SIS vs 氣體絕緣：環境角度

簡介

全球對於永續基礎建設的推動，正在重塑工程師與採購經理評估中壓開關器的方式。數十年來，SF6 氣體絕緣開關裝置一直主導著緊湊型變電站的設計 - 但是 SF6 的全球升溫潛力是 CO₂ 的 23,500 倍。¹, 在歐盟、北美和亞太地區，逐步淘汰的監管壓力正在加速。. 固體絕緣開關裝置 (SIS) 已經成為中壓配電系統中不含 SF6 的絕佳替代品，在其整個生命週期內提供同等的介電性能，卻沒有氣體絕緣所帶來的環境負擔。. 對於指定新變電站的 EPC 承包商、管理長期資產組合的公用事業工程師，以及謹慎應付不斷收緊的 ESG 合規要求的採購經理而言，這種比較不再是學術性的，而是直接決定了哪一種技術在 2025 年及之後可以獲得專案核准。本指南對 SIS 和氣體絕緣開關設備進行了嚴格的、以工程為基礎的環境比較。.

目錄

• 什麼是 SIS 開關裝置及其絕緣系統如何運作？
• SIS 和氣體絕緣開關設備在環境指標方面的比較如何？
• 在哪些配電應用中，SIS 開關設備的環保優勢最大？
• 哪些生命週期與維護因素決定 SIS vs GIS 的真正環境成本？
• 有關 SIS 開關設備與氣體絕緣開關設備的常見問題解答

什麼是 SIS 開關裝置及其絕緣系統如何運作？

固體絕緣開關裝置 (SIS) 是一種中電壓開關技術，其中所有帶電元件 - 母線、真空開關斷路器、載流觸點和連接端子 - 都完全封裝在固體介質材料中，通常是在母線、真空開關斷路器、載流觸點和連接端子中。 澆注環氧樹脂或交聯聚乙烯 (XLPE). .這樣就不需要任何絕緣氣體介質（包括 SF6）來維持相間以及帶電部件與接地外殼之間的介質隔離。.

絕緣結構的運作原理與氣體絕緣開關設備根本不同。SIS 使用固體聚合物材料的分子結構來提供永久性、免維護的電氣絕緣，而非依賴加壓氣體來抑制電離並維持介電強度。真空斷路器在切換操作期間處理電弧中斷，而固體封裝則管理穩態絕緣。.

SIS 開關設備的主要技術規格

• 額定電壓： 12 kV / 24 kV / 40.5 kV（中等電壓範圍）
• 隔熱材質： 澆鑄環氧樹脂（介電強度：20-25 kV/mm）或 XLPE
• 絕緣標準： IEC 62271-200, IEC 62271-1
• 溫度等級： F 級 (155°C) 或 H 級 (180°C) 取決於環氧配方
• 保護等級： IP67 標準 - 完全密封，防止濕氣和微粒侵入
• 電弧中斷： 真空中斷器 (VI) 技術 - 零 SF6、零機油
• 爬電距離： 每 kV ≥125 mm，用於戶外級固體絕緣 (IEC 60815)
• **機械耐久性：根據 IEC 62271-100 規定，≥10,000 次操作週期²

固體電介質系統的核心絕緣特性

• 零氣壓依賴性： 介電性能與環境壓力或海拔高度無關
• 無濕氣敏感性： 固體封裝消除了 SF6 系統所需的露點管理
• 自給式絕緣： 不需要外部監控設備（氣體密度繼電器、壓力計
• 污染免疫： 完全封裝的導體不受鹽霧、工業污染或冷凝水的影響

SIS 和氣體絕緣開關設備在環境指標方面的比較如何？

與氣體絕緣開關設備相比，固體絕緣開關設備的環保優勢在於四個可量化的方面：溫室氣體排放、壽命終期處理、製造足跡和運行環境風險。每個層面都顯示出固體絕緣產品在結構上的優勢，而這種優勢會在設備的生命週期中逐漸累積。.

SF6 氣體不會在大氣中自然降解。. 其在大氣中的壽命超過 3,200年³, 這意味著在製造、維護或壽命終了時的處理過程中釋放的每公斤 SF6 都會在氣候中持續活躍數千年。一塊 12 kV GIS 面板約含有 1.5-3 公斤的 SF6。在 GWP 為 23,500 的情況下，這代表 CO₂ 當量的負荷為 每塊面板 35-70 噸 - 未計算 30 年使用壽命內的任何運作滲漏。.

