淺談高壓開關(guān)柜固體絕緣技術(shù)
發(fā)布時間：2013-07-24 新聞來源：中國學術(shù)期刊網(wǎng)
隨著電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，在提高對供電質(zhì)量要求的同時，同樣也要求降低設(shè)備長期的檢修、維護運行費用。此外，城市供電迅速發(fā)展，地鐵、高層建筑等設(shè)備安裝場所都對開關(guān)柜的絕緣技術(shù)要求進一步提高。這樣就對開關(guān)柜的可靠性和實用性提出了更高要求，固體絕緣技術(shù)成為一種發(fā)展趨勢。
絕緣技術(shù)的重要性
高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備功能多樣，其中的遮蔽功能、隔離功能、絕緣功能和控制、保護功能均需依靠絕緣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。因此高壓開關(guān)柜的絕緣技術(shù)在高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用。
根據(jù)日本對7.2kv、1200a、20ka饋線的高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的價格統(tǒng)計，絕緣結(jié)構(gòu)占總價格的48%。所以，僅僅從經(jīng)濟角度來看，選擇合理的絕緣材料、設(shè)計出合理的絕緣結(jié)構(gòu)以及確定正確的絕緣方式對高壓開關(guān)柜的價值來說是十分關(guān)鍵的。
從高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的另一熱點—小型化出發(fā)，歐洲自上個世紀四十年代初期以來不斷推出新的絕緣方式并不斷研究開發(fā)，也包括真空斷路器等小型斷路器的不斷推出。根據(jù)日本的統(tǒng)計，高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備體積只有四十年前的五分之一，現(xiàn)今高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的價格只為四十年前的五分之一。
在開關(guān)柜中，通常的絕緣結(jié)構(gòu)形成不均勻電場。在這樣的電場中，不能僅靠增大距離來提高絕緣強度，還需要優(yōu)化電場結(jié)構(gòu)，改善電場均勻性。
絕緣材料及結(jié)構(gòu)
高壓金屬封閉開關(guān)常用的絕緣材料按形態(tài)大小可以分為：氣體絕緣材料、液體絕緣材料、半固體絕緣材料、固體絕緣材料和真空絕緣材料五類，其中固體絕緣材料應用最廣，本文主要探討高壓開關(guān)柜的固體絕緣技術(shù)。
(一)環(huán)氧樹脂的沿革
環(huán)氧樹脂是固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要絕緣材料，1930年環(huán)氧樹脂在歐洲首先合成。環(huán)氧樹脂以高絕緣強度、高機械強度、澆注硬化時體積變化小和便于機械加工等優(yōu)點著稱。
(二)對作為主絕緣的環(huán)氧樹脂的要求
1、優(yōu)良的耐長時期電壓和短時間過電壓的絕緣特性。
2、優(yōu)良的抗拉伸、抗壓縮和抗彎曲的機械特性，以滿足操作力、電磁力和抗地震的要求。
3、優(yōu)良的耐熱、熱膨脹和熱傳導特性。
4、耐水分及紫外線照射。
5、不燃性或難燃性。
為了滿足不同的要求，在固體絕緣設(shè)計和制造工藝方面必須慎重加以考慮，如材料選擇、電極及各種金具的設(shè)計、模具設(shè)計及制造、澆注工藝等。在材料選擇方面由環(huán)氧樹脂主材料、硬化劑、增韌劑、增塑劑、填充劑、著色劑等，此處不予詳述。
固體絕緣技術(shù)
固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的優(yōu)點是抗外界環(huán)境、維修省里化及超小型化。其實，大氣絕緣或氣體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備等也都是使用固體絕緣的支持絕緣子、絕緣拉桿、套管、滅弧室和屏障、覆蓋等。固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備則指的是高壓帶電部分的絕緣幾乎完全由澆注環(huán)氧樹脂制品承擔，并在澆注環(huán)氧樹脂制品外噴涂鋅層并接地。環(huán)氧樹脂澆注高壓電工產(chǎn)品在1960年開始投入市場。固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備則在1965年開始在市場出現(xiàn)。
(一)固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要優(yōu)點
1、固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備占用面積只為大氣絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備的10%-20%，是超小型產(chǎn)品。
2、樹脂澆注件的外表面用接地金屬層覆蓋，安全性好。
3、由于同樣原因，無相間短路發(fā)生。
4、維修省力。
(二)固體絕緣高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備也有下述不足
1、主回路完全由澆注件構(gòu)成，柔性不足。
2、高電壓時，高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備重量過大。
固體絕緣、復合絕緣技術(shù)的應用使高壓開關(guān)設(shè)備的小型化程度大為提高，環(huán)境適應能力得到了很大改善。局部放電、老化試驗的研究提高了開關(guān)設(shè)備的可靠性。新技術(shù)、新材料、新工藝的采用將極大地改善高壓開關(guān)設(shè)備的電氣性能、提高絕緣的耐電壓等級、大大提高產(chǎn)品的壽命和可靠性，有力地促進電力工業(yè)的發(fā)展。
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