固封極柱用真空滅弧室的一些關(guān)注點(diǎn)

固封極柱用真空滅弧室的一些關(guān)注點(diǎn)第1頁/共36頁

固封極柱是什么？

通過APG環(huán)氧樹脂自動(dòng)壓力凝膠成型技術(shù),采用環(huán)氧樹脂作為絕緣介質(zhì),利用環(huán)氧樹脂將真空滅弧室和上下出線端等載流元件全部密封成一體,使真空滅弧室的絕緣狀態(tài)完全不受外界環(huán)境的影響,提高了耐環(huán)境性。環(huán)氧樹脂既是一次部分的主絕緣,又是它的機(jī)械支撐,其電場(chǎng)分布優(yōu)于各種形狀的絕緣隔板結(jié)構(gòu)。

第2頁/共36頁固封極柱的優(yōu)點(diǎn)滅弧室被固體材料密封，不需做任何進(jìn)一步的處理固封極柱即可達(dá)到很高的絕緣強(qiáng)度；外界環(huán)境對(duì)滅弧室的影響被排除到了最少(機(jī)械碰撞，灰塵，濕度等)；適合各種氣候下使用；模塊化的結(jié)構(gòu)使極柱更緊湊更堅(jiān)固；可拆卸零件極少，增加了可靠性；固封極柱覆蓋了廣泛的使用要求終生免維護(hù)；前景廣闊，是中壓斷路器的發(fā)展趨勢(shì)。

第3頁/共36頁對(duì)真空滅弧室的同軸度的要求

對(duì)真空滅弧室兩端封接蓋板強(qiáng)度的要求

對(duì)真空滅弧室靜端導(dǎo)塊平面度要求：

對(duì)真空滅弧室絕緣設(shè)計(jì)的要求：對(duì)真空滅弧室低接觸電阻的要求：對(duì)真空滅弧室防扭的要求：對(duì)真空滅弧室對(duì)投切電容器的要求：

固封極柱用真空滅弧室的特殊要求第4頁/共36頁

一．對(duì)真空滅弧室的同軸度的要求：由于硅橡膠緩沖層的收縮率比環(huán)氧樹脂要大，若緩沖層厚度取值較厚如5mm,在AGP成型溫度110-120℃時(shí)，硅橡膠要占有一定的體積。當(dāng)冷卻到室溫，特別是低溫試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)硅橡膠與環(huán)氧樹脂之間有間隙，使用時(shí)有擊穿隱患。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅橡膠緩沖層厚度取3mm時(shí)，在低到-40℃時(shí)未出現(xiàn)有間隙現(xiàn)象。為了更加可靠，有的固封極柱制造廠家把緩沖層厚度取2mm，對(duì)于直徑大到130mm的40.5kV的產(chǎn)品無疑是個(gè)高的要求。

宇光真空滅弧室同軸度要求：

24kV及其以下：不大于2.040.5kV:不大于2.5

（這個(gè)指標(biāo)有理解上的問題，實(shí)際上宇光的同軸度指標(biāo)可能比其它制造廠高一倍）

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大量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)：裝配誤差和零件公差累積誤差對(duì)同軸度的影響平均值不大于0.35mm陶瓷管殼本身不同軸或橢圓度較大，大直徑的瓷管同軸度超過2.5mm比例超過30%

可以看出，對(duì)真空滅弧室同軸度影響的最大因素----陶瓷管殼第6頁/共36頁

我們?cè)谔沾晒軞ぱ心プ隽艘韵碌氖虑椋翰捎锰沾晒軞?cè)面定位方式，理論上來說研磨后會(huì)把同軸度的誤差放大，最大誤差可達(dá)2倍；

采用瓷管內(nèi)部定位方式，理論上來說不放大誤差；結(jié)果兩種定位方式研磨出的效果相差不多，也就是說無論什么定位方式，在砂輪的壓力下，都是以陶瓷管殼底面平面定位，也就是說陶瓷管殼是夾持不緊的。因此，解決陶瓷管殼同軸度的關(guān)鍵不在研磨而在陶瓷燒成工藝對(duì)變形度的控制。第7頁/共36頁

我們?cè)跓晒に嚥扇〉拇胧禾沾晒軞さ膬擅娑家由弦欢ê穸取⑿螤畹纳w板，減少陶瓷變形；下面墊板用疏松的氧化鋁粉減小陶瓷收縮時(shí)的摩擦阻力；通過上述措施已經(jīng)做到：

