固封極柱設(shè)計(jì)制作中應(yīng)注意的相關(guān)事項(xiàng)

史紀(jì)平

摘 要：固封極柱設(shè)計(jì)制作中需注意的相關(guān)事項(xiàng)，解決固封極柱容易出現(xiàn)的擊穿、開(kāi)裂、溫升等問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

關(guān)鍵詞：固封極柱;APG工藝;溫升;開(kāi)裂

1 概述

真空斷路器根據(jù)真空滅弧室外絕緣的發(fā)展經(jīng)歷分為三個(gè)階段：空氣絕緣、復(fù)合絕緣和固封極柱絕緣。空氣絕緣和復(fù)合絕緣由于滅弧室或高壓帶電部件裸露在空氣中，絕緣水平受環(huán)境影響比較大，而固封極柱絕緣采用APG工藝，利用環(huán)氧樹(shù)脂將真空滅弧室及上下出線包封固定，使滅弧室及上下出線與環(huán)氧組成一個(gè)整體，絕緣水平受外部環(huán)境影響小。

固封極柱具有絕緣水平高、環(huán)境影響小、尺寸精度，裝配簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小重量輕，推動(dòng)了真空斷路器小型化，因此得到了快速的推廣及發(fā)展。

固封極柱具有很多優(yōu)點(diǎn)，在制作時(shí)也對(duì)真空滅弧室、上下出線選用、環(huán)氧配方、加工工藝等提出了更高的要求，因此在固封極柱設(shè)計(jì)制作時(shí)要引起高度重視。

2 真空滅弧室選用

APG技術(shù)在固封極柱中的應(yīng)用，使得滅弧室外部絕緣得到保證，因此在同電壓等級(jí)及同電流規(guī)格時(shí)，滅弧室體積可以做得更小，但對(duì)滅弧室的外殼、屏蔽、動(dòng)靜觸頭結(jié)構(gòu)等也提出特殊要求。

固封極柱真空滅弧室、上下出線均包封在環(huán)氧樹(shù)脂中，決定其散熱條件相對(duì)惡劣，解決溫升便成了固封極柱的難點(diǎn)，因此減小滅弧室的接觸電阻及固封極柱的回路電阻成了滅弧室制造的難點(diǎn)。

APG工藝決定了固封極柱制作過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間高溫對(duì)滅弧室產(chǎn)生的影響，即滅弧室在8～12小時(shí)內(nèi)受140～160℃高溫烘烤后，其電氣機(jī)械性能及壽命不降低。

為保證真空斷路器的電氣及機(jī)械性能。選用結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)良的真空滅弧室就顯得尤為重要。

3 上下出線選用

由于固封極柱結(jié)構(gòu)的要求，使得上下出線形狀復(fù)雜，且包封在環(huán)氧樹(shù)脂中，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮上下出線與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合的要求，增大圓弧過(guò)渡，減少形狀突變及尖角棱角，避免環(huán)氧樹(shù)脂固化后內(nèi)應(yīng)力集中而造成產(chǎn)品開(kāi)裂，同時(shí)對(duì)上下出線與環(huán)氧樹(shù)脂接觸的表面進(jìn)行噴砂處理，增大與環(huán)氧樹(shù)脂的界面結(jié)合度，避免界面間形成空腔，影響產(chǎn)品的絕緣及局部放電水平，甚至造成產(chǎn)品開(kāi)裂。

4 環(huán)氧樹(shù)脂配方選擇

固封極柱中環(huán)氧樹(shù)脂既作為外絕緣，也作為整個(gè)部件的支撐件，就必須要滿足電氣性能及機(jī)械性能要求。另外，固封極柱上下出線及滅弧室包封在環(huán)氧樹(shù)脂中，各種材料的膨脹系數(shù)不同，環(huán)氧固化時(shí)容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力造成開(kāi)裂。這就要求環(huán)氧配方選擇時(shí)，除保障產(chǎn)品絕緣性能和機(jī)械性能外，還要有較高的抗開(kāi)裂性。同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂配方在固化反應(yīng)中放熱峰要平緩，收縮率低，便于工藝控制，降低固化物產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

固封極柱在帶電運(yùn)行中滅弧室和上下出線溫度會(huì)升高，溫度的變化會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的絕緣及機(jī)械性能造成一定影響。玻璃化溫度（Tg）作為衡量環(huán)氧樹(shù)脂熱性能指標(biāo)的參數(shù)，它與材料的力學(xué)性能相關(guān)。選擇合理的Tg值有利于減少制品的內(nèi)應(yīng)力，提高環(huán)氧包封層的抗開(kāi)裂性。

