固封极柱用真空灭弧室的一些关注4点

1、 固封极柱用真空灭弧室固封极柱用真空灭弧室的一些特殊要求的一些特殊要求中国振华电子集团宇光电工有限公司中国振华电子集团宇光电工有限公司 固封极柱是什么？固封极柱是什么？ 通过通过APG环氧树脂自动压力凝胶成环氧树脂自动压力凝胶成型技术型技术,采用环氧树脂作为绝缘介质采用环氧树脂作为绝缘介质,利用利用环氧树脂将真空灭弧室和上下出线端等环氧树脂将真空灭弧室和上下出线端等载流元件全部密封成一体载流元件全部密封成一体,使真空灭弧室使真空灭弧室的绝缘状态完全不受外界环境的影响的绝缘状态完全不受外界环境的影响,提提高了耐环境性。高了耐环境性。 环氧树脂既是一次部分的主绝缘环氧树脂既是一次部分的主绝缘,又又

2、是它的机械支撑是它的机械支撑,其电场分布优于各种形其电场分布优于各种形状的绝缘隔板结构。状的绝缘隔板结构。 u固封极柱的优点固封极柱的优点u灭弧室被固体材料密封，不需做任何进一步的处理固封极柱即可达到很高的绝灭弧室被固体材料密封，不需做任何进一步的处理固封极柱即可达到很高的绝缘强度；缘强度；u外界环境对灭弧室的影响被排除到了最少外界环境对灭弧室的影响被排除到了最少 (机械碰撞，灰尘，湿度等机械碰撞，灰尘，湿度等) ；u适合各种气候下使用；适合各种气候下使用；u模块化的结构使极柱更紧凑更坚固；模块化的结构使极柱更紧凑更坚固；u可拆卸零件极少，增加了可靠性；可拆卸零件极少，增加了可靠性；u固封极柱

3、覆盖了广泛的使用要求终生免维护；固封极柱覆盖了广泛的使用要求终生免维护；u前景广阔，是中压断路器的发展趋势。前景广阔，是中压断路器的发展趋势。 l对真空灭弧室的同轴度的要求对真空灭弧室的同轴度的要求 l对真空灭弧室两端封接盖板强度的要求对真空灭弧室两端封接盖板强度的要求 l对真空灭弧室静端导块平面度要求：对真空灭弧室静端导块平面度要求： l对真空灭弧室绝缘设计的要求：对真空灭弧室绝缘设计的要求：l对真空灭弧室低接触电阻的要求：对真空灭弧室低接触电阻的要求：l对真空灭弧室防扭的要求：对真空灭弧室防扭的要求：l对真空灭弧室对投切电容器的要求：对真空灭弧室对投切电容器的要求： 固封极柱用真空灭弧室的

4、特殊要求固封极柱用真空灭弧室的特殊要求 一对真空灭弧室的同轴度的要求：一对真空灭弧室的同轴度的要求： 由于硅橡胶缓冲层的收缩率比环氧树脂要大，若缓冲层厚度取值较厚如由于硅橡胶缓冲层的收缩率比环氧树脂要大，若缓冲层厚度取值较厚如5mm,在在AGP成型温度成型温度110-120时，硅橡胶要占有一定的体积。当冷却到室温，特别是低时，硅橡胶要占有一定的体积。当冷却到室温，特别是低温试验后，发现硅橡胶与环氧树脂之间有间隙，使用时有击穿隐患。温试验后，发现硅橡胶与环氧树脂之间有间隙，使用时有击穿隐患。 试验发现，当硅橡胶缓冲层厚度取试验发现，当硅橡胶缓冲层厚度取3mm时，在低到时，在低到-40 时未出现有

5、间隙现象。时未出现有间隙现象。为了更加可靠，有的固封极柱制造厂家把缓冲层厚度取为了更加可靠，有的固封极柱制造厂家把缓冲层厚度取2mm，对于直径大到，对于直径大到130mm的的40.5kV的产品无疑是个高的要求。的产品无疑是个高的要求。 宇光真空灭弧室同轴度要求：宇光真空灭弧室同轴度要求： 24kV及其以下：不大于及其以下：不大于 2.0 40.5kV: 不大于不大于 2.5 （这个指标有理解上的问题，实际上宇光的同轴度指标可能比其它制造厂高一倍）（这个指标有理解上的问题，实际上宇光的同轴度指标可能比其它制造厂高一倍） 大量生产统计：大量生产统计：n 装配误差和零件公差累积误差对同轴度的影响装配

