固体绝缘开关柜绝缘结构的设计与分析

张永军

摘 要：本文主要研究的是固体绝缘开关的结构，在实现过程中，一般采取的措施是用绝缘强度高于空气的绝缘介质。本文重点研究了绝缘开关柜的内部结构，并确定了绝缘的改进措施，研究的结果有利于开关柜小型化的构建。

关键词：固体绝缘；开关柜；绝缘筒；回路电阻测量

引言

伴随着电力网络的逐渐成熟，对于供电的质量要求越来越高，在高质量的同时还要要求一定程度上降低对设备的维护和检修的经费，同时对于现代化的城市，由于建筑比较紧密，所以对于开关柜的尺寸要求也越来越严格，所以对于开关柜的大小有更高的要求，且开关柜的小型化也势在必行，还有就是对于开关柜的质量和性能也有了更加严格的要求。

1.开关柜的基本结构

本文谈到的固体绝缘技术，也就是使用的一定的固体绝缘物质对里面的开关等设备进行包装和密封，是起到绝缘隔离作用，还需要具备的功能就是能够起到散热和连接的作用。

在对固体绝缘设备进行设计的时候，要严格要求其对电场的屏蔽作用，对于电场分离还可以通过优化电极来加强，最后的效果就是提高绝缘介质的绝缘作用。固体绝缘材料有一个缺陷就是散热条件比较差，这对回路同流能力有很大的影响，所以为了解决这一问题就需要从源头解决，也就是减少导体的散热，另一方面还要加强散热结构的构建。

固体绝缘开关柜内部布局图如下图1所示，主要由母线室、开关室、仪表室、操作机构室以及电缆室，核心部件主要是母线和主操作机构。母线采用硅橡胶实现全绝缘全密封结构，赋予了这种材料耐高温、耐辐射和耐臭氧性能，由于抗环境老化，极适宜于户外。封闭母线位于绝缘筒下方。负荷开关、组合电器、断路器的操作机构采用标准模块化结构，平稳地实现手动、电动、自动化升级改造。

主操作机构主要由弹簧操作机构、隔离与接地开关操作机构和弹簧操作机构组成，能进行电动与手动操作，升级便捷。

图 1 固体绝缘开关柜内部布布局图

2.开关柜的相间与对地绝缘结构

所谓的实现开关柜的小型化也就是利用固体绝缘材料和空气组成绝缘设备，这个组合可以缩短开关柜内的空间距离。为什么复合的绝缘设备能够在一定程度上提高局部的击穿电压和放电呢，其主要的原因是，①绝缘表面初始电子不足，②电晕对绝缘面的发展有一定的影响，③绝缘层降低了电场的影响。

对于快关柜中的相间绝缘一般的构成都是由对导体本身进行绝缘也就是对其表面进行绝缘浇注，还有就是使用绝缘层和绝缘体之间的空气进行绝缘。在对断路器的灭弧室进行设计的时候，一般采用的办法是三项独立极柱；在对三工位隔离或接地开关进行设计的时候，一般都是将电气部分安设在绝缘筒内，还要注意的是对绝缘筒的设计必须保持密封；在对三相母线的外层进行设计的时候，通常采用环氧树脂进行浇注，在对同相间的导体进行连接的时候要通过硅橡胶进行绝缘。

3.开关柜绝缘结构改进设计

3.1绝缘筒

绝缘筒是固体环网柜核心部件，绝缘筒中固封三工位真空灭弧室，灭弧室与绝缘一体化。相与相是分离的，相间隔离绝缘。绝缘筒采用美国GE进口环氧树脂制作。采用固封极柱技术，将真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑等有机结合为一整体，实现全绝缘、全密封、免维护结构，同时也实现单元可拆换结构。采用绝缘筒固封，可以解决灭弧室外表不受周围环境的污染，对绝缘性能、防污秽、防凝露能力都有极大地提高，同时提高了耐臭氧、抗紫外线、抗老化能力和机械强度。真空灭弧室外层有真空浇注填充物，外部再配有密封的环氧树脂，加强了对真空灭弧室的保护。

3.2可分离插接式终端（包括出线电缆连接和避雷器）

可分离插接式终端分为两个部分，如图2所示，左边是电缆连接T型头，右侧是避雷器T型头。在对出线电缆的电缆头进行设计的时候一般采用可触摸的插接式的电缆头（左侧T型头）其结构主要有绝缘层和半导体电层构成，其材料都采用进口的液态硅橡胶，同时下部应力对电层的屏蔽起到控制的作用。绝缘层的构成主要是由EPDM型号的优质绝缘橡胶构成，外半导体层是由EPDM型号的导电橡胶硅构成。在电缆的超电压T型避雷器中起保护作用由避雷芯子和外半导电层以及接地线和内半导体层等构成。避雷针T型头（右侧T型头）中避雷芯子的成分是氧化锌避雷阀片，而接地线的作用就是将雷电接引到地下，内半导电层的作用就是对电器应力进行控制。图中所示右侧的1、2、3、4、5与左侧的6、7连接在一起。

图2 可分离插接式终端结构图

3.3母线连接

一般对母线的封装都是采用硅胶材料进行封装，对开关的排序也有一定的要求，使相间的间距一定层度程度上增大。同时不同的导体间的距离为300mm，对于母线的插接还要分开处理，解决了三相对中的麻烦。

4.结束语

本文的研究对象是绝缘开关柜，通过对其内部的结构进行改善来减少开关柜的相间的空间，最后得出的结论如下。①通过分析找出了固体绝缘的小型化的解决办法，同时对于小型化的开发具有参考作用。②为固体绝缘的导体和绝缘部件设计提供了指导条件。

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