SIS 與氣體絕緣開關設備：環境比較

環境參數	SIS 開關設備	SF6 氣體絕緣開關設備
隔熱中 GWP	零（固態環氧）	23,500× CO₂（SF6 氣體）
作業瓦斯洩漏風險	無	0.1-0.5% 年漏電，符合 IEC 62271-203 標準4
需要廢氣回收	沒有	是 - 強制性認證回收
處理複雜性	環氧樹脂回收/填埋（受規管）	有害氣體處理 + 外殼處置
製造業碳足跡	低-中 (環氧樹脂鑄造)	中-高（SF6 生產 + 填充）
法規遵循風險	最低限度	高 - 歐盟 F-Gas 法規、EPA SNAP
生命週期環境成本	低	中-高

實際案例：歐洲公用事業專案中 ESG 驅動的規格轉換

北歐一家公用事業公司的採購經理在一個 24 kV 城市配電變電站專案的規格制定階段聯絡了我們。他們的內部 ESG 委員會指出，含 SF6 的設備不符合公司 2030 年淨零排放的承諾，而且當地環境監管機構要求任何新安裝的設備都要有書面的 SF6 減緩計劃。. 我們提供了十二組額定電壓為 24 kV / 630 A 的 SIS 開關裝置。, 因此，在該項目的環境責任登記冊中消除了約 420 公斤 SF6 當量（或 9,870 噸 CO₂當量）。採購經理指出，SIS 規格也簡化了專案的環境影響評估，完全刪除氣體處理與監測的要求。.

在哪些配電應用中，SIS 開關設備的環保優勢最大？

SIS 開關裝置的環保優勢並非適用於所有應用 - 在 SF6 洩漏風險較高、法規審查最嚴格或棄置氣體回收在物流上有困難的情況下，SIS 開關裝置的環保優勢最為明顯。.

步驟 1：定義電壓和負載需求

• 確認系統電壓：12 kV、24 kV 或 40.5 kV
• 指定每條饋線的額定正常電流：400 A / 630 A / 1250 A
• 驗證短路耐壓：通常為 20 kA 或 25 kA，持續 3 秒鐘

步驟 2：評估安裝場地的環境敏感性

• 室內都市變電站： 監管能見度高 - SIS 免除了 SF6 監控義務
• 海拔高度超過 1,000 公尺： SF6 氣體密度會隨高度下降；SIS 性能與高度無關
• 高環境溫度區： 在持續高溫環境下，固體絕緣的耐熱等級 F/H 優於氣體系統

步驟 3：與適用的環境標準和認證一致

• 歐盟 F-Gas 法規 (EU) 2024/573 - 從 2030 年起限制在新開關設備中使用 SF6⁵
• IEC 62271-200 - 涵蓋 SIS 和 GIS；SIS 裝置不含氣體相關附件
• ISO 14001 環境管理 - SIS 裝置簡化環境合規文件

SIS 環境優勢最大的應用場景

• 可再生能源變電站： 太陽能和風能收集變電站越來越多地在綠色融資契約中指定不含 SF6 的設備 - SIS 是主要受益者
• 城市地下配電： 密閉空間擴大了對人員的 SF6 洩漏風險；SIS 完全消除了這一危險
• 工業園區微電網： 已通過 ISO 14001 認證的製造設施需要文件化的不含 SF6 的設備清單 - SIS 簡化了合規性
• 沿海和海洋環境： 鹽霧會加速 SF6 外殼腐蝕，增加洩漏機率；SIS 固體封裝本身具有耐腐蝕性
• 開發市場網格擴充： 沒有經過認證的 SF6 回收基礎設施的地區可受益於 SIS 技術，該技術在任何生命週期階段都不需要處理氣體

哪些生命週期與維護因素決定 SIS vs GIS 的真正環境成本？

SIS 開關設備生命週期維護最佳實務

1. 每年檢查環氧樹脂封裝表面 - 檢查是否有追蹤痕跡、表面裂縫或汙染沉澱物，以顯示絕緣應力
2. 驗證真空中斷器的完整性 每 5 年使用接觸電阻測量一次（根據 IEC 62271-100 應 <100 µΩ）。
3. 測試操作機制 - 確認彈簧充電時間和關閉/開啟力在製造商公差範圍內
4. 檢查接地的連續性 在所有外殼面板上 - 固體絕緣不會自動愈合；接地完整性是主要的安全屏障
5. 記錄熱成像資料 每年 - 實心絕緣母線上的熱點會在絕緣故障發生前顯示連接劣化