瓷管直徑130mm同軸度≤0.5mm，而廣東大浦的相同尺寸陶瓷的同軸度控制≤2mm都很困難。第8頁/共36頁

二．對(duì)真空滅弧室兩端端蓋的強(qiáng)度要求

通常真空滅弧室的端蓋有1-1.5mm的厚度，這時(shí)既能夠滿足使用中的機(jī)械強(qiáng)度要求，又有一定的橈度便于應(yīng)力釋放和橫向操作應(yīng)力釋放。對(duì)于固封極柱用真空滅弧室，由于包封硅橡膠保持密封的可靠性，對(duì)滅弧室端蓋要施加一定的壓力。而這個(gè)壓力通常是憑感覺施加的，壓力小了有漏膠的風(fēng)險(xiǎn)，壓力大了會(huì)使滅弧室端蓋產(chǎn)生變形。

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我們是這樣做的：端蓋厚度根據(jù)直徑不同取1.5—2.5mm端蓋圓滑過渡R≥5mm端蓋與無氧銅過渡焊接區(qū)域厚度取0.6-0.8mm,長度不低于5mm無氧銅板厚度不低于0.8mm

能夠解決包膠時(shí)的蓋板變形問題同時(shí)把封接應(yīng)力控制在許可的范圍第10頁/共36頁

三.對(duì)真空滅弧室靜端導(dǎo)塊平面度要求

在環(huán)氧樹脂注射壓力的驅(qū)使下，環(huán)氧樹脂容易浸入滅弧室導(dǎo)電塊與上出線之間引起回路電阻超標(biāo)的問題，因此對(duì)導(dǎo)電塊平面度有比較高的要求。滅弧室導(dǎo)電塊平面度的要求看起來簡(jiǎn)單，實(shí)際上帶來真空滅弧室生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)過程的轉(zhuǎn)變。通常的豎直放置由于碰撞、震動(dòng)的原因，不可避免導(dǎo)電塊產(chǎn)生一定程度的變形。這種變形是局部、邊緣的凹陷，即使這種變形量很小，也會(huì)引起滲膠。

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我們是這樣做的：

從一次封排到成品包裝的全部轉(zhuǎn)運(yùn)過程，一律采用橫向放置方式；真空度測(cè)試，真空滅弧室也改為橫向放置，避免導(dǎo)電塊損傷；通過一系列流程上的改進(jìn)，杜絕了滅弧室導(dǎo)電塊碰傷的環(huán)節(jié)，導(dǎo)電塊平面度出廠標(biāo)準(zhǔn)≤0.05mm。從滅弧室環(huán)節(jié)防止?jié)B膠現(xiàn)象的發(fā)生。

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四.對(duì)真空滅弧室絕緣設(shè)計(jì)的要求

通常使用時(shí)真空滅弧室陶瓷外面是空氣，因此設(shè)計(jì)時(shí)只考慮真空滅弧室自身的絕緣，甚至在電場(chǎng)計(jì)算時(shí)陶瓷的因素不加考慮也能很好的滿足絕緣要求。固封極柱用真空滅弧室的外部，有陶瓷和硅橡膠界面，有硅橡膠和環(huán)氧樹脂界面。由于它們的介電常數(shù)都比較大，因此電荷存儲(chǔ)效應(yīng)明顯。如果電場(chǎng)分布不合理，會(huì)引起局部放電增大，嚴(yán)重時(shí)甚至引起滅弧室陶瓷電擊穿現(xiàn)象。

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引起陶瓷電擊穿的原因有下面幾點(diǎn)：陶瓷外表面清潔不好或偶聯(lián)劑涂覆不完整引起的擊穿；硅橡膠內(nèi)部氣泡引起的擊穿；熱脹冷縮引起的硅橡膠與環(huán)氧樹脂剝離引起的擊穿；屏蔽筒端口形狀對(duì)擊穿的影響；局放的大小除了與硅橡膠材料、環(huán)氧樹脂材料密切相關(guān)以外還與包膠注射工藝密切相關(guān)。第14頁/共36頁

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我們發(fā)現(xiàn)：屏蔽筒外翻邊；如果翻邊R太大，離陶瓷太近，易引起R處瓷管內(nèi)表面電場(chǎng)集中；內(nèi)翻邊：與觸頭座處內(nèi)部電場(chǎng)太強(qiáng)，雖然瓷管內(nèi)表面電場(chǎng)減弱了但是內(nèi)部電場(chǎng)電場(chǎng)增加許多，易產(chǎn)生內(nèi)部擊穿；嵌套式：內(nèi)部擊穿頻繁，工藝控制難度大；第19頁/共36頁

我們以為：內(nèi)外電場(chǎng)兼顧考慮才是比較好的解決方案。我們依然采用外翻邊，保證滅弧室內(nèi)部不產(chǎn)生電場(chǎng)集中，形成比較高的內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)。外翻邊R處盡可能地遠(yuǎn)離陶瓷內(nèi)表面，減少陶瓷內(nèi)表面的電場(chǎng)數(shù)值。當(dāng)實(shí)在距離太小而又不能再向內(nèi)部靠攏時(shí)，適當(dāng)較小R值以保持與陶瓷內(nèi)表面有足夠的距離。第20頁/共36頁

