固體絕緣開關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

張永軍

摘 要：本文主要研究的是固體絕緣開關(guān)的結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)過程中，一般采取的措施是用絕緣強(qiáng)度高于空氣的絕緣介質(zhì)。本文重點(diǎn)研究了絕緣開關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并確定了絕緣的改進(jìn)措施，研究的結(jié)果有利于開關(guān)柜小型化的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：固體絕緣；開關(guān)柜；絕緣筒；回路電阻測量

引言

伴隨著電力網(wǎng)絡(luò)的逐漸成熟，對于供電的質(zhì)量要求越來越高，在高質(zhì)量的同時(shí)還要要求一定程度上降低對設(shè)備的維護(hù)和檢修的經(jīng)費(fèi)，同時(shí)對于現(xiàn)代化的城市，由于建筑比較緊密，所以對于開關(guān)柜的尺寸要求也越來越嚴(yán)格，所以對于開關(guān)柜的大小有更高的要求，且開關(guān)柜的小型化也勢在必行，還有就是對于開關(guān)柜的質(zhì)量和性能也有了更加嚴(yán)格的要求。

1.開關(guān)柜的基本結(jié)構(gòu)

本文談到的固體絕緣技術(shù)，也就是使用的一定的固體絕緣物質(zhì)對里面的開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行包裝和密封，是起到絕緣隔離作用，還需要具備的功能就是能夠起到散熱和連接的作用。

在對固體絕緣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要嚴(yán)格要求其對電場的屏蔽作用，對于電場分離還可以通過優(yōu)化電極來加強(qiáng)，最后的效果就是提高絕緣介質(zhì)的絕緣作用。固體絕緣材料有一個(gè)缺陷就是散熱條件比較差，這對回路同流能力有很大的影響，所以為了解決這一問題就需要從源頭解決，也就是減少導(dǎo)體的散熱，另一方面還要加強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

固體絕緣開關(guān)柜內(nèi)部布局圖如下圖1所示，主要由母線室、開關(guān)室、儀表室、操作機(jī)構(gòu)室以及電纜室，核心部件主要是母線和主操作機(jī)構(gòu)。母線采用硅橡膠實(shí)現(xiàn)全絕緣全密封結(jié)構(gòu)，賦予了這種材料耐高溫、耐輻射和耐臭氧性能，由于抗環(huán)境老化，極適宜于戶外。封閉母線位于絕緣筒下方。負(fù)荷開關(guān)、組合電器、斷路器的操作機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化結(jié)構(gòu)，平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)手動、電動、自動化升級改造。

主操作機(jī)構(gòu)主要由彈簧操作機(jī)構(gòu)、隔離與接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)和彈簧操作機(jī)構(gòu)組成，能進(jìn)行電動與手動操作，升級便捷。

圖 1 固體絕緣開關(guān)柜內(nèi)部布布局圖

2.開關(guān)柜的相間與對地絕緣結(jié)構(gòu)

所謂的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的小型化也就是利用固體絕緣材料和空氣組成絕緣設(shè)備，這個(gè)組合可以縮短開關(guān)柜內(nèi)的空間距離。為什么復(fù)合的絕緣設(shè)備能夠在一定程度上提高局部的擊穿電壓和放電呢，其主要的原因是，①絕緣表面初始電子不足，②電暈對絕緣面的發(fā)展有一定的影響，③絕緣層降低了電場的影響。

對于快關(guān)柜中的相間絕緣一般的構(gòu)成都是由對導(dǎo)體本身進(jìn)行絕緣也就是對其表面進(jìn)行絕緣澆注，還有就是使用絕緣層和絕緣體之間的空氣進(jìn)行絕緣。在對斷路器的滅弧室進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般采用的辦法是三項(xiàng)獨(dú)立極柱；在對三工位隔離或接地開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般都是將電氣部分安設(shè)在絕緣筒內(nèi)，還要注意的是對絕緣筒的設(shè)計(jì)必須保持密封；在對三相母線的外層進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行澆注，在對同相間的導(dǎo)體進(jìn)行連接的時(shí)候要通過硅橡膠進(jìn)行絕緣。

3.開關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1絕緣筒

絕緣筒是固體環(huán)網(wǎng)柜核心部件，絕緣筒中固封三工位真空滅弧室，滅弧室與絕緣一體化。相與相是分離的，相間隔離絕緣。絕緣筒采用美國GE進(jìn)口環(huán)氧樹脂制作。采用固封極柱技術(shù)，將真空滅弧室、主導(dǎo)電回路、絕緣支撐等有機(jī)結(jié)合為一整體，實(shí)現(xiàn)全絕緣、全密封、免維護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)單元可拆換結(jié)構(gòu)。采用絕緣筒固封，可以解決滅弧室外表不受周圍環(huán)境的污染，對絕緣性能、防污穢、防凝露能力都有極大地提高，同時(shí)提高了耐臭氧、抗紫外線、抗老化能力和機(jī)械強(qiáng)度。真空滅弧室外層有真空澆注填充物，外部再配有密封的環(huán)氧樹脂，加強(qiáng)了對真空滅弧室的保護(hù)。

3.2可分離插接式終端（包括出線電纜連接和避雷器）

可分離插接式終端分為兩個(gè)部分，如圖2所示，左邊是電纜連接T型頭，右側(cè)是避雷器T型頭。在對出線電纜的電纜頭進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一般采用可觸摸的插接式的電纜頭（左側(cè)T型頭）其結(jié)構(gòu)主要有絕緣層和半導(dǎo)體電層構(gòu)成，其材料都采用進(jìn)口的液態(tài)硅橡膠，同時(shí)下部應(yīng)力對電層的屏蔽起到控制的作用。絕緣層的構(gòu)成主要是由EPDM型號的優(yōu)質(zhì)絕緣橡膠構(gòu)成，外半導(dǎo)體層是由EPDM型號的導(dǎo)電橡膠硅構(gòu)成。在電纜的超電壓T型避雷器中起保護(hù)作用由避雷芯子和外半導(dǎo)電層以及接地線和內(nèi)半導(dǎo)體層等構(gòu)成。避雷針T型頭（右側(cè)T型頭）中避雷芯子的成分是氧化鋅避雷閥片，而接地線的作用就是將雷電接引到地下，內(nèi)半導(dǎo)電層的作用就是對電器應(yīng)力進(jìn)行控制。圖中所示右側(cè)的1、2、3、4、5與左側(cè)的6、7連接在一起。

圖2 可分離插接式終端結(jié)構(gòu)圖

3.3母線連接

一般對母線的封裝都是采用硅膠材料進(jìn)行封裝，對開關(guān)的排序也有一定的要求，使相間的間距一定層度程度上增大。同時(shí)不同的導(dǎo)體間的距離為300mm，對于母線的插接還要分開處理，解決了三相對中的麻煩。

4.結(jié)束語

本文的研究對象是絕緣開關(guān)柜，通過對其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善來減少開關(guān)柜的相間的空間，最后得出的結(jié)論如下。①通過分析找出了固體絕緣的小型化的解決辦法，同時(shí)對于小型化的開發(fā)具有參考作用。②為固體絕緣的導(dǎo)體和絕緣部件設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)條件。

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