硅橡胶复合绝缘户外互感器的结构设计

欧希堂，郭桂荣

（大连北方互感器集团有限公司，大连 116203）

硅橡胶复合绝缘户外互感器的结构设计

欧希堂，郭桂荣

（大连北方互感器集团有限公司，大连 116203）

为保证户外电流、电压互感器在各种户外恶劣环境下能有效安全运行，通过硅橡胶与环氧树脂复合材料对户外电流、电压互感器结构进行优化设计，生产研制出机械强度高、绝缘性能稳定的复合绝缘户外电流、电压互感器。

硅橡胶；复合绝缘；互感器；结构设计

0 引言

目前我国电网使用的35 kV及以下电流、电压互感器主要为户外环氧树脂绝缘及油浸式结构，其运行环境条件涵盖了各种户外恶劣环境，重工业区、沿海多雾区、粉尘较多的铁厂、铝厂、水泥厂等，各种环境对户外互感器绝缘性能均提出了严峻的考验，伴随着智能化电站及无人值班变电所的建立对户外电流、电压互感器提出了诸多新要求：高动热稳定电流互感器要求互感器绝缘有更高机械强度；要求产品有较大的泄漏爬电距离，在多粉尘、多盐雾地区产品结构和选材上能一定程度耐受湿污和覆冰而不发生闪络；产品使用寿命长 （20～30年），经受住严寒酷暑的考验；产品具有自洁性，不需单独投入成本进行定期维护或维修。

1 问题分析

1.1 油浸式互感器

一、二次为瓷柱绝缘子，因为原材料采购容易及具有良好的耐蚀性，至今各种领域中用途仍然十分广泛。

由于瓷表面的亲水性，积污潮湿后极易发生污闪现象；瓷绝缘子的脆硬性以及膨胀率易于金属壳体失配的特性，使安装应力，热胀冷缩应力成为其以后爆裂、松动漏油的主要因素；油浸式互感器由于瓷瓶于金属联接，造成运输、安装困难，产品制造工艺消耗大；根据经验，1～3年需进行小修，若发现较大问题时需要进行大修，大修程序工艺要求复杂，环境要求严格且成本较高等特点。

1.2 传统户外环氧树脂浇注式互感器

产品主要绝缘部分及绝缘子部位均为环氧树脂浇注为一体式。

1）电气、机械性能和加工工艺性能十分优良。

2）户外环氧树脂原材料保质期较短，一般在4个月以内，原材料采购及保存工作比较繁琐，过期材料使用后产品容易出现开裂，及绝缘击穿现象。

3）长期稳定性能欠佳，表现为产品长期处于户外环境（2～3年后），由于紫外线的副射，产品表面会出现粗糙粉化现象，估计使用寿命在10～15年（吉林电业局挂网运行的组合互感器出现表面粗糙现象）。

4）表面粗糙后，表面憎水性下降，在小雨、多雾、露等高湿度环境下能形成连续的水膜，目前解决的办法是增加产品的沿面泄漏距离，方法一是增加绝缘伞裙片数，方法二是采用大小间隔的伞裙结构来延长沿面泄漏距离。

5）对于重粉尘污秽地区如铁厂、水泥厂等环境要定期清除表面的灰尘。

1.3 硅橡胶复合绝缘互感器

硅橡胶复合绝缘互感器并不是产品所有绝缘材料均为硅橡胶原料，主要是采用硅橡胶作为产品的外套，因为硅橡胶比较柔软，抗撕裂性能差，自身不能作为结构材料，产品主体结构件由环氧树脂浇注成形。近年来硅橡胶复合绝缘的生产技术得到快速发展，且已广泛应用于避雷器、互感器、户外真空断路器、户外绝缘子等，这类产品的综合技术水平已基本达到了世界先进水平。

1.4 硅橡胶复合绝缘的基本性能

憎水性迁移，表面有污秽后，也能使绝缘表面具有憎水性，从而使之污耐受电压能力明显高于其它材料。表面的污层因具有憎水性而很难受潮，水蒸汽在其表面凝结成细小水珠，很难形成连续水膜，泄漏电流小，不容易发生较强的局部电弧，也难发展成污闪放电，一般达到饱和受潮时约需100 min，而电瓷绝缘子污层饱和受潮形成连续的导电膜的时间一般只有15 min。试验结果表明，硅橡胶复合绝缘的污闪电压梯度至少是电瓷绝缘子的2.4倍，即在同样污秽条件下，这种绝缘子的污闪电压可达到相同表面爬电距离电瓷绝缘子的2倍以上［1］。

硅橡胶也存在老化问题，从已进行的试验看，该材料的使用寿命估计可达到20～30年（指在一定的配方，一定的合成工艺条件下，否则将明显低于这一预计寿命），硅橡胶老化失效有两种方式，憎水性丧失和材料性劣化，硅橡胶优良耐污性能的寿命，也就是憎水性迁移效应维持时间。室内试验及目前运行情况表明在一般电气设备的运行寿命期内，硅橡胶复合绝缘体的憎水性没有丧失的迹象，即这种绝缘子的优良耐污性能不会出现明显的长期衰退劣化现象，另外硅橡胶绝缘子表面憎水性还有暂时消失与恢复的功能。

