1、 固封極柱用真空滅弧室固封極柱用真空滅弧室的一些特殊要求的一些特殊要求中國振華電子集團宇光電工有限公司中國振華電子集團宇光電工有限公司 固封極柱是什么？固封極柱是什么？ 通過通過APG環氧樹脂自動壓力凝膠成環氧樹脂自動壓力凝膠成型技術型技術,采用環氧樹脂作為絕緣介質采用環氧樹脂作為絕緣介質,利用利用環氧樹脂將真空滅弧室和上下出線端等環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載流元件全部密封成一體,使真空滅弧室使真空滅弧室的絕緣狀態完全不受外界環境的影響的絕緣狀態完全不受外界環境的影響,提提高了耐環境性。高了耐環境性。 環氧樹脂既是一次部分的主絕緣環氧樹脂既是一次部分的主絕緣,又又

2、是它的機械支撐是它的機械支撐,其電場分布優于各種形其電場分布優于各種形狀的絕緣隔板結構。狀的絕緣隔板結構。 u固封極柱的優點固封極柱的優點u滅弧室被固體材料密封，不需做任何進一步的處理固封極柱即可達到很高的絕滅弧室被固體材料密封，不需做任何進一步的處理固封極柱即可達到很高的絕緣強度；緣強度；u外界環境對滅弧室的影響被排除到了最少外界環境對滅弧室的影響被排除到了最少 (機械碰撞，灰塵，濕度等機械碰撞，灰塵，濕度等) ；u適合各種氣候下使用；適合各種氣候下使用；u模塊化的結構使極柱更緊湊更堅固；模塊化的結構使極柱更緊湊更堅固；u可拆卸零件極少，增加了可靠性；可拆卸零件極少，增加了可靠性；u固封極柱

3、覆蓋了廣泛的使用要求終生免維護；固封極柱覆蓋了廣泛的使用要求終生免維護；u前景廣闊，是中壓斷路器的發展趨勢。前景廣闊，是中壓斷路器的發展趨勢。 l對真空滅弧室的同軸度的要求對真空滅弧室的同軸度的要求 l對真空滅弧室兩端封接蓋板強度的要求對真空滅弧室兩端封接蓋板強度的要求 l對真空滅弧室靜端導塊平面度要求：對真空滅弧室靜端導塊平面度要求： l對真空滅弧室絕緣設計的要求：對真空滅弧室絕緣設計的要求：l對真空滅弧室低接觸電阻的要求：對真空滅弧室低接觸電阻的要求：l對真空滅弧室防扭的要求：對真空滅弧室防扭的要求：l對真空滅弧室對投切電容器的要求：對真空滅弧室對投切電容器的要求： 固封極柱用真空滅弧室的

4、特殊要求固封極柱用真空滅弧室的特殊要求 一對真空滅弧室的同軸度的要求：一對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氧樹脂要大，若緩沖層厚度取值較厚如由于硅橡膠緩沖層的收縮率比環氧樹脂要大，若緩沖層厚度取值較厚如5mm,在在AGP成型溫度成型溫度110-120時，硅橡膠要占有一定的體積。當冷卻到室溫，特別是低時，硅橡膠要占有一定的體積。當冷卻到室溫，特別是低溫試驗后，發現硅橡膠與環氧樹脂之間有間隙，使用時有擊穿隱患。溫試驗后，發現硅橡膠與環氧樹脂之間有間隙，使用時有擊穿隱患。 試驗發現，當硅橡膠緩沖層厚度取試驗發現，當硅橡膠緩沖層厚度取3mm時，在低到時，在低到-40 時未出現有

5、間隙現象。時未出現有間隙現象。為了更加可靠，有的固封極柱制造廠家把緩沖層厚度取為了更加可靠，有的固封極柱制造廠家把緩沖層厚度取2mm，對于直徑大到，對于直徑大到130mm的的40.5kV的產品無疑是個高的要求。的產品無疑是個高的要求。 宇光真空滅弧室同軸度要求：宇光真空滅弧室同軸度要求： 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 （這個指標有理解上的問題，實際上宇光的同軸度指標可能比其它制造廠高一倍）（這個指標有理解上的問題，實際上宇光的同軸度指標可能比其它制造廠高一倍） 大量生產統計：大量生產統計：n 裝配誤差和零件公差累積誤差對同軸度的影響裝配

