淺談六氟化硫（sf6）負(fù)荷開關(guān)的工作原理

紐瑞德氣體小編淺談六氟化硫（sf6）負(fù)荷開關(guān)的工作原理
由于10kv、sf6負(fù)荷開關(guān)柜具有安全、易安裝、維修少、體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，深得廣大用戶的青睞。國內(nèi)采用10kv負(fù)荷開關(guān)以來，以abb公司的sfg開關(guān)和施耐德公司的sm6rm6兩大品牌產(chǎn)品占據(jù)了國內(nèi)大部分市場，隨著國內(nèi)生產(chǎn)廠商對(duì)10kv、sf6負(fù)荷開關(guān)制造技術(shù)的逐步掌握，國產(chǎn)10kv、sf6負(fù)荷開關(guān)的使用數(shù)量與日俱增，目前國內(nèi)已有十幾家生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)不同型號(hào)的sf6負(fù)荷開關(guān)。
我們公司是十幾家生產(chǎn)廠的其中之一。在生產(chǎn)sf6負(fù)荷開關(guān)的過程中向兄弟單位學(xué)習(xí)借鑒了很多好的經(jīng)驗(yàn)，為了得到更多的專家、學(xué)者及同行人士的幫助指導(dǎo)，現(xiàn)將我公司近二年對(duì)10kv、sf6負(fù)荷開關(guān)幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量控制的技術(shù)措施淺談如下，請(qǐng)給予指教。
一、環(huán)氧樹脂絕緣殼體：
環(huán)氧樹脂由于其良好的機(jī)械、絕緣、耐老化及制造工藝性能，已成為當(dāng)今制造優(yōu)質(zhì)絕緣件的首選，而壓力凝膠工藝由于充分發(fā)揮了環(huán)氧樹脂的各項(xiàng)性能優(yōu)勢，當(dāng)今國際、國內(nèi)各種品牌sf6負(fù)荷開關(guān)絕緣殼體無不由環(huán)氧樹脂采用壓力凝膠工藝制成。其工藝流程如下圖：
由于開關(guān)殼體同時(shí)承擔(dān)了絕緣、氣密、機(jī)械支撐的功能，使得它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械性能及精度要求都很高，無疑對(duì)材料選用、制造工藝過程均提出了嚴(yán)格的要求。
1．材料選用
1.1環(huán)氧樹脂：
　　基礎(chǔ)型的環(huán)氧樹脂（即大型樹脂廠生產(chǎn)的年產(chǎn)量數(shù)千噸的環(huán)氧樹脂）及固化劑不能直接用于生產(chǎn)絕緣件，特別是sf6開關(guān)絕緣殼體所用的環(huán)氧樹脂及固化劑更是需要經(jīng)過特殊的改性處理以提高其機(jī)械強(qiáng)度、韌性及改善其耐冷熱沖擊性能及加工工藝性能。不同廠家的改性技術(shù)各有千秋，所以適合不同工作重點(diǎn)的產(chǎn)品要求，而對(duì)于sf6開關(guān)絕緣殼體由于它本身是一個(gè)支撐件，在開關(guān)分、合過程中受到一定的沖擊力，對(duì)環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度提出了較高的要求；開關(guān)殼體里要充裝sf6氣體并保證極低的泄漏率，就對(duì)環(huán)氧樹脂對(duì)嵌件的粘結(jié)性提出了較高的要求；近年來，sf6負(fù)荷開關(guān)在生產(chǎn)或工作中曾發(fā)生過殼體開裂事故，經(jīng)測試，開裂殼體所用材料的拉伸強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度并不低，而代表材料韌性的沖擊強(qiáng)度卻較低�？梢妔f6開關(guān)絕緣殼體的沖擊強(qiáng)度又是各項(xiàng)性能指標(biāo)中的重中之重。經(jīng)我們反復(fù)篩選，國內(nèi)生產(chǎn)的he2082-hh2082材料特別適合生產(chǎn)sf6開關(guān)絕緣殼體，該體系玻璃化溫度實(shí)測104℃，滿足某國際知名品牌要求的100℃～110℃，而且沖擊強(qiáng)度達(dá)15kj/m2,超過一般配方體系50，具有極佳的韌性，同時(shí)由于其粘結(jié)性極佳，生產(chǎn)的開關(guān)殼體有極低的漏氣率。