优良配方的硅橡胶材料在斜面法试验中，它的耐电起痕和电蚀损能力达到6 kV的最高等级 （一般达到4.5 KV级材料就认为可以用于户外高压绝缘），为模拟严重污染条件下，硅橡胶伞套在泄漏电流、局部电弧长期放电烧蚀的情况，用1 000 h盐雾法对硅橡胶绝缘子试品进行试验。试验结果表明，良好的硅橡胶伞套表面仅有均匀的微麻细点，而且无导电的碳化漏电痕迹通道，蚀损很轻。由此可知硅橡胶复合绝缘材料，是一种性能优良的户外互感器外绝缘材料。

硅橡胶复合绝缘结构互感器一般由结构器身、内绝缘材料、外硅橡胶绝缘材料、产品安装底座等组成。

2 生产工艺

硅橡胶复合绝缘互感器生产工艺复杂严格，在传统环氧树脂浇注式内绝缘基础上增加硅橡胶套的特殊制作工艺，而为实现这一过程首要条件必需满足如下要求:内绝缘浇注体绝缘及电气性能完全满足本电压等级下产品所有例行及型式试验项目;采用真空浇注等技术手段保证外绝缘硅橡胶套必须与内绝缘浇注体的紧密可靠接触，无气隙及隔层存在;保证实现这一工艺要求实现的良好工艺操作可行性;保证产品具有本电压等级下户外产品一切电气性能及相关例行及型式试验项目;尽可能低的价格成本。

2.1 主要工艺流程

合格的内绝缘浇注体→表面磨砂→喷涂交联材料→外绝缘硅橡胶套。

2.2 硅橡胶外绝缘工艺

因为产品硅橡胶外绝缘的实现是个重要工艺工序，硅橡胶的内绝缘体结构设计可根据产品需要进行优化结构设计，尽可能在保证产品参数满足的情况下，力求产品结构简单，线条流畅美观，硅橡胶外套工艺方便可靠，总结为分体套装式、整体浇注式两种工艺方法，如图1、图2所示。

图1 分体套装式

图2 整体浇注式

2.2.1 分体套装式

对于几何形状规则的型号产品（多为圆柱式），根据产品特点硅橡胶压制模具可制成上伞盖、伞套（若干个）、底盘套等三个部分，其中的伞套为外套的主体部位，为了保证套装的严密性，在各联接部位设计成上下止口联接的优化结构型式，依次嵌套密封。

内浇注体经过精细的磨砂处理，通过相关试验合格后，在浇注体表面涂抹均匀的进口T hIXON304-EF交联剂，然后进行硅橡胶套的套装工序，有效保证硅橡胶外套与内绝缘环氧浇注的粘结过渡，机械、耐温等性能满足相关要求。

因为硅橡胶的特性软，硅橡胶外套尺寸必须可以做成比内浇注体相关尺寸较小的型式缩小配合间隙，以方便操作。

对于若干个伞套及其它等主要部分硅橡胶组件依次相互联接的外露四周边缘部位，采用近几年研制出的单组份室温硫化硅橡胶，沿四周涂0.2-0.5 mm厚一层，室温下5～10 h自行固化（硅橡胶工艺略）。

2.2.2 整体浇注式

对于几何形状复杂互感器产品适用该结构设计，对于浇注体内浇注模具及硅橡胶外浇注模具要求十分严格，必切实保证外套的的各部位尺寸均匀一致，而其所使用的硅橡胶材料为我国近年所研制一种双组份液体室温硫化RTV硅橡胶，常温下即可硫化，硫化时间可以根据生产调整，无需二次烘箱深度硫化。

内浇注体经过精细的磨砂处理，通过相关试验合格后，在浇注体表面涂抹均匀的配套研制的P h-50 A（B）交联剂底涂液，自然风干2 h后，装入已处理好的硅橡胶外浇注模具中进行真空浇注。

主要工艺如表1所示。

表1 整体浇注式主要工艺

3 结论

硅橡胶生产各工艺工序技术要求非常严格，尤其是硅橡胶材料的选取配比将直接影响到产品电气相关性能指标，生产单位对该项生产技术要严格执行工艺操作要求。

［1］张仁豫.绝缘子污秽放电［M］.北京:水利电力出版社，1992.

［2］顾乐观，孙才新.电力系统的污秽绝缘［M］.重庆:重庆大学出版社，1990.

［3］肖耀荣，高祖绵.互感器原理与设计基础［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

欧希堂，工程师，长期从事互感器检测、试验，互感器结构设计及研究工作。

Structure Design for Outdoor Instrument Transformer with Silicon Rubber Composite Insulation

To ensure the outdoor current transformers and voltage transformers work effectively and safely under all kinds of bad environments，the structure design of outdoor instrument transformers has been optimized by using composite materials of silicon rubber and epoxy resin.That makes the outdoor composite insulation instrument transformers have high mec hanical strengt h and stable insulating property.

silicon rubber；composite insulation；instrument transformer；structure design

book=30,ebook=15

TM45

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1007－9904（2010）04－30－03

2010－03－23