PVB型柱上真空斷路器新重技術(shù)特點(diǎn)及其分析

楊華龍

（廈門ABB電器控制設(shè)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(shù)參數(shù)范圍內(nèi)，該產(chǎn)品能夠滿足電網(wǎng)在運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)各種保護(hù)的操作要求，包括關(guān)合和開斷短路故障電流；配置了智能控制箱后，能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高級配網(wǎng)自動(dòng)化功能。PVB真空斷路器在進(jìn)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(chǎn)品相比， PVB型柱上真空斷路器具有的三個(gè)重要特點(diǎn)詳述如下:

1采用真空開斷技術(shù)。真空開斷技術(shù)主要指斷路器在開斷或關(guān)合過程中，采用真空介質(zhì)進(jìn)行滅弧的一種高新技術(shù)。其實(shí)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(zhì)都是真空。真空開斷技術(shù)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(diǎn)，在配電網(wǎng)中應(yīng)用普及，成為國內(nèi)配網(wǎng)首先產(chǎn)品。

PVB的真空滅弧室是先進(jìn)滅弧技術(shù)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(dǎo)電游離體。其滅弧原理是利用真空恢復(fù)絕緣，使用特殊設(shè)計(jì)的旋弧觸頭產(chǎn)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(yīng)力對觸頭的燒蝕很小，所以額定電流開斷次數(shù)很高，達(dá)到10000次。當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，開斷電流一般較大，根據(jù)霍爾效應(yīng)，此時(shí)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(diǎn)的趨勢，此點(diǎn)溫度極高，熱應(yīng)力大，很有可能燒損金屬觸頭。而特殊設(shè)計(jì)的弧觸頭使得電弧被磁場驅(qū)動(dòng)保持旋轉(zhuǎn)，在上下觸頭之間產(chǎn)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(fēng)”，把集中的電弧分散推向觸頭邊緣，從而降低了電弧對點(diǎn)的熱應(yīng)力和燒蝕，同時(shí)可以提高開斷能力。當(dāng)電流第一次過零點(diǎn)時(shí)，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(shí)間內(nèi)就可以復(fù)合或凝聚在屏蔽罩上，因此，滅弧室斷口的電介質(zhì)恢復(fù)極快，具有較強(qiáng)的耐受瞬態(tài)恢復(fù)電壓的能力。PVB滅弧室先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(jìn)的固封技術(shù)。固封技術(shù)結(jié)合了緩沖層核心技術(shù)。由于不同材料的膨脹系數(shù)不同，使得滅弧室和環(huán)氧樹脂材料在澆注時(shí)常常在接縫處產(chǎn)生氣泡或開裂等故障現(xiàn)象，因而也成為重要的技術(shù)難題。而ABB巧妙的應(yīng)用了緩沖層技術(shù)，除低了不同材料表面膨脹系數(shù)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(shù)實(shí)現(xiàn)了對滅弧部件全密封﹑免維護(hù)，提高了滅弧單元的絕緣強(qiáng)度，同時(shí)降低外界機(jī)械力的影響。PVB型柱上真空斷路器的極柱采用先進(jìn)的固封澆注技術(shù)，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(luò)發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)了對滅弧室的全密封﹑免維護(hù)；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(jìn)一步的處理就能達(dá)到很高的絕緣強(qiáng)度，同時(shí)降低了外界機(jī)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(shù)的同類產(chǎn)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(guān)設(shè)備體積龐大，笨重，也增加了制造難度；同時(shí)經(jīng)常由于外界機(jī)械應(yīng)力沖擊，導(dǎo)致部件移位﹑松動(dòng)，維護(hù)量大﹑困難。澆注式極柱的出現(xiàn)，使真空泡的表面絕緣由外絕緣變成內(nèi)絕緣，第一次徹底完美地解決了表面爬電的問題。

同時(shí)，固封澆注技術(shù)促進(jìn)了極柱設(shè)計(jì)模塊化﹑生產(chǎn)量產(chǎn)化﹑應(yīng)用全球化。固封澆注技術(shù)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(chǎn)品，促進(jìn)了產(chǎn)品的量產(chǎn)化，提主了生產(chǎn)運(yùn)作效力；同時(shí)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(chǎn)品的應(yīng)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(yīng)用于電力工業(yè)低﹑高壓電絕緣子。其憎水性可與有機(jī)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(diǎn)：

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(zhuǎn)移疏水性和還原疏水性。②通過1000小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)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(jīng)過25000小時(shí)紫外線試驗(yàn)證明， 憎水性環(huán)氧樹脂穩(wěn)定地保持著較大的推進(jìn)角，具備較強(qiáng)的抗紫外線能力。④在冷熱沖擊下的機(jī)械性能試驗(yàn)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(shí)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(jī)械性能。在電力工業(yè)應(yīng)用中，絕緣子表面發(fā)生閃絡(luò)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(zhì)的表層開始產(chǎn)生泄漏電流，加重了干區(qū)額外電壓分擔(dān)，繼而引起絕緣介質(zhì)碳化﹑起痕﹑起包等電蝕現(xiàn)象。在這種情況下介質(zhì)絕緣處于不穩(wěn)定的狀況，甚至微小的電壓擾動(dòng)都可能引起干區(qū)間的放電，外絕緣閃絡(luò)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(luò)的可能性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)，降低了絕緣介質(zhì)的痕化及腐蝕，提高了設(shè)備運(yùn)行的預(yù)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(qiáng)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(chǎn)品長期穩(wěn)定的運(yùn)行提供了壽命保障。

結(jié)語

廈門ABB電器控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的PVB型柱上真空斷路器，采用了先進(jìn)的真空開斷技術(shù)和極柱固封澆注技術(shù)，同時(shí)采用了高性能的憎水性環(huán)氧樹脂，最大限度地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。此外它具備優(yōu)良的機(jī)械性能和電氣性能，適合于國內(nèi)外配電系統(tǒng)的使用。PVB型柱上真空斷路器應(yīng)用至今，有口皆碑，已成為戶外斷路器產(chǎn)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(jià)值。

[1]高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求[S].

[2]GB/T11022，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求[S].

[3]GB1984，高壓交流斷路器[S].