12硅微粉：
環(huán)氧樹脂中加入硅微粉可以提高固化物的耐熱性、硬度及尺寸穩(wěn)定性，并降低了生產(chǎn)成本。硅微粉由于礦源及生產(chǎn)工藝的不同，對(duì)環(huán)氧樹脂固化物的各項(xiàng)性能均有很大的影響。在生產(chǎn)一般產(chǎn)品時(shí)往往把混合料粘度或硅微粉的可加入量當(dāng)成衡量硅微粉質(zhì)量的主要指標(biāo)。但作為生產(chǎn)重要絕緣件的配方體系，把固化物高性能作為衡量硅微粉質(zhì)量的首選指標(biāo)。加入高質(zhì)量的硅微粉加入環(huán)氧樹脂后粘度較高，使得可加入量偏低，經(jīng)分析是硅微粉中針狀顆粒含量較高造成，而這恰恰提高了環(huán)氧樹脂的機(jī)械強(qiáng)度。
1．3染色劑：
用于環(huán)氧樹脂的染色劑無外乎有機(jī)染色劑及無機(jī)染色劑兩大類，有機(jī)染色劑對(duì)環(huán)氧樹脂加固化物電氣絕緣性能無明顯影響；而無機(jī)染色劑多是以氧化鐵為主的金屬氧化物，加入環(huán)氧樹脂后會(huì)加大固化物的介電損耗，所以為了保證產(chǎn)品的電氣絕緣性能，配方體系中盡量不要加入無機(jī)染色劑。
為了保證電氣絕緣性能，電工級(jí)硅微粉的fe203含量的技術(shù)指標(biāo)要求為≤0.01,而在配方體系中按環(huán)氧樹脂比加入1.5的氧化鐵紅色粉相當(dāng)于使硅微粉的fe203含提高至0.5,達(dá)到基礎(chǔ)含量50倍，可以想象對(duì)電氣絕緣性能影響的程度。
2.嵌件預(yù)處理:
為了保證環(huán)氧樹脂對(duì)嵌件的良好粘結(jié),對(duì)嵌件良好的預(yù)處理也是至關(guān)重要的。嵌件的預(yù)處理包括噴砂、清洗油污及灰塵,精確預(yù)熱至與模具溫度一致并注意不能氧化過度,以免強(qiáng)度極低的氧化銅影響環(huán)氧樹脂對(duì)嵌件的粘結(jié)強(qiáng)度.并保證嵌件在周轉(zhuǎn)過程中不能被二次污染。環(huán)氧樹脂對(duì)嵌件良好的粘結(jié)不但保證了極低的漏氣率，同時(shí)也使得產(chǎn)品有極低的局部放電。放電量在15kv時(shí)，測得僅為5pc。
3.后固化、定型、冷卻：
環(huán)氧樹脂在常溫下的彈性模量很高，如剪切彈性模具達(dá)到4000mpa，呈剛性狀態(tài)；當(dāng)溫度超過玻璃化溫度時(shí)，其剪切彈性模量只有40mpa，呈高彈態(tài)。在很小的外力下就可以變形，利用這一特性，可以在后固化過程中將sf6開關(guān)絕緣殼體上下殼的對(duì)合面放在一個(gè)有一定精度的平板上進(jìn)行定型，完成后固化后，以很低的降溫速度（≤5℃/h）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行隨爐冷卻，不但有利于保證絕緣殼體上、下殼對(duì)合面有較小的平面度誤差，而且產(chǎn)品各處的內(nèi)應(yīng)力也很低，不至于在以后發(fā)生變形或開裂現(xiàn)象。
經(jīng)過這樣處理并加以適當(dāng)?shù)倪x配，上、下殼之間的對(duì)合間隙≤0.25mm,這樣在上、下殼對(duì)鎖在一起時(shí)由于變形量極小，使得產(chǎn)品的變形內(nèi)應(yīng)力極小,保證了開關(guān)的安全使用，不會(huì)產(chǎn)生開裂漏氣現(xiàn)象。
二、sf6負(fù)荷開關(guān)泄漏率的質(zhì)量控制。
sf6負(fù)荷開關(guān)漏氣率一直是各生產(chǎn)廠家和用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。國外產(chǎn)品充氣壓力為0.04mpa的負(fù)荷開關(guān)24小時(shí)密封試驗(yàn)，年泄漏率基本在0.05／年左右，開關(guān)使用壽命30年。國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的sf6負(fù)荷開關(guān)充六氟化硫氣體的壓力為0.045mpa，24小時(shí)密封試驗(yàn)?zāi)曷�氣率比較高，都在1~0.5／年左右。
