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1、大電流固封極柱溫升問題分析摘要：固封極柱是開關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，由于固封極柱的固封式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電體長(zhǎng)期通電產(chǎn)生的熱量無法散岀，溫升高引起的絕緣失效成為固封極柱絕緣失效的主耍原因。筆者從影響溫升的主耍因素進(jìn)行分析，提出減小主回路電阻、采用導(dǎo)電性好的材料、增加散熱面積等溫升解決方案。通過固封極柱溫升試驗(yàn)及方案優(yōu)化，驗(yàn)證了解決方案的可行性，并得出軟連接方案在解決大電流固封極柱溫升方面更具有優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：固封極柱；主回路電阻；導(dǎo)電材料；散熱面積；軟連接方案0引言固封極柱是開關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，用于開斷、關(guān)合額定電流或故障電流。固封極柱通過APG工藝將真空滅弧室和導(dǎo)電件固封在環(huán)氧樹脂材料內(nèi)，
2、作為開關(guān)設(shè)備的一次主導(dǎo)電回路。與絕緣筒式主導(dǎo)電回路相比，固封極柱具有體積小、可拆卸零件少，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)⑴鐵由于環(huán)氧樹脂的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為18-20kV/mm,空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為3kV/mm,可知環(huán)氧樹脂絕緣強(qiáng)度是空氣6倍，因此固封極柱的絕緣水平較絕緣筒方案更高。固封極柱使用過程出現(xiàn)的故障多為絕緣故障，引起固封極柱絕緣失效的因素包括開裂、溫升高等。固封極柱開裂問題通過優(yōu)化導(dǎo)電件外形、改善澆注工藝和后固化過程等己得到有效控制，而大電流固封極柱溫升問題依然存在。固封極柱溫升高，易使導(dǎo)電嵌件表而氧化，生成的氧化物會(huì)引起電阻增加,從而影響固封極柱的回路電阻以及電氣性能。當(dāng)固封極柱導(dǎo)電件溫度超過
3、環(huán)氧樹脂玻璃化溫度時(shí)，環(huán)氧樹脂絕緣介質(zhì)損耗增加，材料發(fā)生老化、電導(dǎo)率降低引起絕緣性能下降，不能滿足其工作場(chǎng)合的絕緣要求，繼續(xù)帶電工作可能會(huì)引發(fā)絕緣事故。因此固封極柱解決溫升問題至關(guān)重要。1溫升的規(guī)定固封極柱通入倍額定電流值，在最后lh內(nèi)，溫升波動(dòng)不超過1K,即為當(dāng)前測(cè)試點(diǎn)溫度已穩(wěn)定，測(cè)試點(diǎn)溫度與周圍環(huán)境溫度之差即為溫升。文獻(xiàn)⑶對(duì)溫升的規(guī)定是當(dāng)周圍空氣溫度不超過40C時(shí)，開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備任何部分的溫升不應(yīng)超過表1規(guī)定的溫升極限值。表1固封極柱各部件溫度和溫升極限值導(dǎo)電介質(zhì)溫度/°c溫升/K「,裸銅或銅合金7535訐電込鍍銀或鍍銀10565TT鍍錫9050（
4、裸銅、裸銅合金、用螺905
5、0栓連裸鋁合金:鍍銀或鍍銀11575接鍍錫10565從表1中可知:1）螺栓連接處溫升極限值高于單個(gè)導(dǎo)電件的導(dǎo)電而溫升。2）導(dǎo)電件表面鍍銀或鍍銀比導(dǎo)電件基材表面或鍍錫溫升極限值高。因此為了滿足溫升要求，導(dǎo)電件表面應(yīng)鍍銀或鍍銀處理。3）固封極柱上下出線端面與觸臂螺栓連接，該處溫升值為75K,滅弧室與導(dǎo)電件非連接表而溫升值為65KO2影響溫升的因素及解決措施2.1主回路電阻在額定電流長(zhǎng)期流過時(shí)導(dǎo)電體發(fā)熱是溫升的主要來源，發(fā)熱量Q：Q=（l.l/r）2/?（1）式中：1「一額定工作電流（A）。R—主回路電阻（Q）,包括導(dǎo)電體電阻和接觸電阻⑷。由式（1）可知，固封極柱溫升與主回路電阻成正比，降
6、低溫升必須減小主回路電阻。固封極柱的主導(dǎo)電回路包括上出線座、真空滅弧室、下出線座以及連接真空滅弧室和下出線座的中間導(dǎo)電件。主回路電阻包括導(dǎo)電體電阻和接觸電阻，導(dǎo)電體電阻為上下出線座電阻、真空滅弧室電阻和中間導(dǎo)電件電阻；接觸電阻包括上出線座與真空滅弧室靜端接觸電阻、下出線座與真空滅弧室Z間的接觸電阻。減小主回路電阻可釆取以下措施：1）減少導(dǎo)電體數(shù)量?？蓽p小導(dǎo)電體電阻和接觸電阻，如采用整體式導(dǎo)電件或?qū)⒍鄠€(gè)導(dǎo)電件焊接在一起。2）減少真空滅弧室電阻。真空滅弧室電阻占固封極柱主回路電阻約70%,采用低阻值真空滅弧室在解決固封極柱的溫升問題中起關(guān)鍵作用。3）減小接觸電阻。導(dǎo)電件表面加工狀況、接觸
7、壓力、材料硬度等都影響接觸電阻大小。接觸壓力越大，則接觸電阻越小。點(diǎn)接觸壓力大于線或面接觸壓力，因此導(dǎo)電件接觸表面應(yīng)具有一定的表面粗糙度。材料硬度值越高，則能承受的接觸壓力也越大。加工表面表面氧化、化學(xué)腐蝕也會(huì)增加接觸電阻，應(yīng)注意表而鍍層保護(hù)。4）增大導(dǎo)電體截而積。導(dǎo)電體電阻與導(dǎo)電體截面積成反比，在不增加或少增加成本的基礎(chǔ)上，可適量增大導(dǎo)電體截面積。2.2材料導(dǎo)電性1）導(dǎo)電件材料常用的導(dǎo)電材料為T2銅和6063鋁，T2電導(dǎo)率>56MS/m,6063電導(dǎo)率&28MS/m,電導(dǎo)率和電阻率成倒數(shù)關(guān)系，電導(dǎo)率大的材料電阻率小，導(dǎo)電體自身電阻小。對(duì)于大電流固封極柱，為增大載流量，降低主回路電阻
8、，導(dǎo)電件通常采用T2。2）鍍層材料及厚度在導(dǎo)電件表面可鍍銀或鍍錫處理優(yōu)點(diǎn)一是防止導(dǎo)電體表面發(fā)生氧化降低其導(dǎo)電性能，防止接觸電阻增大；二是銀和錫的導(dǎo)電性能優(yōu)于銅和鋁，表而鍍層可提高導(dǎo)電件導(dǎo)電性能，降低接觸電阻。由表1可知表面鍍銀或鍍錫可增大其溫升極限值，鍍層厚度國(guó)網(wǎng)招標(biāo)規(guī)范中對(duì)鍍銀層厚度的要求是不小于8um,但鍍層過厚溫升高導(dǎo)電件表面易出現(xiàn)鼓包，影響其導(dǎo)電性能，因此鍍層厚度并非越厚越好。2.3散熱熱量傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。由于固封極柱是將真空滅