5 緩沖層選擇及粘接問(wèn)題

滅弧室外殼與環(huán)氧樹(shù)脂的膨脹系數(shù)不同，在制作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力引起產(chǎn)品開(kāi)裂，因而在滅弧室與環(huán)氧樹(shù)脂之間包一層柔性材料作為緩沖層，減小內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)品因內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂。

緩沖材料要有較高的絕緣強(qiáng)度及韌性，還要耐高溫。能起到緩沖的作用，又不會(huì)因高溫老化而使絕緣降低。緩沖層的引入，使得滅弧室外絕緣變成了陶瓷、緩沖層和環(huán)氧樹(shù)脂三種材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣。三種材料介電常數(shù)不同，在試驗(yàn)或運(yùn)行中會(huì)發(fā)生不同絕緣介質(zhì)層間放電，造成絕緣加速老化甚至擊穿。

解決滅弧室外殼與緩沖層，緩沖層與環(huán)氧樹(shù)脂界面之間粘結(jié)強(qiáng)度問(wèn)題，在固封極柱制作中應(yīng)引起高度重視。這就需要引入一種粘接劑，使各種界面之間能夠可靠粘接，讓復(fù)合絕緣成為一個(gè)整體以保證絕緣的可靠性。不同材質(zhì)界面間的粘結(jié)問(wèn)題處理不好，產(chǎn)品在試驗(yàn)或運(yùn)行中會(huì)發(fā)生界面間放電，甚至將滅弧室擊穿。

6 固封極柱防開(kāi)裂

固封極柱開(kāi)裂是一種常見(jiàn)問(wèn)題。由于環(huán)氧樹(shù)脂、滅弧室外殼、上下出線的膨脹系數(shù)不同，如果環(huán)氧固化時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂，另外動(dòng)熱穩(wěn)定沖擊、分合閘操作振動(dòng)、環(huán)境溫度的變化等也會(huì)造成開(kāi)裂。

解決開(kāi)裂問(wèn)題除了要做好上下出線、環(huán)氧樹(shù)脂配方、緩沖層的選擇及粘接外，還要有合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計(jì)，制作工藝的選擇也尤為重要。

7 制作工藝選擇

APG工藝是首先將環(huán)氧樹(shù)脂等物料在混料罐中混合均勻，經(jīng)真空脫氣處理后在一定壓力下將混合料注射進(jìn)入模腔，混合料在模腔內(nèi)均勻緩慢上升，使模腔內(nèi)空氣排出的同時(shí)充滿整個(gè)模腔，混合料在較高的模溫下與模壁接觸后迅速固化，然后逐漸向內(nèi)部延伸，從注料到脫模期間注射口始終對(duì)模腔保持一定壓力，不斷對(duì)模腔進(jìn)行補(bǔ)縮，從而使制件具有優(yōu)異的機(jī)械、電氣性能。

為適應(yīng)APG工藝要求，工藝選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)不同材料“粘度—時(shí)間曲線”、“粘度—溫度曲線”、“凝膠時(shí)間—溫度曲線”制定合理的配料溫度、貯存時(shí)間、注射壓力、模具溫度及初固化時(shí)間、后固化溫度和時(shí)間，保證環(huán)氧體系能夠固化反應(yīng)完全，達(dá)到制品需要的機(jī)械及電氣性能等要求。還要根據(jù)季節(jié)溫度的不同，做好后固化完成后的降溫要求，防止產(chǎn)品因急劇降溫內(nèi)應(yīng)力集中導(dǎo)致開(kāi)裂。

8 結(jié)語(yǔ)

固封極柱作為斷路器的核心部件，主要由真空滅弧室、上下出線、環(huán)氧樹(shù)脂采用APG工藝制作而成，其具有絕緣可靠、體積小重量輕、尺寸精準(zhǔn)、組裝簡(jiǎn)單、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，解決產(chǎn)品易出現(xiàn)的擊穿、開(kāi)裂、溫升等問(wèn)題，從設(shè)計(jì)到制作，要解決好文中提到的相關(guān)注意事項(xiàng)，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足斷路器使用要求，確保產(chǎn)品帶電運(yùn)行安全可靠。

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