是什么原因使國內(nèi)、國外同類產(chǎn)品的年泄漏率相差如此懸殊？
我們分析后認(rèn)為：主要原因是國內(nèi)生產(chǎn)密封圈的材料和性能比國外生產(chǎn)的性能差，針對(duì)密封圈存在的問題我們多次請(qǐng)教密封專家，更改了密封圈的型狀和材料。我們使用密封技術(shù)研究所的專利技術(shù)。將上下殼體之間和動(dòng)配合與殼體之間使用的密封圈改為“□”型密封圈，將材質(zhì)改為軟木橡膠。為了保證橡膠圈的壽命，做了100℃×24小時(shí)的耐熱空氣的老化試驗(yàn)，硬度變化為 2度。伸長率變化16，拉伸強(qiáng)度變化15，還做了耐25#變壓器油試驗(yàn)100℃×24小時(shí)體積變化2.8，重量變化—1.1，硬度變化—3度，脆性溫度—45℃。
試驗(yàn)結(jié)果證明：該密封圈的性能可以滿足我們的要求。同時(shí)也把通氣閥和觀查窗所使用三元乙丙的密封圈改為了耐油性和耐高低溫、性能好的丁睛橡膠。并且把合模線改到了非密封表面部位，從而使密封效果大大提高。
我們采用“□”密封圈后對(duì)sf6開關(guān)的組裝工藝進(jìn)行修改，改變螺栓緊固順序：將螺栓的鎖緊力由原來的30n/m降至22n/m，并把開關(guān)進(jìn)行100次“合—分”后進(jìn)行密封。開關(guān)充氣壓力為0.045mpa放到密封罐內(nèi)，24小時(shí)前后兩次測得基數(shù)值完全一樣。這表明檢漏設(shè)備精度在10-7時(shí)不能測出數(shù)值，也就是說泄漏率基本為零，特此將24小時(shí)前后測得增長值規(guī)定上為零，做為我們公司檢測標(biāo)準(zhǔn)。如果測得24小時(shí)前后有變化，則認(rèn)定此產(chǎn)品為不合格，在本次型式試驗(yàn)中測得泄漏氣體濃度的增量δc=0.03μl/l，封閉罩容積vm=2.46m3；試品體積v1=0.72m3；開關(guān)內(nèi)充氣體積v=0.029m3；間隔時(shí)間δt=86400s；絕對(duì)大氣壓p=0.1mpa；sf6開關(guān)充氣壓力pr=0.045mpa；f=（δc×（vm×v1）×p）/δtfy=[（f×31.5×106）/（v×（pr p））×100。經(jīng)過計(jì)算，相對(duì)年漏氣率fy=0.045／年,實(shí)現(xiàn)了漏氣率的質(zhì)量控制。
三、回路電阻的質(zhì)量控制。
國內(nèi)sf6負(fù)荷開關(guān)技術(shù)條件，一般規(guī)定主回路電阻≤65μω而國外同類產(chǎn)品≤42μω。為了縮小sf6開關(guān)的回路電阻值，達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平，我們公司進(jìn)行了分析，最后認(rèn)為：影響回路電阻值存在原因之一是動(dòng)靜觸頭之間的夾緊力的大小和一致性，在此我們做了大量的試驗(yàn)，確定夾緊力為160n—190n之間并對(duì)影響觸頭夾緊力的碟型彈簧進(jìn)行了篩選，選擇了能夠保證質(zhì)量的協(xié)作廠家。我公司在專業(yè)廠家訂做了觸頭夾緊力測試儀其測量精度為±1n，保證了觸頭壓力的一致性；原因之二是動(dòng)靜觸頭的r13球面接觸要保證在整個(gè)球面的85以上，方可保證開關(guān)主回路電阻值在40μω以下。以上兩個(gè)結(jié)論保證了型式試驗(yàn)壽命前后的溫升試驗(yàn)和回路電阻測試。測試結(jié)果見表（1），從而實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)控制回路電阻質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)≤42μω，其通流溫升試驗(yàn)裕度很大。最高溫升值僅為規(guī)定值的50左右。見表（2）
四、電氣壽命的質(zhì)量控制。
