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發(fā)布日期:2022-10-21 點(diǎn)擊率:32
DQZHAN訊:環(huán)氧樹脂絕緣件在電力設(shè)備中的應(yīng)用
簡述
介紹了環(huán)氧樹脂絕緣件的的物理、力學(xué)、電氣和熱性能等特性參數(shù),以及簡明扼要地對(duì)制作流程做了說明,并以斷路器極柱為例對(duì)環(huán)氧樹脂絕緣件在電力設(shè)備應(yīng)用中的擊穿機(jī)理和優(yōu)化方案進(jìn)行了詳細(xì)分析,*后對(duì)環(huán)氧樹脂絕緣件試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了敘述。
近些年,以環(huán)氧樹脂為電介質(zhì)的絕緣件在電力行業(yè)得到了普遍應(yīng)用,比如在三相交流高壓開關(guān)設(shè)備上用環(huán)氧樹脂制造的套管、支撐絕緣子、觸頭盒、絕緣筒和極柱等,下面結(jié)合這些環(huán)氧樹脂絕緣件在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的絕緣問題,談一些我個(gè)人的看法。
1環(huán)氧樹脂絕緣件的制作
環(huán)氧樹脂材料內(nèi)聚力大,黏附力強(qiáng),柔順性好,具有優(yōu)良的熱固化性能和穩(wěn)定的耐化學(xué)腐蝕性等一系列在有機(jī)絕緣材料中突出的優(yōu)點(diǎn),可通過環(huán)氧樹脂澆注體系如自動(dòng)環(huán)氧壓力凝膠制造工藝(APG工藝),真空澆注制成各種固體材料。所制成的環(huán)氧樹脂絕緣件由于機(jī)械強(qiáng)度高,耐電弧性強(qiáng),致密性高,表面光潔,具有較好的耐寒性和具有良好的耐熱性,良好的電氣絕緣性能等優(yōu)點(diǎn),在電力行業(yè)應(yīng)用很廣,主要起到支撐和絕緣作用。對(duì)于3.6~40.5 kV環(huán)氧樹脂絕緣件的物理、力學(xué)、電氣和熱性能如下表所示。
環(huán)氧樹脂與添加物同時(shí)使用,以獲得應(yīng)用價(jià)值。添加物可按不同用途加以選擇,常用添加物有以下幾類:①固化劑。②改性劑。③填料。④稀釋劑。⑤其他。其中固化劑是必不可少的添加物,無論是作黏接劑、涂料和澆注料都需添加固化劑,否則環(huán)氧樹脂不能固化。由于用途、性能和要求各不相同,對(duì)環(huán)氧樹脂及固化劑、改性劑、填料及稀釋劑等添加物也有不同的要求。
絕緣件在制造過程中如環(huán)氧樹脂等原材料的質(zhì)量、模具、裝模、加熱溫度以及澆注壓力、固化時(shí)間等都對(duì)絕緣件的成品質(zhì)量有很大影響,因此,制造廠都有規(guī)范的工藝流程來保證絕緣件的質(zhì)量控制。2環(huán)氧樹脂絕緣件的擊穿機(jī)理和優(yōu)化方案環(huán)氧樹脂絕緣件是一種固體介質(zhì),固體擊穿場強(qiáng)比液體和氣體介質(zhì)高。固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)是擊穿場強(qiáng)與電壓作用的時(shí)間有很大關(guān)系,一般來講,作用時(shí)間t<1 s的擊穿為電擊穿,作用時(shí)間1 s≤t<幾小時(shí)的擊穿為熱擊穿,作用時(shí)間t≥幾小時(shí)的擊穿為電化學(xué)擊穿。雖然這三種擊穿過程是不同的,但擊穿的后果都是使固體介質(zhì)發(fā)生長久性破壞。我們?cè)诮o開關(guān)設(shè)備做工頻耐壓試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)電壓通過調(diào)壓器均勻升壓過程中,上述絕緣件隨主機(jī)一同承受試驗(yàn)電壓,除了順利升壓后在規(guī)定耐受電壓1 min保持期擊穿的除外,當(dāng)任何部位在升壓過程中因絕緣薄弱導(dǎo)致的擊穿,都是瞬時(shí)的,這樣的擊穿,應(yīng)判定為電擊穿。這種情形,在環(huán)氧樹脂絕緣件上經(jīng)常碰到,下面以40.5 kV真空斷路器固封極柱為例對(duì)此問題展開分析。
所謂固封極柱是指將真空滅弧室和/或?qū)щ娺B接及其端子用固體絕緣材料封裝組成的獨(dú)立部件。由于其固體絕緣材料主要是環(huán)氧樹脂、電力硅橡膠和黏結(jié)劑等,依次按照固封工藝把真空滅弧室的外表面從下到上將黏結(jié)劑、電力硅橡膠及環(huán)氧樹脂包封在主回路外圍形成極柱。在生產(chǎn)過程中,極柱應(yīng)保證不能造成真空滅弧室性能降低或性能喪失,其表面應(yīng)平整光滑,不應(yīng)有降低電氣和力學(xué)性能的疏松、雜質(zhì)、氣泡或氣孔,不應(yīng)有裂紋等缺陷。盡管如此,40.5 kV固封極柱成品廢品率還是比較高,加之隨真空滅弧室的損壞,造成的損失讓很多制造單位都為之很是頭疼。究其原因,廢品率主要是由于極柱不能達(dá)到絕緣要求,比如95 kV 1 min工頻耐受電壓絕緣試驗(yàn),在試驗(yàn)期間絕緣內(nèi)部有放電聲或擊穿現(xiàn)象。
