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西安高压电器研究所有限责任公司寇政理游一平易近
户外开关装备安装方式简单、运用范围宽广、投进费用低廉和因它自身具有的较完整的庇护功能，在输配电线路中据有重要的地位。是以，提高产物的靠得住性，起劲向免维护标的目的成长是必需追求的方针。
1户外中压开关装备的要害问题
1.1开关本体部门
开关本体是产物的主体部门，主要的问题为开断问题和尽缘问题。
户外开关直接处于恶劣的户外运行情况。由于受日晒雨淋的影响，户外开关应具有防雨雪的能力，能承受紫外线照射而其尽缘强度和机械强度不发生有损开关性能的改变；户外温差年夜，开关必具有有用的防凝露、防腐、防锈、防机构卡死功能。
户外开关直接表露在外界情况条件下的尽缘部门，主要有套管，包括瓷套管、复合尽缘套管（内芯为环氧树脂，外表为硅橡胶）和户外环氧树脂套管等。对于SF6开关，SF6气体起着灭弧和尽缘两个作用，除在灭弧室中的灭弧和断口尽缘外，SF6还可用作对地及相间尽缘。而对于真空开关，因真空技术主要是真空灭弧室断口的开断和尽缘技术，它不能作为对地和相间尽缘，它们只能以油介、SF6介、年夜气介、复合介和固体尽缘作为尽缘。对于户外真空开关而言，其灭弧室外的尽缘若何处置是产物设计的要害。
1.1.1以油作为尽缘介
油以其秀的尽缘性能使开关体积小，并对箱体内各个零部件有秀的防护作用。但有可能渗油且油易燃，易引发二次灾难，非凡是某些开关加工与制造不良时，使油受潮或油箱进水，尽缘性能劣化，终成长为尽缘被击穿而发生爆炸。箱体内油喷出箱外，发生燃烧，危及人身和装备的平安。
1.1.2以有机尽缘材料（如环氧制品）与空气组合成的尽缘结构
该类型的产物可克服上述以油为尽缘介的弊端，不存在尽缘击穿后油燃烧而发生的二次灾难，同时，该类产物易于装配、调试及维修，但体积偏年夜，重偏重。近年来，该类产物在国内户外真空断路器市场中据有很年夜的比例。
1.1.3复合尽缘
这类尽缘结构的产物以柱式为主，将真空灭弧室安装在尽缘套管内，再用硅脂、聚氨酯材料、硅橡胶填充间隙。
1.1.4SF6气体尽缘
由于SF6气体秀的尽缘性能和导热性，产物可以做到体积小、重轻。由于箱体内SF6气体压力不高，加上密封橡胶材料、密封脂、密封结构均有成熟的经验，可以有用地避免漏气及潮气进进。假设采用永磁机构置于箱体内，使机构的各个零部件免受外界年夜气的污染和锈蚀，该类产物可做成免维护产物。但该类型产物密封结构的设计一定要合理，且对生产工艺的要求较高。
1.1.5固体尽缘
固体尽缘的真空断路器（重合器）或负荷开关（分段器）年夜多为柱式结构，它是将真空灭弧室和电流互感器用户外环氧树脂浇注在一起，作为主尽缘和机械支持，浇注件外概况呈伞形，用以防雨，并到达一定的漏电距离。以上这五种尽缘结构属于将真空作为灭弧介的开关，但真空开关作为负荷开关，有一定的局限性，由于负荷开关的功能要求与断路器分歧，它不需开断短路电流，只需切合负荷电流，同时对其断口的尽缘性能要求较高，如作为线路分段点时，往往要知足隔脱离关的要求。在开发负荷开关产物时许多制造商更中意于采用SF6技术，用简单的灭弧结构就可开断负荷电流（一般在630A以下）；同时，拉年夜SF6断口的距离，即可提高其尽缘靠得住性，知足分段点断口的要求。
1.2二次单元
由于微机技术在开关装备中的运用，使得户外开关的二次部门获得了突飞猛进的成长。
现代二次技术用于户外开关，其所具有的功能很多，但凭据开关本体的分歧，它们又有所区分，以柱上开关为例，其主要功能见表1所示。
凭据产物使用处合分歧，上述功能可肆意选择。是以，制造商在开发多种柱上开关产物时，其控制单元的硬件通常为不异的，仅在软件上凭据功能的分歧而有所区分。
现代二次装备，将电流互感器的旌旗灯号传输给微处置器，当电流到达微处置器动作的划定水日常平凡，微处置器发出动作旌旗灯号，使开关脱扣，此时，微处置器所需的能很小。