我們公司為了檢驗(yàn)fln單斷口sf6負(fù)荷開關(guān)的產(chǎn)品工藝質(zhì)量，特委托電力工業(yè)電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗(yàn)中心（即中國電科院開關(guān)試驗(yàn)站）依據(jù)gb3804—90交流高壓負(fù)荷開關(guān)gb/t11022—1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求，做了型式試驗(yàn)，成功的開斷有功負(fù)載150次，我公司生產(chǎn)的sf6負(fù)荷開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
在fln負(fù)荷開關(guān)的開斷和關(guān)合試驗(yàn)中，（按照要求進(jìn)行了方式1：“合——分”額定有功負(fù)載開斷電流630a，100次；方式2：“合——分”閉環(huán)開斷電流630a，10次；方式3：“合——分”5額定有功負(fù)載開斷電流31.5a，20次；方式4：“合——分”額定電流充電電流開斷10a，20次；方式5：關(guān)合額定短路關(guān)合電流50ka峰值，2次，接地開關(guān)關(guān)合額定短路關(guān)合電流50ka、峰值，2次）機(jī)械壽命主回路5000次，接地2000次，轉(zhuǎn)移電流1700a，經(jīng)過上述嚴(yán)格苛刻的型式試驗(yàn)，說明我公司sf6負(fù)荷開關(guān)的裝配工藝和檢驗(yàn)工藝是正確可行的。
我公司在成功的型式試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行了解剖分析，發(fā)現(xiàn)滅孤柵的材質(zhì)耐電孤高溫性能不是很理想，20ka、4s短時(shí)耐受電流過后，聚炭酸脂材料耐高溫性能不是很好，在100℃左右滅孤柵有些變形。請(qǐng)教有關(guān)專家對(duì)滅孤柵的原材料進(jìn)行了更新，選擇了可在250℃高溫下正常工作的高絕緣性材料聚酰胺。其它廠用我公司的負(fù)荷開關(guān)開關(guān)柜型試試驗(yàn)結(jié)果，證明聚酰胺材料大大提高了滅孤柵的性能，使sf6負(fù)荷開關(guān)在開斷和關(guān)合試驗(yàn)時(shí)非常順暢的完成，且在20ka的短時(shí)耐受電流后未發(fā)現(xiàn)任何變形。
五、sf6開關(guān)水分含量控制。
依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/11022-1999，高壓開關(guān)設(shè)備通用技術(shù)條件5.2要求和dl/t596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求。我們公司對(duì)sf6負(fù)荷開關(guān)實(shí)行了微量水分控制。首先抓生產(chǎn)環(huán)境的改造工藝制度的保障，三是測量儀器的監(jiān)測。在生產(chǎn)環(huán)境的改造中建造了專供sf6負(fù)荷開關(guān)生產(chǎn)線用的廠房。生產(chǎn)線做到了無塵、恒溫、恒濕的要求，其工藝及工藝紀(jì)律是制造合格產(chǎn)品的保障。我們?cè)趫?zhí)行工藝的同時(shí)，對(duì)原始工藝進(jìn)行考核。經(jīng)過多次試驗(yàn)，修改了裝配工藝和烘烤工藝。制定出開關(guān)元件烘烤時(shí)間、烘烤溫度和開關(guān)抽真空的真空度要求，還有干燥劑的使用其活化處理的要求。同時(shí)也制定了烘烤—裝配—抽真空—充sf6氣體—檢測各環(huán)節(jié)衍接制度。最終用國家計(jì)量院標(biāo)定好的精密露點(diǎn)儀進(jìn)行測試。確保了sf6負(fù)荷開關(guān)的水份含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
查看sf6氣體 http://kratomchamberofcommerce.com/liufuhualiu/liufuhualiu.html

   24小時(shí) 貼心服務(wù)：如果您對(duì)以上紐瑞德氣體感興趣或有疑問，請(qǐng)點(diǎn)擊和我聯(lián)系網(wǎng)頁右側(cè)的在線客服，或致電：400-6277-838，紐瑞德氣體——您全程貼心的采購顧問。