增强绝缘性能、增强散热性能、优化电场分布等方面。如北海银河开关设备的专利申请 “固体绝缘极柱动端屏蔽装置”，针对解决原有固体绝缘开关极柱动端连接环节较多，电场较强，容易发生闪络放电的问题，采用屏蔽罩优化极柱电场强度，减小极柱动端局部放电值，提高极柱绝缘能力；麦克奥迪（厦门）的专利申请 “固体绝缘开关的极柱动端屏蔽结构”，针对极柱动端侧电场分布极不均匀、真空灭弧室中的瓷壳与金属盖及环氧树脂的三介质交界处的电场明显恶化的问题，提供一种固体绝缘开关的极柱动端屏蔽结构，通过设在真空灭弧室的极柱动端的屏蔽壳，环绕三介质交界处、软连接和下出线端子，将高电场转移到绝缘层内部，解决屏蔽极柱动端侧的电场分布不均、三介质交界处及导电体的边缘电场值超标的问题。
三、固体绝缘开关行业展望
固体绝缘开关柜在国内尚处于初期应用摸索阶段， 目前还不能完全替代气体绝缘开关柜， 用户也没有广泛接受， 但是固体绝缘开关柜作为新技术的发展方向之一， 国内外公司已经展开了固体绝缘开关技术方面的研究， 并不断有新产品推出， 随着固体绝缘技术的进步， 制造工艺的提升， 运行经验的积累， 固体绝缘开关柜作为中压开关柜的一个分支必然会受到越来越多的重视。
作者简介：李路遥，女，1989-，国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心审查员，主要从事配电盘领域的发明专利实质审查工作。
关键词：固体绝缘开关；散热；小型化；模块化；电场缓和
一、前言
在当今时代，配电网在电网中处于重要的地位，进行强有力的技术创新，加快建设坚强环保的智能配电网的步伐成为配电技术供应商和配电网建设企业的重要任务。
固体绝缘开关柜采用固体绝缘材料作为主绝缘介质，将主导电回路单一或组合后用固体绝缘介质包覆封装为一个或几个具有一定功能、并可再次组合和扩展，具备全绝缘、全密封性能的模块，从原理结构上完全取消了 SF6 气体以及相应的气箱零部件，彻底解决了由于气箱内部开关短路时因压力上升而引起爆炸所造成的事故，完全避免了 SF6 气体分解、泄漏而造成的有害气体的排放，真正成为社会所需要的环境友好型开关产品。
二、固体绝缘开关技术发展历程
1967年，瑞士Ciba-Geigy公司开发了环氧树脂压力凝胶工艺，70年代初， 该技术进一步完善，形成了APG（Automatic Pressure Gelation）即环氧树脂自动压力凝胶成型技术。近五十年来，随着环保需求的日益迫切和相关工业的持续发展，固体绝缘开关的专利申请量与日俱增，如图1所示，其技术发展大致可分为三个阶段。
1、起步期：1974-2005
1974年，明電舍株式会社（Kabushiki Kaisha Meidensha）向日本、德国、法国、美国等数国专利局提交了名为“小型固体绝缘断路器”的专利申请，其包括一个环氧树脂主绝缘筒体，真空断路器置于其内。该断路器还包括少部分液体绝缘介质，与其后的仅采用固体作为绝缘介质的开关设备还有一定区别。
在2005年以前，固体绝缘开关相关的主要专利申请人为明电舍株式会社与东芝株式会社（Kabushiki Kaisha Toshiba）。
这一时期的专利主要关注固体绝缘开关柜内的器件排布，追求设备的小型化，以及容易发生放电的部位（电路开断部）的结构改进以增强耐压等级等。
2、平稳发展期：2006-2009
这一阶段固体绝缘开关的专利申请量开始呈现增长势头，传统的东芝株式会社专利申请量依旧维持在前列，日立株式会社、韩国的LS产电株式会社作为后起之秀紧随其后。国内的固体绝缘开关柜也开始起步，沈阳昊诚、北京双杰分别就具有固体绝缘母线的电气柜和固体绝缘开关柜提交了专利申请，德国西门子、ABB也申请了相关专利。
这一时期的技术方案涉及了较多的方面，初涉这一产业的公司的专利申请技术方案主要与固体绝缘开关的小型化、模块化相关，如沈阳昊诚电气有限公司的专利申请 “环氧浇注固体绝缘开关”，通过使用固体绝缘介质代替传统的气体绝缘介质SF6并合理安排开关柜内母线、灭弧室、熔断器仓等的相对位置以实现开关柜的小型化。
而在产业内深耕已久的龙头企业的专利申请中技术方案主要针对细节进行改进，包括增强散热性能、改善电场分布及局部放电特性、改进树脂材料性能、提供固体绝缘开关的绝缘检测方法等。如日立株式会社的专利申请 “多回路选择开关装置”，以覆盖绝缘筒的一部分的方式进行模压成形并绝缘，以减小电弧遮护板与接地外箱的电压分担，降低对固体绝缘物的沿面方向施加的电场，使固体绝缘物的厚度变薄，并可将多回路选择开关装置小型化。
3、迅速发展期：2010至今
2011年，国家电网公司发布了《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》的通知，为固体绝缘开关柜的进一步推广使用奠定了基础。自此，国内固体绝缘开关的专利申请量剧增，占固体绝缘开关世界申请总量的70%。
这一阶段，国内固体绝缘开关的专利申请中，技术方案与平稳发展期的国外申请大同小异，主要集中在小型化、模块化、增强绝缘性能、增强散热性能、优化电场分布等方面。如北海银河开关设备的专利申请 “固体绝缘极柱动端屏蔽装置”，针对解决原有固体绝缘开关极柱动端连接环节较多，电场较强，容易发生闪络放电的问题，采用屏蔽罩优化极柱电场强度，减小极柱动端局部放电值，提高极柱绝缘能力；麦克奥迪（厦门）的专利申请 “固体绝缘开关的极柱动端屏蔽结构”，针对极柱动端侧电场分布极不均匀、真空灭弧室中的瓷壳与金属盖及环氧树脂的三介质交界处的电场明显恶化的问题，提供一种固体绝缘开关的极柱动端屏蔽结构，通过设在真空灭弧室的极柱动端的屏蔽壳，环绕三介质交界处、软连接和下出线端子，将高电场转移到绝缘层内部，解决屏蔽极柱动端侧的电场分布不均、三介质交界处及导电体的边缘电场值超标的问题。
三、固体绝缘开关行业展望
固体绝缘开关柜在国内尚处于初期应用摸索阶段， 目前还不能完全替代气体绝缘开关柜， 用户也没有广泛接受， 但是固体绝缘开关柜作为新技术的发展方向之一， 国内外公司已经展开了固体绝缘开关技术方面的研究， 并不断有新产品推出， 随着固体绝缘技术的进步， 制造工艺的提升， 运行经验的积累， 固体绝缘开关柜作为中压开关柜的一个分支必然会受到越来越多的重视。
作者简介：李路遥，女，1989-，国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心审查员，主要从事配电盘领域的发明专利实质审查工作。