6、误差和零件公差累积误差对同轴度的影响 平均值不大于平均值不大于0.35mmn 陶瓷管壳本身不同轴或椭圆度较大，大直径的瓷管同轴度超过陶瓷管壳本身不同轴或椭圆度较大，大直径的瓷管同轴度超过2.5mm比例超过比例超过30% 可以看出，对真空灭弧室同轴度影响的最大因素可以看出，对真空灭弧室同轴度影响的最大因素-陶瓷管壳陶瓷管壳 我们在陶瓷管壳研磨做了以下的事情：我们在陶瓷管壳研磨做了以下的事情：l 采用陶瓷管壳侧面定位方式，理论上来说研磨后会把同轴度的误差放大，最大误采用陶瓷管壳侧面定位方式，理论上来说研磨后会把同轴度的误差放大，最大误差可达差可达2倍；倍； l 采用瓷管内部定位方式，理论上来说不放

7、大误差；采用瓷管内部定位方式，理论上来说不放大误差； 结果两种定位方式研磨出的效果相差不多，也就是说无论什么定位方式，在砂轮结果两种定位方式研磨出的效果相差不多，也就是说无论什么定位方式，在砂轮的压力下，都是以陶瓷管壳底面平面定位，也就是说陶瓷管壳是夹持不紧的。的压力下，都是以陶瓷管壳底面平面定位，也就是说陶瓷管壳是夹持不紧的。因此，解决陶瓷管壳同轴度的关键不在研磨而在陶瓷烧成工艺对变形度的控制。因此，解决陶瓷管壳同轴度的关键不在研磨而在陶瓷烧成工艺对变形度的控制。 我们在烧成工艺采取的措施：我们在烧成工艺采取的措施：n 陶瓷管壳的两面都要加上一定厚度、形状的盖板，减少陶瓷陶瓷管壳的两面都要加

8、上一定厚度、形状的盖板，减少陶瓷变形；变形；n下面垫板用疏松的氧化铝粉减小陶瓷收缩时的摩擦阻力；下面垫板用疏松的氧化铝粉减小陶瓷收缩时的摩擦阻力； 通过上述措施已经做到：通过上述措施已经做到： 瓷管直径瓷管直径130mm同轴度同轴度0.5mm， 而广东大浦的相同尺寸陶瓷的同轴度控制而广东大浦的相同尺寸陶瓷的同轴度控制2mm都很困难。都很困难。 二对真空灭弧室两端端盖的强度要求二对真空灭弧室两端端盖的强度要求 通常真空灭弧室的端盖有1-1.5mm的厚度，这时既能够满足使用中的机械强度要求，又有一定的桡度便于应力释放和横向操作应力释放。对于固封极柱用真空灭弧室，由于包封硅橡胶保持密封的可靠性，对灭

9、弧室端盖要施加一定的压力。而这个压力通常是凭感觉施加的，压力小了有漏胶的风险，压力大了会使灭弧室端盖产生变形。 FF 我们是这样做的：我们是这样做的：n端盖厚度根据直径不同取端盖厚度根据直径不同取 1.52.5mmn端盖圆滑过渡端盖圆滑过渡 R5 mmn端盖与无氧铜过渡焊接区域厚度取端盖与无氧铜过渡焊接区域厚度取0.6-0.8mm,长度不低于长度不低于5mmn无氧铜板厚度不低于无氧铜板厚度不低于0.8mm 能够解决包胶时的盖板变形问题同时把封接应力控制在许可的范围能够解决包胶时的盖板变形问题同时把封接应力控制在许可的范围 三三.对真空灭弧室静端导块平面度要求对真空灭弧室静端导块平面度要求 在环

10、氧树脂注射压力的驱使下，环氧树脂容易浸入灭弧室导电块与上出线之间引起回路电阻超标的问题，因此对导电块平面度有比较高的要求。 灭弧室导电块平面度的要求看起来简单，实际上带来真空灭弧室生产及转运过程的转变。通常的竖直放置由于碰撞、震动的原因，不可避免导电块产生一定程度的变形。这种变形是局部、边缘的凹陷，即使这种变形量很小，也会引起渗胶。 我们是这样做的：我们是这样做的： n 从一次封排到成品包装的全部转运过程，一律采用横向放置方式；n 真空度测试，真空灭弧室也改为横向放置，避免导电块损伤； 通过一系列流程上的改进，杜绝了灭弧室导电块碰伤的环节，导电块平面度出厂标准 0.05mm。从灭弧室环节防止渗