6、誤差和零件公差累積誤差對同軸度的影響 平均值不大于平均值不大于0.35mmn 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比例超過比例超過30% 可以看出，對真空滅弧室同軸度影響的最大因素可以看出，對真空滅弧室同軸度影響的最大因素-陶瓷管殼陶瓷管殼 我們在陶瓷管殼研磨做了以下的事情：我們在陶瓷管殼研磨做了以下的事情：l 采用陶瓷管殼側面定位方式，理論上來說研磨后會把同軸度的誤差放大，最大誤采用陶瓷管殼側面定位方式，理論上來說研磨后會把同軸度的誤差放大，最大誤差可達差可達2倍；倍； l 采用瓷管內部定位方式，理論上來說不放

7、大誤差；采用瓷管內部定位方式，理論上來說不放大誤差； 結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，在砂輪結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。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鍵不在研磨而在陶瓷燒成工藝對變形度的控制。因此，解決陶瓷管殼同軸度的關鍵不在研磨而在陶瓷燒成工藝對變形度的控制。 我們在燒成工藝采取的措施：我們在燒成工藝采取的措施：n 陶瓷管殼的兩面都要加上一定厚度、形狀的蓋板，減少陶瓷陶瓷管殼的兩面都要加

8、上一定厚度、形狀的蓋板，減少陶瓷變形；變形；n下面墊板用疏松的氧化鋁粉減小陶瓷收縮時的摩擦阻力；下面墊板用疏松的氧化鋁粉減小陶瓷收縮時的摩擦阻力； 通過上述措施已經做到：通過上述措施已經做到： 瓷管直徑瓷管直徑130mm同軸度同軸度0.5mm， 而廣東大浦的相同尺寸陶瓷的同軸度控制而廣東大浦的相同尺寸陶瓷的同軸度控制2mm都很困難。都很困難。 二對真空滅弧室兩端端蓋的強度要求二對真空滅弧室兩端端蓋的強度要求 通常真空滅弧室的端蓋有1-1.5mm的厚度，這時既能夠滿足使用中的機械強度要求，又有一定的橈度便于應力釋放和橫向操作應力釋放。對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，對滅

9、弧室端蓋要施加一定的壓力。而這個壓力通常是憑感覺施加的，壓力小了有漏膠的風險，壓力大了會使滅弧室端蓋產生變形。 FF 我們是這樣做的：我們是這樣做的：n端蓋厚度根據直徑不同取端蓋厚度根據直徑不同取 1.52.5mmn端蓋圓滑過渡端蓋圓滑過渡 R5 mmn端蓋與無氧銅過渡焊接區域厚度取端蓋與無氧銅過渡焊接區域厚度取0.6-0.8mm,長度不低于長度不低于5mmn無氧銅板厚度不低于無氧銅板厚度不低于0.8mm 能夠解決包膠時的蓋板變形問題同時把封接應力控制在許可的范圍能夠解決包膠時的蓋板變形問題同時把封接應力控制在許可的范圍 三三.對真空滅弧室靜端導塊平面度要求對真空滅弧室靜端導塊平面度要求 在環

10、氧樹脂注射壓力的驅使下，環氧樹脂容易浸入滅弧室導電塊與上出線之間引起回路電阻超標的問題，因此對導電塊平面度有比較高的要求。 滅弧室導電塊平面度的要求看起來簡單，實際上帶來真空滅弧室生產及轉運過程的轉變。通常的豎直放置由于碰撞、震動的原因，不可避免導電塊產生一定程度的變形。這種變形是局部、邊緣的凹陷，即使這種變形量很小，也會引起滲膠。 我們是這樣做的：我們是這樣做的： n 從一次封排到成品包裝的全部轉運過程，一律采用橫向放置方式；n 真空度測試，真空滅弧室也改為橫向放置，避免導電塊損傷； 通過一系列流程上的改進，杜絕了滅弧室導電塊碰傷的環節，導電塊平面度出廠標準 0.05mm。從滅弧室環節防止滲

