中压开关柜长期以来，一直采用粗放式生产，产品同质化高，双碳目标下需要产品采用低碳可降解材料、材料使用量要少、材料利用率要高、产品全生命周期资源消耗少，通过产品精细化设计，不仅可以实现产品的低碳化，还有利于延长产品的使用寿命、降低产品的成本，获得更多的市场利益。
施耐德授权法腾电力生产MVnex中压开关柜
双碳目标下，中压开关设备向着环境友好型、紧凑可靠型、智能感知型方向发展。目前，中压开关柜同质化高，断路器极柱、触头盒、套管等绝缘件使用市场上的配套环氧树脂材料浇铸的产品；导电回路采用高导电率铜，根据方案配置、电流等级所决定的铜排数量、使用长度等基本一致；柜体等结构件采用钢板，产品的结构形式、尺寸决定了材料的用量。传统的开关设备成本、性能相近，粗放型设计、生产已经不适应低碳目标的要求，产品精细化设计体现在通过技术革新，采用先进的技术、绿色生态产品设计，减少产品生命周期内每个环节的碳排放，不仅可以使产品不含有对环境污染、难降解的材料，还可以减少有色金属等材料的使用，实现成本上优化、性能上提升，助力企业碳达峰、碳中和转型，实现配电设备向中高端迈进的目标。
1. 绝缘系统
环氧树脂生产效率低，浇铸过程消耗大量能量，产品寿命终结时拆解困难，只能通过填埋等手段处理，因此从环境友好型产品来说，环氧树脂绝缘系统不是好的选择。环氧树脂在开关柜中大量使用，一台空气绝缘可抽出式12kV 1250A 31.5kA开关柜环氧树脂重量约为87kg，占开关柜总重量的17%。其中主要有触头盒、绝缘子、穿墙套管总重21.75kg、断路器固封极柱12.48kg、电流互感器22.65kg、电压互感器30.45kg。
1.1断路器极柱
固封极柱是将真空灭弧室、上下连接端头等完全浇铸在环氧树脂中，与组装式或开放式结构比较，主要优点包括机械强度高，减少环境、湿度和机械力的影响，小巧、结实，整体模块化结构可方便地实现快速安装。固封极柱的缺点也比较明显，散热困难，由于灭弧室上下连接完全密封在环氧树脂中，特别是下部的动连接发热很大，环氧材料的导热性又比较差，因此热量累积在极柱内部不易散出，特别是大电流断路器极柱顶部采用散热器，3150A的极柱需要特殊设计散热风道才能在自然风冷情况下通过温升试验，另外灭弧室出现故障需要整体更换，环氧树脂与灭弧室、铜件之间拆解十分困难，整体填埋造成浪费。
(1）工程塑料极柱，可减少极柱重量约35%，通过降低材料的密度（12%），大幅提高绝缘强度（约50%）、机械刚度（约100%）和机械强度（300~400%），从而达到质量减轻的目的，同时缩小了固封极柱的体积。由于热塑性材料生产效率高，全自动化生产，质量也有所提高。
(2）开放绝缘筒式极柱，采用DMC材料浇铸而成，材料可回收再利用，特别是对于大电流极柱，可以有效的降低上下导电件的铜的使用量，散热性好。
1.2 电流互感器
电流互感器（CT）的功能是将大电流变换成小电流，或高压电流变换成低压电流(1A或5A)，供计量、检测仪表和继电器保护装置使用。电流互感器的工作原理与电力变压器相似，有铁芯、初级线圈等结构元件。初级、次级线圈中电流之比近似地与其匝数成反比。使用时，初级线圈串联于被测量电流的电路中，而次级线圈则与量测仪表及继电器的电流线圈串联。在中压开关柜中普遍使用LZZB型环氧支柱型电流互感器，三个LZZBJ9-12型电流互感器重量达63kg，完全去除导体、铁芯、线圈等环氧树脂重量达到22.65kg，电压互感器环氧树脂重量达到30.45kg。随着现代微机保护的应用，电流互感器已不需要与高的二次负载匹配。
(1）穿芯式电流互感器
低压穿心电流互感器是通过将一根导体穿过互感器的中心孔而实现对电流的测量和监测，即互感器不具有一次绕组，二次绕组缠绕在铁芯上即可实现测量。