11、胶现象的发生。 四四.对真空灭弧室绝缘设计的要求对真空灭弧室绝缘设计的要求 通常使用时真空灭弧室陶瓷外面是空气，因此设计时只考虑真空灭弧室自身的绝缘，甚至在电场计算时陶瓷的因素不加考虑也能很好的满足绝缘要求。固封极柱用真空灭弧室的外部，有陶瓷和硅橡胶界面，有硅橡胶和环氧树脂界面。由于它们的介电常数都比较大，因此电荷存储效应明显。如果电场分布不合理，会引起局部放电增大，严重时甚至引起灭弧室陶瓷电击穿现象。 引起陶瓷电击穿的原因有下面几点：引起陶瓷电击穿的原因有下面几点：u 陶瓷外表面清洁不好或偶联剂涂覆不完整引起的击穿；陶瓷外表面清洁不好或偶联剂涂覆不完整引起的击穿；u 硅橡胶内部气泡引起的击穿

12、；硅橡胶内部气泡引起的击穿；u 热胀冷缩引起的硅橡胶与环氧树脂剥离引起的击穿；热胀冷缩引起的硅橡胶与环氧树脂剥离引起的击穿；u 屏蔽筒端口形状对击穿的影响；屏蔽筒端口形状对击穿的影响； 局放的大小除了与硅橡胶材料、环氧树脂材料密切相关以外还与包胶注射工局放的大小除了与硅橡胶材料、环氧树脂材料密切相关以外还与包胶注射工艺密切相关艺密切相关 。 我们发现：我们发现：u 屏蔽筒外翻边；如果翻边屏蔽筒外翻边；如果翻边R太大，离陶瓷太近，易引起太大，离陶瓷太近，易引起R处瓷管内表面电处瓷管内表面电场集中；场集中；u 内翻边：与触头座处内部电场太强，虽然瓷管内表面电场减弱了但是内内翻边：与触头座处内部电场

13、太强，虽然瓷管内表面电场减弱了但是内部电场电场增加许多，易产生内部击穿；部电场电场增加许多，易产生内部击穿；u 嵌套式：内部击穿频繁，工艺控制难度大；嵌套式：内部击穿频繁，工艺控制难度大； 我们以为：我们以为： 内外电场兼顾考虑才是比较好的解决方案。我们依然采内外电场兼顾考虑才是比较好的解决方案。我们依然采用外翻边，保证灭弧室内部不产生电场集中，形成比较高的用外翻边，保证灭弧室内部不产生电场集中，形成比较高的内部绝缘结构。外翻边内部绝缘结构。外翻边R处尽可能地远离陶瓷内表面，减少处尽可能地远离陶瓷内表面，减少陶瓷内表面的电场数值。当实在距离太小而又不能再向内部陶瓷内表面的电场数值。当实在距离太

14、小而又不能再向内部靠拢时，适当较小靠拢时，适当较小R值以保持与陶瓷内表面有足够的距离。值以保持与陶瓷内表面有足够的距离。 五五.对真空灭弧室低接触电阻的要求对真空灭弧室低接触电阻的要求 由于固封极柱的散热相对较差，因而提出从源头上减少发热的概念，低接由于固封极柱的散热相对较差，因而提出从源头上减少发热的概念，低接触电阻成为一种趋势触电阻成为一种趋势,在充气柜甚至形成准入的门槛。在充气柜甚至形成准入的门槛。 几种结构电阻比较几种结构电阻比较 两种结构电阻比较两种结构电阻比较 我们的做法：我们的做法：u采用采用CuCr25触头材料触头材料u适当加厚触头座（线圈）的厚度适当加厚触头座（线圈）的厚度u