增加環境與安全風險的生命週期常見錯誤

• 忽略環氧樹脂的表面追蹤： 固體絕緣材料上的早期痕跡可透過清潔和重新塗層來復原 - 忽視這一點會導致不可復原的絕緣材料損壞，並被迫更換，產生不必要的廢棄物
• 跳過真空中斷器的壽終評估： VI 裝置有明確的機械和電氣耐久性限制；超過額定週期的操作會增加電弧中斷故障的風險，而無任何可見的警告
• 不正確處理環氧樹脂組件： 澆鑄環氧樹脂在大多數司法管轄區被歸類為非危險固體廢料，但需要分開處理 - 與金屬廢料流混合會污染回收製程
• 由於不使用 SF6，假設零維護： SIS 所需的維護比 GIS 少，但並非免於維護 - 沒有氣體監測會造成完全被動的錯覺，導致延遲檢查

總結

固態絕緣開關設備代表著中壓配電設備評估方式的真正結構性轉變 - 不僅是電氣性能，而且是生命週期環境責任。透過完全消除 SF6 氣體，SIS 開關設備消除了傳統開關設備設計中最重要的環境責任，同時提供同等的介電性能、優異的抗污染能力，並大幅簡化生命週期結束時的處理方式。. 主要啟示：對於任何以符合環保、ESG 承諾或長期生命週期成本透明度為決策標準的配電專案而言，SIS 開關裝置不僅是更環保的選擇，更是策略上正確的選擇。.

有關 SIS 開關設備與氣體絕緣開關設備的常見問題解答

1. “「氟化氣體排放」，https://www.epa.gov/ghgemissions/fluorinated-gas-emissions。[EPA指出SF6的100年全球暖化潛力為23,500，支持文章中與CO₂的氣候影響比較]。證據作用：統計；資料來源類型：政府。支持：與二氧化碳相比，SF6 具有極高的全球升溫潛力的聲稱。. ↩

2. “Basic Function Vacuum Circuit Breaker 0-12kV 75kVp 31.5kA 3s 1250A 210 IEC”，https://www.se.com/id/en/product/EXE123112L1B/basic-function-vacuum-circuit-breaker-012kv-75kvp-31-5ka-3s-1250a-210-iec/。[施耐德電機的 IEC 評級真空斷路器資料列出 10,000 次機械操作週期，支持中電壓開關設備使用的耐久性基準]。證據作用：統計；資料來源類型：產業。支持：基於真空中斷器的開關設備所陳述的機械耐力值。範圍說明：這支持所引用的操作週期基準，作為工業產品的範例，而非適用於每種 SIS 設計的通用額定值。. ↩

3. “Free Alternative Medium and High Voltage Circuit Breakers”, https://www.epa.gov/sites/default/files/2020-10/documents/sf6_alternatives_webinar_091420.pdf。[EPA培訓材料指出，SF6的環境持久性為3,200年，支持文章中長期大氣影響的說法]。證據作用：統計；資料來源類型：政府。支持：聲稱釋放的 SF6 在幾千年內仍與氣候相關。範圍註釋：最近的一些評估報告修訂了大氣中的壽命，但這一來源支持文章中使用的3,200年的值。. ↩

4. “「高压断路器的SF6泄漏率」，https://www.epa.gov/system/files/documents/2022-05/leakrates_circuitbreakers.pdf。[EPA的文件指出，IEC對新的SF6設備洩漏的標準是每年0.5%，支持環境比較表中洩漏範圍的上限]。證據作用：統計；資料來源類型：政府。支持：聲明的 SF6 氣體絕緣設備年度洩漏基準。範圍說明：來源直接支援 0.5% IEC 上限數字；較低的實際比率可能因設備年限、設計和維護品質而異。. ↩

5. “F-Gas Regulation (Regulation (EU) 2024/573)”，https://www.esbnetworks.ie/services/get-connected/renewable-connection/f-gas-regulation。[ESB Networks 總結了 Regulation (EU) 2024/573 的淘汰日期，包括 2030 年禁止使用 24 kV 以上至 52 kV（含 52 kV）的中壓開關設備]。證據作用: general_support；資料來源類型: 政府。支持：聲稱歐盟 F-Gas 規定從 2030 年起限制在新的中壓開關器中使用 SF6。範圍註釋：同樣的規定也對 24 kV 以下（含 24 kV）的開關設備引入了較早的 2026 年限制。. ↩