另外一方面，现代二次技术采用接近开关来替换传统的辅助开关。传统的辅助开关需要与主开关机械毗连的多重环节，使结构变得复杂，易泛起卡滞等故障。由于辅助开关触头的弹跳，不容易肯定转换时刻，也会造成故障。接近开关属于无触点开关，动作稳定准确，靠得住性高。近年来，国外现代的二次技术已慢慢用于柱上开关技术中，形成机电一体化新潮水。国内也将会朝这个标的目的成长。
1.3操念头构
从、国内断路器的故障统计数字来看，机械故障占年夜大都，高达总故障的70％，为进一步提高断路器的靠得住性，知足现今社会对高、高靠得住性产物的需求，有需要突破传统意义上的机构动作原理，研制新的断路器操念头构—永磁操念头构。永磁机构较其它机构的年夜势是靠得住性高，由于只有一个运动部件，且又可以与灭弧室直接毗连，零部件较弹簧机构削减了60％。它结构简单，零部件的年夜幅削减使开关机械系统靠得住性年夜年夜提高，从而实现免维护运行。
2产物实例——ZW51柱上真空断路器
2.1概述
柱上断路器/重合器是10kV配电系统中重要的开关装备，自从LW3-10、ZWl-10、ZW8-12等系列柱上SF6和柱上真空开关研制成功以来，在系统中获得了普遍的运用并取得了较好的效果，但与今朝国外产物相比尚有较年夜差距。虽然今朝柱上负荷开关使用潮水日益扩年夜，断路器用有所下降，但由于断路器/重合用具有较完善的控制和庇护功能，在分歧网络、重要部门、系统出线端、非凡联接点等场所仍显示出其它装备不成替换的势，在配电系统中仍占主导地位，是以，柱上断路器/重合器必需顺应科技成长的需要，以新材料和新工艺为根蒂根基，进行全新设计。
户外环氧树脂在国外已取得了成功的运用，国内也有一些运用经验，将真空灭弧室及一些辅助元件整体进行环氧树脂浇装，可以极年夜地简化产物的结构并具有较高的靠得住性，为实现免维护打下根蒂根基。永磁操念头构是近几年兴起的新技术，国内也在积极地研究并取得了成功，它在柱上开关中的运用可以说是一个年夜的变化。
从国外近几年推出的产物来看，采用户外环氧树脂浇注的真空灭弧室组件、永磁操念头构、单片机控制单元组成断路器/重合器是一种主要的成长模式，也为配电系统实现自动化缔造了条件。
随着乡镇企的蓬勃成长和农村生活水平的提高，我国县及县以下用电不竭增加，并对供电的接连性和靠得住性要求也越来越高。柱上断路器以其简单的安装方式、经济实惠的投进费用和灵活灵活的使用处合而获得普遍地运用。可是，由于户外情况条件恶劣，产物运行一段时间后经常会泛起故障，现场维修很是坚苦，要解决这个问题，好的法子就是提高产物的靠得住性，起劲向免维护标的目的成长。此外，在部门经济蓬勃地域，对开关装备参数的提高提出迫切的要求。为此，西安高压电器研究所与行兄弟厂家配合成功开发了ZW51-12/630-20型户外交流高压真空断路器，如图1所示。
2.2产物用途和使用范围
ZW51-12/630-20型户外交流高压真空断路器系三订交流50Hz户外高压开关装备，主要用于农网和城网的10kV供电系统，作为分合负荷电流、过载电流及短路电流之用，也可用于其它类似场所。
该产物无油、无SF6气体、采用户外环氧树脂浇注工艺，使真空灭弧室与电流互感器一体化，立式分相安插，底座为铝合金铸件，采用永磁操念头构，配上电子控制单元成为智能化断路器。由于采用新工艺、新技术使得产物灭弧能力强，短路开断次数高，无火灾爆炸危险，操作利便，体积小、重轻，外形美观，可实现高靠得住和免维护。
2.3整体结构及主要部件
参见图1，该断路器采用三极柱式结构，三个极柱组件垂直安装在铸铝合金箱体上，箱体内装有永磁操念头构和传动系统，电子控制单元与本体分隔安插，经由过程电缆实现信息交换与测控。
极柱组件是免维护部件，其内组合了真空灭弧室、电流互感器和进出线导电体，采用户外环氧树脂一次浇注成型，外尽缘漏电比距在IV级以上，对地内尽缘漏电比距在II级以上，可用于较严酷的情况条件下。在极柱组件内经由过程喇叭型软联接件将真空灭弧室动导电杆与下出线座连通以组成主回路，尽缘操作杆一端用于毗连真空灭弧室动导电杆，另外一端伸进机构箱内，用于安装触头弹簧并与主轴上的驱动拐臂铰连，以实现分合闸操作。