11、膠現象的發生。 四四.對真空滅弧室絕緣設計的要求對真空滅弧室絕緣設計的要求 通常使用時真空滅弧室陶瓷外面是空氣，因此設計時只考慮真空滅弧室自身的絕緣，甚至在電場計算時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，有硅橡膠和環氧樹脂界面。由于它們的介電常數都比較大，因此電荷存儲效應明顯。如果電場分布不合理，會引起局部放電增大，嚴重時甚至引起滅弧室陶瓷電擊穿現象。 引起陶瓷電擊穿的原因有下面幾點：引起陶瓷電擊穿的原因有下面幾點：u 陶瓷外表面清潔不好或偶聯劑涂覆不完整引起的擊穿；陶瓷外表面清潔不好或偶聯劑涂覆不完整引起的擊穿；u 硅橡膠內部氣泡引起的擊穿

12、；硅橡膠內部氣泡引起的擊穿；u 熱脹冷縮引起的硅橡膠與環氧樹脂剝離引起的擊穿；熱脹冷縮引起的硅橡膠與環氧樹脂剝離引起的擊穿；u 屏蔽筒端口形狀對擊穿的影響；屏蔽筒端口形狀對擊穿的影響； 局放的大小除了與硅橡膠材料、環氧樹脂材料密切相關以外還與包膠注射工局放的大小除了與硅橡膠材料、環氧樹脂材料密切相關以外還與包膠注射工藝密切相關藝密切相關 。 我們發現：我們發現：u 屏蔽筒外翻邊；如果翻邊屏蔽筒外翻邊；如果翻邊R太大，離陶瓷太近，易引起太大，離陶瓷太近，易引起R處瓷管內表面電處瓷管內表面電場集中；場集中；u 內翻邊：與觸頭座處內部電場太強，雖然瓷管內表面電場減弱了但是內內翻邊：與觸頭座處內部電場

13、太強，雖然瓷管內表面電場減弱了但是內部電場電場增加許多，易產生內部擊穿；部電場電場增加許多，易產生內部擊穿；u 嵌套式：內部擊穿頻繁，工藝控制難度大；嵌套式：內部擊穿頻繁，工藝控制難度大； 我們以為：我們以為： 內外電場兼顧考慮才是比較好的解決方案。我們依然采內外電場兼顧考慮才是比較好的解決方案。我們依然采用外翻邊，保證滅弧室內部不產生電場集中，形成比較高的用外翻邊，保證滅弧室內部不產生電場集中，形成比較高的內部絕緣結構。外翻邊內部絕緣結構。外翻邊R處盡可能地遠離陶瓷內表面，減少處盡可能地遠離陶瓷內表面，減少陶瓷內表面的電場數值。當實在距離太小而又不能再向內部陶瓷內表面的電場數值。當實在距離太

14、小而又不能再向內部靠攏時，適當較小靠攏時，適當較小R值以保持與陶瓷內表面有足夠的距離。值以保持與陶瓷內表面有足夠的距離。 五五.對真空滅弧室低接觸電阻的要求對真空滅弧室低接觸電阻的要求 由于固封極柱的散熱相對較差，因而提出從源頭上減少發熱的概念，低接由于固封極柱的散熱相對較差，因而提出從源頭上減少發熱的概念，低接觸電阻成為一種趨勢觸電阻成為一種趨勢,在充氣柜甚至形成準入的門檻。在充氣柜甚至形成準入的門檻。 幾種結構電阻比較幾種結構電阻比較 兩種結構電阻比較兩種結構電阻比較 我們的做法：我們的做法：u采用采用CuCr25觸頭材料觸頭材料u適當加厚觸頭座（線圈）的厚度適當加厚觸頭座（線圈）的厚度u

