固体绝缘环网柜绝缘件的技术要求:
固体绝缘环网柜目前发展较快,很多厂家设计出了多种方案,绝缘件的成本占据相当大的比例,其核心就是固体绝缘件。产品的竞争首先在质量过关,在保证质量的前提下终还是要回归到价格的竞争,因此如何在初设计时就控制成本,是需要大家关注的,从笔者所接触到的产品看,有以下几个方面值得大家探讨。
1、带电显示:
显示带电状态普遍采用的是屏蔽网圈的方式,这就带来了局放的问题,因局放问题存在一定的报废率。由于电缆进出线头是悬浮安装,不用屏蔽网圈而采用电容芯棒是否可行? 12kV产品放电的几率应该很小,如部分隔离开关的套管没有采用屏蔽多年使用后未出现问题。尤其是套管和本体一体式结构型式。
2、真空灭弧室的安装方式:
真空灭弧室是采用直接固封还是后续安装灌封?直接固封由于APG工艺、真空灭弧室的质量问题存在一定的报废率,直接包封主导电回路散热性要差一些,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。
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低(因无需采用固封柱专用灭弧室)。灌封时灭弧室可以不包缓冲层,用表面处理方式即可。该工艺在户外真空断路器上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一些。
3、玻璃化温度的选择:
玻璃化温度的选择主要考虑到产品的耐热性,很少有材料能做到玻璃化温度很高的同时,抗开裂性也很好。一般情况下玻璃化温度越高,产品越脆更容易开裂。能够做到两者兼顾的材料价格非常高,其成本会很高,这会让客户难以接受。
笔者认为玻璃化温度的选择可以参照SF。充气柜绝缘件的,如SF6壳体等,其上下触头也埋在树脂里。其选用材料的玻璃化温度一般为100左右,产品已经使用很多年,因发热而造成的事故很少,说明该选择还是有其合理性的。
从开关的角度看,开关本身也有个温升控制的问题,取决于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,同时从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。
4、机械强度:
固体绝缘环网柜不管采用哪种结构,总有个平面要承受断路器、接地开关、隔离开关分合时的冲击力,加上该部位树脂内埋有导电件,因而成为薄弱的环节,从设计时就要充分考虑到这一点,生产时它也是工艺控制的重点,必须保证导体和树脂结合良好。
安装表面承受的冲击力和真空断路器的绝缘简相类似,达到一定厚度后,应该问题不大。
针对负荷开关、接地开关分合闸时的缓冲,可以加装缓冲设备,也可以在刀头及底座设计时加以考虑,利用刀头、底座的设计来达到定位缓冲的效果,从而降低成本、简化装配作业。
5、出线套管的设计:
进线套管一般采用直通式的,而出线套管有些采用弯曲式的,采用弯曲式的套管制造难度会大很多,一是导体和模具的配合问题,在导体预处理时会发生变形;二是产品成型后的开裂,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。
6、标准件的采用:
在设计时尽量采用标准尺寸,如熔断器绝缘简内腔尺寸和塞头固定法兰面尺寸,可以参照SF。熔断器绝缘筒的方式,电缆接头也同样。
7、参数的测定:
由于本体内装有断路器、接地开关、隔离开关,其参数需要测定和调整,测试时,一般是整体装配好后进行,现在测试大多参照负荷开关的测试方法,值得商榷。
在本体结构上要考虑到预留测试接口问题,并且测试附件安装要拆卸方便。
8、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尽量避免螺栓连接减少尖端放电和避免开裂,动连接部分采用刀闸式连接,因刀闸式连接比插接式连接成本低,对导体的尺寸、位置度控制要求也低,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,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报废。
通过对导体的形状设计,降低对地(表面接地层)电场强度,提高与树脂的结合力,同时提高整个绝缘件的强度。
9、表面接地层:
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,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,结构差异很大的屏蔽绝缘件的高压端、接地端之间为同心圆电场结构,不管高压端是屏蔽网还是圆形导体。但在固体绝缘中,高压端部分为圈形,部分为平面,对地端为平面,这两者的差异会带来怎样的区别值得探讨。
从技术要求看,接地层有两个指标,是接地层的连续性,二是局部放电量。另外在运输安装过程中,尤其是现场安装时,万-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好,因金属散热性好,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。接地层处理过程的产品保护也是一个方面。
10、干燥:
不管产品表面接地层采用何种方式,对环氧树脂表面釉层都有定的破坏作用,其吸水性会大大增加。加上很多环网柜安装在箱式变电站内,其环境比室内开关柜运行环境恶劣。
采用的方式可以在箱体内充干燥空气,目前采用的固体绝缘本体内部充干燥空气,在本体设计时要考虑本体和安装板的密封性。本体孔、窗的密封性相对好解决,但是本体外部如何处理,这就带来了两个问题:装配环境的控制和开关柜柜体的密封性,要保证柜体的密封性,其成本和工艺要求就会提高,因此可否在其它方面想想办法。
11、本体和套管的装配:
很多方案是本体和进出线套管分开,包括熔断器绝缘简和套管的连接,在安装时硬接触。因此尺寸控制是一方面,装配过程控制也很重要。如果存在接触间隙、装配时带人灰尘、环境凝露水分进人等,就可能发生对安装螺母的闪络放电。
12、装配的方便性:
环网柜柜体尺寸都比较紧凑,其布局要考虑到进、出线绝缘,电缆等的安装便利性,尤其是电缆头安装,其本身安装质量要求就高,如果安装不便很可能因安装质量问题造成击穿。
13、熔断器绝缘筒的屏蔽:
熔断器绝缘筒从设计上看没有屏蔽系统,在绝缘简的端部有小接地系统,考虑到绝緣简一般是倾斜安装,在端部应有安装板固定,这样才能保证其牢固性,光靠与出线套管的连接显然是不够的,而如果加装安装板又有可能产生放电,就必须有屏蔽系统。
14、空气绝缘距离:
这里指的空气绝缘距离是绝缘件表面接地层处理后,裸露在空气中导电体对接地层的空气绝缘距离。当表面有接地层时,裸露的导体由原来的绝缘结构高压-空气-绝缘层-空气变成高压-空气-绝缘层-接地。也就是说在有接地层时绝缘层起到类似屏障的作用。安装现有的大部分结构在工频耐压时空气绝缘距离显然是不够的,它与该部位的绝缘层厚度没有关系。
15、产品试验:
有接地层的产品其电性能在接地前后都要进行测试,后是组装好后进行。需要注意的是,由于是电缆连接,套管的外绝缘可能不够,需要辅助屏障或者整体在绝缘溶剂中进行测试。
16、绝缘件制造过程的保护:
固体绝缘环网柜绝缘件与其它绝缘件相比,其制造工序较多,有成型-清理-测试-表面处理-接地层-测试等等。多一个工序环节就多了一次磕碰损伤的可能性,因此在整个转序过程中和工序过程中的保护也要繁杂得多。