從高電壓絕緣原理上我們知道,固體介質(zhì)的電擊穿過程與氣體中相似,是由碰撞電離形成電子崩,當(dāng)電子崩足夠強(qiáng)時(shí)破壞介質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)導(dǎo)致?lián)舸9谭鈽O柱使用的幾種絕緣材料,單位厚度在擊穿之前能夠承受的*高電壓,也就是固有擊穿場強(qiáng)都比較高,尤其環(huán)氧樹脂的Eb≈20 kV/mm。但電場的均勻程度,對(duì)固體介質(zhì)的絕緣性能影響非常大。如果內(nèi)部存在過強(qiáng)的電場,即使絕緣材料有足夠的厚度和絕緣裕度,出廠時(shí)耐壓試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)也都通過,在運(yùn)行一段時(shí)間后,仍可能會(huì)頻頻出現(xiàn)絕緣擊穿故障。局部電場過強(qiáng)的效應(yīng),就好像撕紙一樣,過分集中的應(yīng)力會(huì)依次施加到各作用點(diǎn)上,結(jié)果遠(yuǎn)小于紙張抗拉強(qiáng)度的作用力就能撕裂整張紙。在有機(jī)絕緣內(nèi)局部過強(qiáng)的電場作用于絕緣材料時(shí),會(huì)產(chǎn)生類似于“錐孔”效應(yīng),使絕緣材料被漸次擊穿。但是,這種隱患在早期階段不但常規(guī)的工頻耐壓和局部放電試驗(yàn)試驗(yàn)不能查出,而且目前還沒有檢測手段可以發(fā)現(xiàn),只能靠制造工藝來加以保證。所以,固封極柱上下出線的邊緣必須以圓弧過渡,而且半徑應(yīng)盡量大一些,以此來優(yōu)化電場分布。極柱在制作過程中,對(duì)于環(huán)氧樹脂、電力硅橡膠等固體介質(zhì),由于面積或體積大小差異對(duì)擊穿的累積效應(yīng),可導(dǎo)致?lián)舸﹫鰪?qiáng)有所不同,大面積或體積的擊穿場強(qiáng)低,因此,環(huán)氧樹脂等固體介質(zhì)在包封固化前一定要通過混料設(shè)備將材料混合均勻,以此來控制場強(qiáng)作用的分散性。
同時(shí),由于固體介質(zhì)為非自恢復(fù)絕緣,極柱經(jīng)過多次試驗(yàn)電壓的作用,如果每次試驗(yàn)電壓下,固體介質(zhì)發(fā)生部分損傷,在累積效應(yīng)以及多次試驗(yàn)電壓作用下,這種部分損傷會(huì)擴(kuò)大而*終導(dǎo)**柱擊穿。所以,可將極柱的絕緣余量應(yīng)設(shè)計(jì)大一點(diǎn),避免規(guī)定的試驗(yàn)電壓對(duì)極柱的損傷。
另外,極柱中多種固體介質(zhì)相互之間由于黏結(jié)**形成的氣隙或固體介質(zhì)本身內(nèi)部的氣泡,極柱在電壓作用下,由于氣隙或氣泡中場強(qiáng)比固體介質(zhì)中高,而氣隙或氣泡的擊穿場強(qiáng)遠(yuǎn)低于固體的擊穿場強(qiáng)。因此,這樣會(huì)在極柱的固體介質(zhì)里的氣泡中存在局部放電或在氣隙中形成擊穿放電。要解決這種絕緣問題,很顯然就要從防止氣隙或氣泡的形成著手:
①可將黏結(jié)面處理成均勻的磨砂面(真空滅弧室表面)或坑洼面(硅橡膠表面),并采用合理的黏結(jié)劑,將黏結(jié)面有效黏結(jié)。
②可采用優(yōu)良的原材料和澆注設(shè)備,保證固體介質(zhì)的絕緣性。
2環(huán)氧樹脂絕緣件的試驗(yàn)
一般情況下,環(huán)氧樹脂制作的絕緣件,應(yīng)該做的強(qiáng)制性型式試驗(yàn)項(xiàng)目有:
1外觀或X光探傷、尺寸檢測。
2環(huán)境試驗(yàn),如冷熱循環(huán)試驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)和機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)等。
3絕緣試驗(yàn),如局部放電試驗(yàn)、工頻耐壓試驗(yàn)等。
結(jié)束語
綜上所述,在環(huán)氧樹脂絕緣被得以廣泛應(yīng)用的今天,我們應(yīng)從環(huán)氧樹脂絕緣件制造工藝、電力設(shè)備中電場優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面,準(zhǔn)確應(yīng)用環(huán)氧樹脂絕緣特性,使環(huán)氧樹脂絕緣件在電力設(shè)備中應(yīng)用的更加**。
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