穿心式电流互感器具有重量轻、尺寸小、使用灵活、安装方便等特点， 可以轻松实现4个以上二次绕组安装，对于特殊应用如如发电机出口保护，A/C两相装3个二次绕组，B相增加1个发电机励磁接地保护共4个绕组，环氧支柱式CT很难满足要求；对于多变比的时候，同一相母线上需要安装不同变比的CT；需要PX级保护应用，PX级是一种低漏磁型互感器，一般用于1A或者1A以下的变比，主要应用于在高阻抗差动保护方式中，由于规定了拐点电压等数值，这类互感器一般尺寸较大；高动、热稳定值的开关柜，环氧支柱式CT小电流变比的一般动热稳定值较低，而穿心CT 不受主回路动、热稳定影响，可以满足要求。
船用开关柜特殊应用示例如下：A/C相各3绕组：600/1 0.5级、600/1 5P20 15VA、1200/1 PX级，B相4个绕组：600/1 0.5级 、600/1 0.5级 、600/1 5P20 15VA、1200/1 PX级；采用环氧支柱式二次绕组数量多、变比不同，需要PX级的保护绕组。低压穿心电流互感器一般应用于720V及以下开关设备使用电流互感器，其绝缘水平一般是工频耐受电压3kV 1min，雷电冲击耐受电压10kV。而中压开关设备是1000V 以上的设备，一般的 10kV开关柜的耐压水平是42kV 1min，雷电冲击耐受电压75kV，穿心互感器用于中压设备必须解决绝缘问题。
中压开关柜使用穿心互感器主要有以下几种方式：
a. 绝缘套管安装，如环网柜、充气柜等CT 安装在出线套管上，还有如美标开关柜CT 套在一次触头盒前部，一般每相上、下触头盒各套2个，共计4个，也有把美标一次触头盒安装在板的上部套CT的设计；
b. 绝缘母线安装，CT安装在绝缘的母线上，母线有接地或半导体金属屏蔽，也有安装在触头盒后部的加长绝缘棒上；
c. 电缆安装，CT 套在一次电缆上，适用于小电流场合，如环网柜的出线电缆上套的CT较为常见。
(2）电子式电流传感器
电子式电流传感器采用低功耗线圈，如罗氏线圈，直接输出小电压信号，无二次开路危险，精度高、无饱和、频率范围宽、线性度好，在系统故障状态下可使保护装置可靠动作。罗氏线圈如图1所示，体积小，电流传感器安装在一次触头盒的前部，方便安装和维护。不采用铁芯，可以实现全范围电流测量，从几十安到几千安培，无需更换，无磁饱和现象。相比于传统环氧浇铸型电流互感器，体积减少90%，重量减少95%以上，极大的节省了空间，以及避免了环氧树脂等热固性、无法回收利用的材料使用，低碳环保。
低功率电流传感器符合国家标准GB/T 20840.8互感器第8部分：电子式电流互感器，输出信号225 mV，精度等级0.5、1或3，以及5P10、5P20，额定负载≥20千欧姆。
同样还有零序电流传感器，用于接地故障检测的传感器，与微机单元配合实现接地故障的保护。
1.3 电压互感器
同样对于环氧浇铸式电压互感器，环氧树脂材料用量多，体积大。电子式电压传感器采用电阻、阻容分压式传感器，成本低、精度高、体积小、重量轻，受环境影响小，无二次短路危险，图1所示电压传感器和绝缘子尺寸相同，可以方便安装。电压传感器做成绝缘件形式，实现了功能的组合。传感器具有双精度等级，输出信号可同样用于测量、保护和接地故障检测。传感器的输出引线直接连接到辅助设备。
低功耗电压传感器基于电阻分压的原理。它由两个电阻元件组成，对输入信号进行分频，以达到标准输出值。
电压传感器实质是电阻分压器，提供3.25 V/√3额定初级电压。传感器的输出直接连接到辅助设备。
低功率电压传感器符合GB/T 20840.7互感器第7部分:电子式电压互感器标准，一次电压高达30kV，二次电压3.25 V/√3，精度等级0.5、1或3 P，额定负载200千欧±1%精度。
电子式互感器的诞生是互感器传感准确化、传输光纤化和输出数字化发展趋势的必然结果。它具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象、抗电磁干扰性能佳、无油化结构、绝缘可靠、便于向数字化、微机化发展等优点。相较于传统的电流互感器，电子式电流互感器通常具有更高的带宽，适用于谐波含量较大电流的基波及谐波测量。为了准确测量功率，还可以采用电压、电流组合式电子式互感器，因为组合式电子式互感器可以更好的控制电压电流信号的相位差提高功率测量的准确度。电子式传感器可以实现产品的轻量化设计，减少材料的使用，低碳环保。
