淺談高壓開關(guān)柜固體絕緣技術(shù)
發(fā)布時間：2013-07-24 新聞來源：中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)
隨著電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，在提高對供電質(zhì)量要求的同時，同樣也要求降低設(shè)備長期的檢修、維護(hù)運行費用。此外，城市供電迅速發(fā)展，地鐵、高層建筑等設(shè)備安裝場所都對開關(guān)柜的絕緣技術(shù)要求進(jìn)一步提高。這樣就對開關(guān)柜的可靠性和實用性提出了更高要求，固體絕緣技術(shù)成為一種發(fā)展趨勢。
絕緣技術(shù)的重要性
高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備功能多樣，其中的遮蔽功能、隔離功能、絕緣功能和控制、保護(hù)功能均需依靠絕緣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。因此高壓開關(guān)柜的絕緣技術(shù)在高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用。
根據(jù)日本對7.2kv、1200a、20ka饋線的高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的價格統(tǒng)計，絕緣結(jié)構(gòu)占總價格的48%。所以，僅僅從經(jīng)濟(jì)角度來看，選擇合理的絕緣材料、設(shè)計出合理的絕緣結(jié)構(gòu)以及確定正確的絕緣方式對高壓開關(guān)柜的價值來說是十分關(guān)鍵的。
從高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的另一熱點—小型化出發(fā)，歐洲自上個世紀(jì)四十年代初期以來不斷推出新的絕緣方式并不斷研究開發(fā)，也包括真空斷路器等小型斷路器的不斷推出。根據(jù)日本的統(tǒng)計，高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備體積只有四十年前的五分之一，現(xiàn)今高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的價格只為四十年前的五分之一。
在開關(guān)柜中，通常的絕緣結(jié)構(gòu)形成不均勻電場。在這樣的電場中，不能僅靠增大距離來提高絕緣強度，還需要優(yōu)化電場結(jié)構(gòu)，改善電場均勻性。
絕緣材料及結(jié)構(gòu)
高壓金屬封閉開關(guān)常用的絕緣材料按形態(tài)大小可以分為：氣體絕緣材料、液體絕緣材料、半固體絕緣材料、固體絕緣材料和真空絕緣材料五類，其中固體絕緣材料應(yīng)用最廣，本文主要探討高壓開關(guān)柜的固體絕緣技術(shù)。
(一)環(huán)氧樹脂的沿革
環(huán)氧樹脂是固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要絕緣材料，1930年環(huán)氧樹脂在歐洲首先合成。環(huán)氧樹脂以高絕緣強度、高機(jī)械強度、澆注硬化時體積變化小和便于機(jī)械加工等優(yōu)點著稱。
(二)對作為主絕緣的環(huán)氧樹脂的要求
1、優(yōu)良的耐長時期電壓和短時間過電壓的絕緣特性。
2、優(yōu)良的抗拉伸、抗壓縮和抗彎曲的機(jī)械特性，以滿足操作力、電磁力和抗地震的要求。
3、優(yōu)良的耐熱、熱膨脹和熱傳導(dǎo)特性。
4、耐水分及紫外線照射。
5、不燃性或難燃性。
為了滿足不同的要求，在固體絕緣設(shè)計和制造工藝方面必須慎重加以考慮，如材料選擇、電極及各種金具的設(shè)計、模具設(shè)計及制造、澆注工藝等。在材料選擇方面由環(huán)氧樹脂主材料、硬化劑、增韌劑、增塑劑、填充劑、著色劑等，此處不予詳述。
固體絕緣技術(shù)
固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的優(yōu)點是抗外界環(huán)境、維修省里化及超小型化。其實，大氣絕緣或氣體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備等也都是使用固體絕緣的支持絕緣子、絕緣拉桿、套管、滅弧室和屏障、覆蓋等。固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備則指的是高壓帶電部分的絕緣幾乎完全由澆注環(huán)氧樹脂制品承擔(dān)，并在澆注環(huán)氧樹脂制品外噴涂鋅層并接地。環(huán)氧樹脂澆注高壓電工產(chǎn)品在1960年開始投入市場。固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備則在1965年開始在市場出現(xiàn)。
(一)固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要優(yōu)點
1、固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備占用面積只為大氣絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的10%-20%，是超小型產(chǎn)品。
2、樹脂澆注件的外表面用接地金屬層覆蓋，安全性好。
3、由于同樣原因，無相間短路發(fā)生。
4、維修省力。
(二)固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備也有下述不足
1、主回路完全由澆注件構(gòu)成，柔性不足。
2、高電壓時，高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備重量過大。
固體絕緣、復(fù)合絕緣技術(shù)的應(yīng)用使高壓開關(guān)設(shè)備的小型化程度大為提高，環(huán)境適應(yīng)能力得到了很大改善。局部放電、老化試驗的研究提高了開關(guān)設(shè)備的可靠性。新技術(shù)、新材料、新工藝的采用將極大地改善高壓開關(guān)設(shè)備的電氣性能、提高絕緣的耐電壓等級、大大提高產(chǎn)品的壽命和可靠性，有力地促進(jìn)電力工業(yè)的發(fā)展。
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