PVB型柱上真空斷路器新重技術特點及其分析

楊華龍

（廈門ABB電器控制設備有限公司，福建 廈門 361000）

PVB真空斷路器額定電壓為12kV，適用于該電壓等級的架空線路，在正常的使用條件以及斷路器的技術參數范圍內，該產品能夠滿足電網在運行狀態(tài)下系統(tǒng)各種保護的操作要求，包括關合和開斷短路故障電流；配置了智能控制箱后，能進一步實現高級配網自動化功能。PVB真空斷路器在進行頻繁操作和需要開斷短路電流的場合下具有極為優(yōu)良的操作性能，并具有極高的操作可靠性與電氣使用壽命。如圖1所示。

與同行同類產品相比， PVB型柱上真空斷路器具有的三個重要特點詳述如下:

1采用真空開斷技術。真空開斷技術主要指斷路器在開斷或關合過程中，采用真空介質進行滅弧的一種高新技術。其實不管在滅弧之前或是滅弧過程中或是來弧之后，斷路器觸頭間隙的絕緣介質都是真空。真空開斷技術近幾十年來在我國蓬勃發(fā)展。其具有體積小﹑重量輕﹑適用于頻繁操作﹑滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網中應用普及，成為國內配網首先產品。

PVB的真空滅弧室是先進滅弧技術的代表。滅弧室的真空度可靠地維持在1.33×10-5Pa～1.33×10-2Pa左右。在這種條件下，滅弧室中幾乎不存在導電游離體。其滅弧原理是利用真空恢復絕緣，使用特殊設計的旋弧觸頭產生的磁場吹滅電弧。在開斷額定電流條件下，滅弧室的弧觸頭分布著相對均勻的發(fā)散型電弧，均勻的熱應力對觸頭的燒蝕很小，所以額定電流開斷次數很高，達到10000次。當短路故障發(fā)生時，開斷電流一般較大，根據霍爾效應，此時的弧觸頭電流一般不是發(fā)散型的，而是有集中收縮成一點的趨勢，此點溫度極高，熱應力大，很有可能燒損金屬觸頭。而特殊設計的弧觸頭使得電弧被磁場驅動保持旋轉，在上下觸頭之間產生橫向磁場，由于電磁互相作用力，就像是由中心吹向邊緣的一股“風”，把集中的電弧分散推向觸頭邊緣，從而降低了電弧對點的熱應力和燒蝕，同時可以提高開斷能力。當電流第一次過零點時，電弧熄滅，殘留的離子﹑電子和金屬蒸氣只需在幾分之一秒的時間內就可以復合或凝聚在屏蔽罩上，因此，滅弧室斷口的電介質恢復極快，具有較強的耐受瞬態(tài)恢復電壓的能力。PVB滅弧室先進的設計理念和卓越的性能，決定了其較高的短路電流開斷能力。

2采用先進的固封技術。固封技術結合了緩沖層核心技術。由于不同材料的膨脹系數不同，使得滅弧室和環(huán)氧樹脂材料在澆注時常常在接縫處產生氣泡或開裂等故障現象，因而也成為重要的技術難題。而ABB巧妙的應用了緩沖層技術，除低了不同材料表面膨脹系數的差異，能夠可靠地把環(huán)氧樹脂材料和真空滅弧室完美地澆注成一體。

固封技術實現了對滅弧部件全密封﹑免維護，提高了滅弧單元的絕緣強度，同時降低外界機械力的影響。PVB型柱上真空斷路器的極柱采用先進的固封澆注技術，把憎水性環(huán)氧樹脂（HCEP）和真空滅弧室澆注為一體。真空滅弧室不再裸露于空氣中，極柱的外界環(huán)境對滅弧室的影響被排除到了最小。不再有滅弧室表面的積塵﹑污穢﹑閃絡發(fā)生，真正實現了對滅弧室的全密封﹑免維護；滅弧室與環(huán)氧樹脂的一體化，使得澆注式極柱不需做任何進一步的處理就能達到很高的絕緣強度，同時降低了外界機械力的震蕩﹑沖擊等影響，使滅弧室充分穩(wěn)定地發(fā)揮著固有性能。無采用固封技術的同類產品，常因真空泡被灰塵，濕度等環(huán)境因素影響而倍受困擾，而一味地增加滅弧室的爬電距離使開關設備體積龐大，笨重，也增加了制造難度；同時經常由于外界機械應力沖擊，導致部件移位﹑松動，維護量大﹑困難。澆注式極柱的出現，使真空泡的表面絕緣由外絕緣變成內絕緣，第一次徹底完美地解決了表面爬電的問題。