该产物真空灭弧室采用陶瓷外壳，杯状纵磁场触头结构，铜铬触头材料，具有良的开断和关合短路电流能力及长的电寿命。
永磁操念头构为双线圈双稳态结构，哄骗电磁能实现断路器的合闸操作并同时给触头弹簧储能，断路器的分闸操作则由电磁能和触头弹簧释能来完成。综合斟酌技术经济指标，采用一台机构驱动一根主轴的传动方案。
电子控制单元由微型单片计较机组成主控电路，由年夜功率半导体器件实现输出驱动，电源采用高性能蓄电池组来担任，蓄电池的能弥补由本体B相TA来提供。
2.4几个要害问题及解决方案
2.4.1极柱组件的浇注问题
极柱组件集真空灭弧室、电流互感器、进出线导电座于一体，由户外环氧树脂整体浇注成型。其要害问题在于若何解决好因真空灭弧室和环氧层膨胀系数分歧，造成浇注后应力致使极柱开裂的现象。经屡次频频实验，该产物采用了一种硅酮基胶粘剂，价格廉价、操作简洁、粘接强度高、尽缘性能好。试浇样品，剥离环氧层后发现，涂层被从中心扯开，在环氧内壁及瓷壳外壁均粘有致密的橡胶层，可见其粘接力远年夜于自身的连系力。再经由过程改小出线座直径，同时再增加端部环氧层厚度，控制缓冲层厚度。
2.4.2永磁操念头构与断路器的特征配合问题
由于在起头阶段，对永磁机构特征熟悉不足，设计方案中采用了单线圈式永磁机构来驱动，传动比选为1∶1，虽然与断路器要求的动作特征可以匹配，但调试难度非凡年夜，往往需要更换零部件、调整线圈参数才能到达要求，而且触头弹簧、分闸弹簧直接影响到分合闸的动态特征和合闸连结的靠得住性，生产调试极为坚苦。为此，对整体传动方案进行了基本性的改良：采用单台双线圈式永磁机构，传动比为1∶2，采用平动输出驱动杆方式使底座尺寸无较着增加。实验成效讲明，此方案是成功的。
2.4.3电子控制单元
采用16位单片机为焦点设计，外辅各功能电路模块，以IGBT年夜功率管驱动，采用开关电源隔离及模拟、数字滤波等技术，具有很强的抗干扰能力，电源由内部110V蓄电池组提供，蓄电池的充电可由TA、AC200V提供。初始阶段泛起的问题是抗干扰和功率管烧毁的情况，接纳合适的庇护措施后获得解决。
该产物具有机械寿命长、检修周期长、使用简单利便等点。产物也可以使用于污秽地域和高海拔地域。由于采用新工艺、新技术使得产物灭弧能力强，短路开断次数高，无火灾爆炸危险，操作利便，体积小、重轻，外形美观，可实现高靠得住和免维护，为我国城乡电网的更新换代提供了的新型开关装备。
3成长趋向
随着对供电靠得住性指标的要求越来越高，随着新技术、新材料、新工艺的成长与运用，各类新型的户外开关不竭问世，这些开关的设计思绪也代表了近年开关装备的成长趋向。
环保型——清洁、无油、无漏气、无噪声的环保型产物越来越多。如真空开关的固体尽缘结构，SF6开关小型化箱体一次性密封工艺等技术的运用。
模块化——基于真空灭弧室及电流互感器组成的免维护组件及SF6灭弧室的单元化结构，采用永磁技术的操念头构，使开关整体结构简单化、模块化，基本实现了免维护。
防腐防锈——外壳采用不锈钢或铸铝合金等防锈材料，尽缘子的户外环氧浇注工艺及其有机尽缘材料包封技术的运用等，进一步提高了产物的使用寿命和外观。
智能化——数字化的庇护和控制、特征的选择、故障定位、功能自检等，知足配电自动化的需要。
采用现代二次技术以实现配电自动化，是柱上开关的成长标的目的；采用永磁机构可以提高开关机械靠得住性；使用非瓷性尽缘套管可以减轻开关装备的重，提高其尽缘靠得住性。作为断路器（重合器），用真空灭弧技术可以获得更高的靠得住性，投较低的维护费用，和无污染、无公害等。作为负荷开关（分段器），采用SF6灭弧方式能够简化开关的结构，下降成本，且可以知足负荷开关对隔离断口的要求。
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