五.對(duì)真空滅弧室低接觸電阻的要求由于固封極柱的散熱相對(duì)較差，因而提出從源頭上減少發(fā)熱的概念，低接觸電阻成為一種趨勢(shì),在充氣柜甚至形成準(zhǔn)入的門檻。

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幾種結(jié)構(gòu)電阻比較

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兩種結(jié)構(gòu)電阻比較

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我們的做法：采用CuCr25觸頭材料適當(dāng)加厚觸頭座（線圈）的厚度采用厚底觸頭座減小座底電阻盡管目前沒有達(dá)到R觸頭的電阻值，還相差1-2μΩ的數(shù)值。

TD-12/1250-31.5真空滅弧室已經(jīng)能夠做到不大于10μΩ的水平。如果還要進(jìn)一步降低電阻值，在現(xiàn)有的觸頭材料下，可能只有采用無線圈觸頭結(jié)構(gòu)。

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六.對(duì)真空滅弧室防扭的要求

通常真空滅弧室即使有防扭鍵槽，裝配時(shí)也要求用專用扳手卡住動(dòng)導(dǎo)電桿防止波紋管被扭壞。滑動(dòng)連接結(jié)構(gòu)的固封極柱裝拉桿時(shí)，很多廠家沒有專用的夾具卡住滅弧室動(dòng)導(dǎo)電桿，而是完全依靠滅弧室的防扭能力裝配拉桿，因此要求真空滅弧室能夠承受至少45Nm的扭力。第25頁/共36頁

為做到不低于45Nm的抗扭力，我們做了大量的試驗(yàn)。聚四氟乙烯材料太軟，平均抗扭能力不會(huì)超過40Nm，差的時(shí)候只有33-35Nm左右。聚酰胺耐溫好350℃，強(qiáng)度高，但價(jià)格太貴，不宜采用。聚苯脂耐溫好強(qiáng)度也高但易掉粉，也不宜采用，并且價(jià)格相對(duì)較貴。尼龍加30-40%玻纖強(qiáng)度高，耐溫也可達(dá)190℃，可滿足包括后處理約150℃固封的要求。目前我們找到了一種耐溫250℃的高強(qiáng)度材料，能夠滿足165-185℃固封的要求，價(jià)格比尼龍加玻纖稍貴。

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目前我們采用現(xiàn)有的導(dǎo)向套固定方式的抗扭力能夠達(dá)到60Nm。滿足45Nm抗扭力的要求是不成問題的。

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七.對(duì)真空滅弧室對(duì)投切電容器的要求

投切電容器組重燃，目前是比較常見問題。由于投切電容器重燃的出現(xiàn)完全是隨機(jī)的、沒有規(guī)律的，因而解決的難度較大。特別是40.5kV等級(jí)，重燃率一直比較高，這也是國內(nèi)的現(xiàn)狀。

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重燃出現(xiàn)的時(shí)間區(qū)域：

從幾ms到1s都會(huì)出現(xiàn)。但重燃大都出現(xiàn)在40—200ms。我們認(rèn)為：10ms以內(nèi)的重燃與開關(guān)特性有關(guān)前幾次開合與滅弧室制造工藝有關(guān)其它與合閘涌流拉開后產(chǎn)生的毛刺有關(guān)

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重燃產(chǎn)生的原因投切電容器的合閘涌流大到12-15kA以及高頻電流的存在，熔焊力相當(dāng)大。當(dāng)分閘熔焊點(diǎn)被拉開后，拉出了許多毛刺。由于分?jǐn)嚯娏鞑淮笾挥?00-630A，并且燃弧時(shí)間短，不可能把觸頭上所有的毛刺都燒掉。在分?jǐn)嗪笾绷麟妶?chǎng)長時(shí)間的作用下發(fā)熱，一個(gè)或數(shù)個(gè)毛刺出現(xiàn)汽化而產(chǎn)生擊穿。

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對(duì)真空滅弧室老煉是否有用?

答案是否定的。用電弧及電壓放電對(duì)觸頭表面進(jìn)行老煉，是能夠消除觸頭表面的毛刺，消除重燃現(xiàn)象。但是滅弧室裝在斷路器上一次或數(shù)次開合后，合閘涌流改變了觸頭表面狀況，新的毛刺又重新產(chǎn)生了。

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對(duì)斷路器老煉是否有用呢？答案是肯定的。這是因?yàn)橐坏缁∈已b配好后，觸頭之間接觸點(diǎn)的相對(duì)位置基本確定下來，通過大電流可以消除這些接觸點(diǎn)拉出的毛刺，可以顯著降低重燃出現(xiàn)的幾率。

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宇光目前的做法：采用容性瞬態(tài)放電老煉

1）模擬合閘狀況，合閘涌流可達(dá)12-15kA；