同時，固封澆注技術促進了極柱設計模塊化﹑生產量產化﹑應用全球化。固封澆注技術使得極柱與真空滅弧室一體化，可以看成是單一部件，極柱三相完全可以互換；同一種極柱可適用于多種系列產品，促進了產品的量產化，提主了生產運作效力；同時固封極柱全密封的特性，決定了其適用于全球不同的氣侯環(huán)境中，使得產品的應用全球化。

圖1 成品效果圖

3外絕緣采用憎水性環(huán)氧樹脂。憎水性環(huán)氧樹脂材料（HCEP）是美國Vantico公司推出一種高科技高性能的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂（HCEP），主要應用于電力工業(yè)低﹑高壓電絕緣子。其憎水性可與有機硅相比，在熱帶氣候﹑海水腐蝕﹑礦物開采環(huán)境﹑污染大氣中仍保持良好的斥水性。

外絕緣采用憎水性環(huán)氧樹脂具有以下特點：

①與普通的親水性環(huán)氧樹脂（CEP）相比，憎水性環(huán)氧樹脂具有更優(yōu)良的固有疏水性﹑轉移疏水性和還原疏水性。②通過1000小時的鹽霧試驗證明，憎水性環(huán)氧樹脂穩(wěn)定地保持著優(yōu)良的低泄漏能力。③外同等條件下，憎水性環(huán)氧樹脂﹑普通環(huán)氧樹脂和瓷材料經過25000小時紫外線試驗證明， 憎水性環(huán)氧樹脂穩(wěn)定地保持著較大的推進角，具備較強的抗紫外線能力。④在冷熱沖擊下的機械性能試驗中表明，普通CEP材料在-12℃低溫狀態(tài)下的抗開裂性急劇下降，而憎水HECP材料在-40至-66℃時開始下降，相對CEP有明顯優(yōu)勢。說明憎水性環(huán)氧樹脂在冷熱沖擊條件下，具備良好的機械性能。在電力工業(yè)應用中，絕緣子表面發(fā)生閃絡通常由表面積污受潮引起，繼而引起表面電阻下降；隨著表面絕緣電阻的降低，絕緣介質的表層開始產生泄漏電流，加重了干區(qū)額外電壓分擔，繼而引起絕緣介質碳化﹑起痕﹑起包等電蝕現象。在這種情況下介質絕緣處于不穩(wěn)定的狀況，甚至微小的電壓擾動都可能引起干區(qū)間的放電，外絕緣閃絡從而發(fā)生。PVB極柱采用了憎水性環(huán)氧樹脂可以最大限度地維持外絕緣表面的干燥，降低了表面發(fā)生閃絡的可能性，提高了設備運行的可靠性，同時，降低了絕緣介質的痕化及腐蝕，提高了設備運行的預期使用壽命。

憎水性環(huán)氧樹脂材料作為絕緣子，與普通環(huán)氧樹脂材料對比，具有更好的防水能力；與硅橡膠相比，強度更好，不需要支持件，且無異味，無老化；與瓷材料相比，憎水性環(huán)氧樹脂重量輕﹑不易摔碎﹑不易積污。憎水性環(huán)氧樹脂材料的采用，為PVB型柱上真空斷路器產品長期穩(wěn)定的運行提供了壽命保障。

結語

廈門ABB電器控制設備有限公司生產的PVB型柱上真空斷路器，采用了先進的真空開斷技術和極柱固封澆注技術，同時采用了高性能的憎水性環(huán)氧樹脂，最大限度地保證了產品的質量。此外它具備優(yōu)良的機械性能和電氣性能，適合于國內外配電系統(tǒng)的使用。PVB型柱上真空斷路器應用至今，有口皆碑，已成為戶外斷路器產品的代表作。筆者借以通過本文，向電力系統(tǒng)行業(yè)推薦采用，也希望能給同行一定的參考價值。

[1]高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求[S].

[2]GB/T11022，高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求[S].

[3]GB1984，高壓交流斷路器[S].