15、采用厚底触头座减小座底电阻采用厚底触头座减小座底电阻 尽管目前没有达到尽管目前没有达到R触头的电阻值，还相差触头的电阻值，还相差1-2的数值。的数值。 TD-12/1250-31.5真空灭弧室已经能够做到真空灭弧室已经能够做到 不大于不大于 10的水平。的水平。 如果还要进一步降低电阻值，在现有的触头材料下，可能只有采用如果还要进一步降低电阻值，在现有的触头材料下，可能只有采用无线圈触头结构。无线圈触头结构。 六六.对真空灭弧室防扭的要求对真空灭弧室防扭的要求 通常真空灭弧室即使有防扭键槽，装配时也要求用专通常真空灭弧室即使有防扭键槽，装配时也要求用专用扳手卡住动导电杆防止波纹管被扭坏。滑动连

16、接结构的固用扳手卡住动导电杆防止波纹管被扭坏。滑动连接结构的固封极柱装拉杆时，很多厂家没有专用的夹具卡住灭弧室动导封极柱装拉杆时，很多厂家没有专用的夹具卡住灭弧室动导电杆，而是完全依靠灭弧室的防扭能力装配拉杆，因此要求电杆，而是完全依靠灭弧室的防扭能力装配拉杆，因此要求真空灭弧室能够承受至少真空灭弧室能够承受至少45Nm的扭力。的扭力。 为做到不低于为做到不低于45Nm的抗扭力，我们做了大量的试验。的抗扭力，我们做了大量的试验。u 聚四氟乙烯材料太软，平均抗扭能力不会超过聚四氟乙烯材料太软，平均抗扭能力不会超过40Nm，差的，差的时候只有时候只有33-35Nm左右。左右。u 聚酰胺耐温好聚酰胺

17、耐温好350 ，强度高，但价格太贵，不宜采用。，强度高，但价格太贵，不宜采用。u 聚苯脂耐温好强度也高但易掉粉，也不宜采用，并且价格相聚苯脂耐温好强度也高但易掉粉，也不宜采用，并且价格相对较贵。对较贵。u 尼龙加尼龙加30-40%玻纤强度高，耐温也可达玻纤强度高，耐温也可达190，可满足包括，可满足包括后处理约后处理约150固封的要求。固封的要求。u 目前我们找到了一种耐温目前我们找到了一种耐温250的高强度材料，能够满足的高强度材料，能够满足165-185固封的要求，价格比尼龙加玻纤稍贵。固封的要求，价格比尼龙加玻纤稍贵。 目前我们采用现有的导向套固定方式的抗扭力目前我们采用现有的导向套固定

18、方式的抗扭力能够达到能够达到60Nm。 满足满足45Nm抗扭力的要求是不成问题的。抗扭力的要求是不成问题的。 七七. 对真空灭弧室对投切电容器的要求对真空灭弧室对投切电容器的要求 投切电容器组重燃，目前是比较常见问题。由于投切电容器重燃的出现完全是随机的、没有规律的，因而解决的难度较大。特别是40.5kV等级，重燃率一直比较高，这也是国内的现状。 重燃出现的时间区域：重燃出现的时间区域： 从几从几ms到到1s都会出现。但重燃大都出现在都会出现。但重燃大都出现在40200ms。我们认为：我们认为：l 10ms以内的重燃与开关特性有关以内的重燃与开关特性有关l 前几次开合与灭弧室制造工艺有关前几次

19、开合与灭弧室制造工艺有关l 其它与合闸涌流拉开后产生的毛刺有关其它与合闸涌流拉开后产生的毛刺有关 重燃产生的原因重燃产生的原因 投切电容器的合闸涌流大到投切电容器的合闸涌流大到12-15kA以及高频电流的存以及高频电流的存在，熔焊力相当大。当分闸熔焊点被拉开后，拉出了许多毛在，熔焊力相当大。当分闸熔焊点被拉开后，拉出了许多毛刺。由于分断电流不大只有刺。由于分断电流不大只有400-630A，并且燃弧时间短，并且燃弧时间短，不可能把触头上所有的毛刺都烧掉。在分断后直流电场长时不可能把触头上所有的毛刺都烧掉。在分断后直流电场长时间的作用下发热，一个或数个毛刺出现汽化而产生击穿。间的作用下发热，一个或数个毛刺出现汽化而产生击穿。 对真空灭弧室老炼是否有用对真空灭弧室老炼是否有用? 答案是否定的。用电弧及电压放电对触头表面进行老炼，答案是否定的。用电弧及电压放电对触头表面进行老炼，是能够消除触头表面的毛刺，消除重燃现象。但是