固体绝缘环网柜的固体绝缘件设计经验浅谈

2017-01-28王肇锋北海银河开关设备有限公司

科学中国人 2017年18期

关键词：环网柜导体套管

王肇锋北海银河开关设备有限公司

固体绝缘环网柜的固体绝缘件设计经验浅谈

王肇锋
北海银河开关设备有限公司

近年来，随着固体绝缘环网柜技术的运用越来越广泛，固体绝缘柜的固体绝缘件也受到越来越多商家的关注，固体绝缘件的设计直接影响这固体绝缘环网柜的安全运行。因此，本文从实际应用中固体绝缘件的入手，对当前固体绝缘件的设计进行了简单的探讨。

固体绝缘；环网柜；绝缘件；设计

引言

目前，固体绝缘环网柜技术发展迅猛，不同的厂家在固体绝缘件的设计上都有着不同的设计方案。由于固体绝缘件是固体绝缘环网柜技术的核心，就目前的固体绝缘件设计方案都存在相同的问题，那就是的绝缘件的设计成本在总成本中占了相当大的比例。对于固体绝缘产品的竞争而言，首先要确保质量过硬，在保证质量的前提下回落到价格的竞争。因此，如何在最初设计时就控制好设计成本？这是值得我们关注的重要问题之一。本文以实际接触到的固体绝缘件产品为依据，对固体绝缘件设计的几个方面进行了探讨和研究。

1.固体绝缘件设计中真空灭弧室的安装方式的选择

固体绝缘件设计中真空灭弧室的安装最主要的问题是采用直接固封还是后续安装灌封?若真空灭弧室采用直接固封，由于APG工艺、真空灭弧室的质量问题会存在一定的报废率。而直接包封主导电回路散热性要差些，对材料的要求也高，在批量生产时由于不同客户会选择不同厂家的真空灭弧室，不利于批量生产。若真空灭弧室采用后续安装灌封，其外绝缘也能保证，真空灭弧室的成本也要低些不需要采用固封极柱专用灭弧室，灌封时灭弧室可以不包缓冲层，用表面处理方式即可，这个工艺在户外真空断路器已经使用多年比较成熟。在产品发热时包裹在灭弧室外的硅橡胶缓冲的余地也大些。

2.固体绝缘件设计中玻璃化温度的选择

一般情况下玻璃化温度越高产品越脆更容易开裂，若玻璃化温度的选择从产品的耐热性方面进行考虑，仅有少部分的材料能做到玻璃化温度很高同时抗开裂性很好，而能够做到两者兼顾的材料价格又非常高，这将导致成本会大大增加。一个新产品如果价格方面比原来产品高出很多，客户的接受程度会大大降低。因此，玻璃化温度的选择可以参照SF6充气柜绝缘件的，如SF6壳体等，其上下触头也埋在树脂里。其选用的材料玻璃化温度一般也就100°左右，产品已经使用很多年，因发热而造成的事故很少，说明其选择还是有其合理性。从开关的角度看，其本身也有个温升控制的问题，主回路导电容量是否足够?材质（电导率）、镀层质量控制、装配质量控制等，同时在开关结构设计上来控制和降低环境温度。对材料指标的要求更应该综合考虑，同时结合其它类似产品的使用经验。

3.固体绝缘件出线套管的设计

在固体绝缘件出线套管的设计中，进线套管一般采用直通式的，出线套管有些采用弯曲式的。采用弯曲式的套管制造难度较大，其中最主要的难点有：（1）导体和模具的配合问题，在导体预处理时会发生变形；（2）产品成型后的开裂，因为在成型时导体是在高温状态，如果过程控制不好可能会出现冷却后的产品开裂。同时，在设计汇总应对进出线套管后续安装的会不会存在对安装螺母的放电进行相关的考虑。

4.固体绝缘件导电件的设计和导电回路的连接

主回路导电件设计时在满足容量要求的前提下要尽量做到圆滑过渡，能圆不方。连接部分采用焊接方式应尽量避免螺栓连接，以减少尖端放电、避免开裂；动连接部分宜采用刀闸式连接，刀闸式连接比插接式连接成本可以降低，对导体的尺寸、位置度控制要求也会降低，回路电阻调整也方便。在给出整个回路电阻控制要求的基础上，最好能够给出埋在树脂里的导电部件回路电阻，这主要针对焊接导体，避免因焊接质量导致回路电阻大造成产品的报废。通过对导体的形状设计，降低对地（表面接地层）的电场强度，提高和树脂的结合力，也同时提高整个绝缘件的强度。

5.固体绝缘件表面接地层的设计

表面接地层的处理有外部包封导电硅橡胶、表面涂覆导电胶（或漆）、表面金属喷涂几种。表面接地层不管采用哪种方式，其核心在于控制局部放电。如果局放不控制，会起到反作用，非常容易产生放电击穿，也涉及到树脂层厚度的设计问题。相对于其它屏蔽绝缘件，其结构差异很大，其它屏蔽绝缘件，其高压端、接地端之间是同心圆电场结构，不管高压端是屏蔽网还是圆形导体，但在固体绝缘中，高压端部分是圆形、部分是平面，对地端是平面，需要对这两者的差异性会带来什么区别进行考虑。

从技术要求看，接地层有两个指标，一是接地层的连续性，二是局部放电量。在运输、安装过程中，尤其是现场安装时，万一出现碰伤、剥离，其端部就会产生局部放电，这对后续控制保护提出了新问题。从散热的角度看采用金属喷镀的效果最好，金属散热性好，对以热循环为首的各种老化具有很强的稳定作用。接地层的保护问题必须在绝缘件生产时就考虑到。在接地层处理过程产品的保护也是一个方面。

6.固体绝缘件本体和套管的装配设计

多数方案的装配设计是将本体和进出线套管分开的，包括熔断器绝缘筒和套管的连接，其安装时是硬接触。尺寸控制是一方面，装配过程控制也很重要。如果存在接触间隙、装配时带入灰尘、环境凝露水分进入等，可能发生对安装螺母的闪络放电。同时，环网柜柜体尺寸都比较紧凑，其布局要考虑到进、出线绝缘、电缆等的安装方便性，尤其是电缆头安装，其本身安装质量就要求高，如果安装不方便很可能造成安装质量问题造成击穿。