宝塔型10kV全绝缘化喷射式熔断器的研究与应用

国网浙江省电力公司温州市洞头区供电公司 吴隆东 滕志豪 郑舒克 秦 波

目前我区配电网普遍使用传统跌落式熔断器，作为配电变压器的分合开关、短路和过负荷的保护设备，存在着功能不全、保护性能差、开断性能低、电气及机械接触面小、防风能力差、抗污性能差、合闸成功率和线路运行效率较低、温升高、灭弧性能低等问题[1]。特别是抗风能力，洞头区地处沿海岛屿，每年在台风季节来临之际，传统跌落式熔断器在大风环境中存在致命的弱点。再者，因用户对熔断器的选型、使用和管理等原因会出现诸多问题，如产品质量，部分用户用铜丝、铝线代替熔丝来达到不脱落目的，造成熔断器不能正常与前级开关设备进行配合保护动作，经常发生小故障而扩大停电范围的事故。同时，线路发生故障时在海岛地区排查故障工作十分困难，不利于配电网的管理和安全运行。

针对以上传统跌落式熔断器存在的一系列问题，结合电网安全可靠运行的迫切需要，研制新型全绝缘化宝塔型熔断器显得尤为重要，新型熔断器在其结构形式上加以创新，克服了传统跌落式熔断器的所有缺点，消除环境条件对熔断器使用性能的影响，具有传统跌落式熔断器无法比拟的性能优势。

1 设计与实现

1.1 设计思路

针对海岛地区的特殊环境条件，采用全绝缘化结构的设计方案，通过对10kV架空配电线路载流量、短路容量、线路参数的计算来确定线路短路电流的分布规律、外绝缘爬距、以及工频耐压值性能参数分析，提出宝塔型熔断器的外绝缘爬距和工频耐压值性能指标分析报告，采用全新宝塔型熔断器的导电性结构设计方案，提出狭缝灭弧技术[2]。

1.2 设计原理

新型宝塔型全绝缘化喷射式熔断器的工作原理，是利用熔体自身熔断形成电弧，然后在电弧高温作用下，将灭弧管内的产气材料气化产生大量气体，再依靠此气体在电流过零时将电弧吹灭，以开断电路来切除故障线路和故障设备。而要在一个狭小的全封闭腔体开断较大的短路电流，且在熔丝熔断后在暂态恢复电压下不能重燃。

图1 新型宝塔型全绝缘化喷射式熔断器结构示意图

1.3 主要研究课题

全绝缘化结构的设计研究。要在一个狭小的全封闭腔体开断较大的短路电流，且在熔丝熔断后，在暂态恢复电压下不能重燃，对新型熔断器的产气灭弧材料进行重新选型，完成了对产气灭弧材料、对熔丝筒力学强度等参数进行校核，进而完全独立设计研发出能完全承受大温差和湿度变化的全封闭腔体结构，提交全绝缘化结构设计技术论证报告。

开断电流能力研究。通过对目前10kV架空配电线路载流量、短路容量、线路参数的计算来确定线路短路电流的分布规律，以满足新型全绝缘化喷射式熔断器在线路故障时均能正常开断的短路电流值；狭缝灭弧方式研发设计。设计研发一种全新的负荷电流灭弧方式：狭缝灭弧方式。电弧在消弧棒和消弧管之间的狭缝中延伸，此时电弧的电阻增大，消弧棒、消弧管会产生灭弧性气体，以吹熄电弧[3]。

图2 “狭缝灭弧”负荷电流灭弧方式

宝塔型熔断器的外绝缘爬距和工频耐压值研究。通过对目前污区分布的测算，以及满足三级污秽的要求，从而确定其外绝缘爬距的指标。根据目前绝缘水平的要求，通过测算确定其断口、相对地的工频耐压值；宝塔型熔断器的导电性结构设计。为保障全绝缘化喷射式熔断器具有良好的导电性结构，设计采用花瓣式触头作为上下电极结构形式，以保证其稳定性，并对电极固定结构、进出线引线选型和固定、防水密封结构、熔管安装固定结构等设计上均做出了相应的技术改进。

2 关键技术

宝塔型全绝缘化喷射式熔断器本体采用全封闭式结构设计，导电元件、载熔件及熔体均采取内置结构，避免由于搭挂异物而造成短路故障；整体封闭在熔丝筒中，进一步提高了外绝缘爬距，不会发生污秽后造成外绝缘电阻下降事故；解决了熔丝筒在应用内置式、单端喷弧结构情况下仍具有较高开断容量的难题；宝塔型全绝缘化喷射式熔断器上部、下部电极采用花瓣式触头，触头接触非常好，每次送上电后都能保证熔管接触电极接紧固不易脱落、电极不易生锈，有效确保长期性能稳定，在运行中不会因遇到外力作用、振动或者大风天气而自行误动或跌落，避免造成不必要的停电事故。

宝塔型全绝缘化喷射式熔断器采用全封闭结构及花瓣式电极，不会产生电火花，采用专用的操作手柄，可确保每次操作都能成功，减少操作者的心理压力，提高操作的成功率，抵御恶劣天气下设备运行稳定性[4]；宝塔型全绝缘化喷射式熔断器具有负荷电流开合功能。即采用狭缝灭弧的方式取代传统灭弧罩外露方式，大幅度提高灭弧可靠性。

宝塔型全绝缘化喷射式熔断器底盖添加反光材料和量具。为了方便现场地面人员操作，在挂钩孔四周增加了黄色反光材料，量具可以测定熔丝筒的消弧层损耗程度，确定是否需要更换整个熔丝筒；研制出与8mm2导线压接用的导线孔径为4.5mm专用端子，并对压接端子进行拉伸试验，确认压接端子强度完全符合要求，即芯线部分断裂、拉断力达到211N，其芯线未发生被抽出的现象。

3 结语

由于传统的跌落式熔断器的技术缺陷，造成线路停电事故多发，在线路停电时时常会造成用户停电，影响城市运行和正常的生产、生活秩序。新型宝塔型10kV全绝缘化喷射式熔断器的研发，将在较大程度上提高供电可靠性，减少对用户的影响。挂网试运行时间以来未造成大面积的停电事故，对我局所选择试运行线路地区的重要配电变压器及相关线路起到了有效保护，并对故障区间进行及时隔离，进而大幅度提高该地区供电线路的可靠性。新型宝塔型10kV全绝缘化喷射式熔断器一旦大量投入运用，特别对于海岛污秽等级比较严重的地区，将产生巨大的经济效益和社会效益。