15、采用厚底觸頭座減小座底電阻采用厚底觸頭座減小座底電阻 盡管目前沒有達到盡管目前沒有達到R觸頭的電阻值，還相差觸頭的電阻值，還相差1-2的數值。的數值。 TD-12/1250-31.5真空滅弧室已經能夠做到真空滅弧室已經能夠做到 不大于不大于 10的水平。的水平。 如果還要進一步降低電阻值，在現有的觸頭材料下，可能只有采用如果還要進一步降低電阻值，在現有的觸頭材料下，可能只有采用無線圈觸頭結構。無線圈觸頭結構。 六六.對真空滅弧室防扭的要求對真空滅弧室防扭的要求 通常真空滅弧室即使有防扭鍵槽，裝配時也要求用專通常真空滅弧室即使有防扭鍵槽，裝配時也要求用專用扳手卡住動導電桿防止波紋管被扭壞。滑動連

16、接結構的固用扳手卡住動導電桿防止波紋管被扭壞。滑動連接結構的固封極柱裝拉桿時，很多廠家沒有專用的夾具卡住滅弧室動導封極柱裝拉桿時，很多廠家沒有專用的夾具卡住滅弧室動導電桿，而是完全依靠滅弧室的防扭能力裝配拉桿，因此要求電桿，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真空滅弧室能夠承受至少45Nm的扭力。的扭力。 為做到不低于為做到不低于45Nm的抗扭力，我們做了大量的試驗。的抗扭力，我們做了大量的試驗。u 聚四氟乙烯材料太軟，平均抗扭能力不會超過聚四氟乙烯材料太軟，平均抗扭能力不會超過40Nm，差的，差的時候只有時候只有33-35Nm左右。左右。u 聚酰胺耐溫好聚酰胺

17、耐溫好350 ，強度高，但價格太貴，不宜采用。，強度高，但價格太貴，不宜采用。u 聚苯脂耐溫好強度也高但易掉粉，也不宜采用，并且價格相聚苯脂耐溫好強度也高但易掉粉，也不宜采用，并且價格相對較貴。對較貴。u 尼龍加尼龍加30-40%玻纖強度高，耐溫也可達玻纖強度高，耐溫也可達190，可滿足包括，可滿足包括后處理約后處理約150固封的要求。固封的要求。u 目前我們找到了一種耐溫目前我們找到了一種耐溫250的高強度材料，能夠滿足的高強度材料，能夠滿足165-185固封的要求，價格比尼龍加玻纖稍貴。固封的要求，價格比尼龍加玻纖稍貴。 目前我們采用現有的導向套固定方式的抗扭力目前我們采用現有的導向套固定

18、方式的抗扭力能夠達到能夠達到60Nm。 滿足滿足45Nm抗扭力的要求是不成問題的。抗扭力的要求是不成問題的。 七七. 對真空滅弧室對投切電容器的要求對真空滅弧室對投切電容器的要求 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完全是隨機的、沒有規律的，因而解決的難度較大。特別是40.5kV等級，重燃率一直比較高，這也是國內的現狀。 重燃出現的時間區域：重燃出現的時間區域： 從幾從幾ms到到1s都會出現。但重燃大都出現在都會出現。但重燃大都出現在40200ms。我們認為：我們認為：l 10ms以內的重燃與開關特性有關以內的重燃與開關特性有關l 前幾次開合與滅弧室制造工藝有關前幾次

19、開合與滅弧室制造工藝有關l 其它與合閘涌流拉開后產生的毛刺有關其它與合閘涌流拉開后產生的毛刺有關 重燃產生的原因重燃產生的原因 投切電容器的合閘涌流大到投切電容器的合閘涌流大到12-15kA以及高頻電流的存以及高頻電流的存在，熔焊力相當大。當分閘熔焊點被拉開后，拉出了許多毛在，熔焊力相當大。當分閘熔焊點被拉開后，拉出了許多毛刺。由于分斷電流不大只有刺。由于分斷電流不大只有400-630A，并且燃弧時間短，并且燃弧時間短，不可能把觸頭上所有的毛刺都燒掉。在分斷后直流電場長時不可能把觸頭上所有的毛刺都燒掉。在分斷后直流電場長時間的作用下發熱，一個或數個毛刺出現汽化而產生擊穿。間的作用下發熱，一個或數個毛刺出現汽化而產生擊穿。 對真空滅弧室老煉是否有用對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觸頭表面進行老煉，答案是否定的。用電弧及電壓放電對觸頭表面進行老煉，是能夠消除觸頭表面的毛刺，消除重燃現象。但是滅