大电流固封极柱温升问题分析

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1、大电流固封极柱温升问题分析摘要：固封极柱是开关设备的关键组成部分，由于固封极柱的固封式结构，导电体长期通电产生的热量无法散出，温升高引起的绝缘失效成为固封极柱绝缘失效的主要原因。笔者从影响温升的主要因素进行分析，提出减小主回路电阻、采用导电性好的材料、增加散热面积等温升解决方案。通过固封极柱温升试验及方案优化，验证了解决方案的可行性，并得出软连接方案在解决大电流固封极柱温升方面更具有优势。关键词：固封极柱；主回路电阻；导电材料；散热面积；软连接方案0引言固封极柱是开关设备的关键组成部分，用于开断、关合额定电流或故障电流。固封极柱通

2、过APG工艺将真空灭弧室和导电件固封在环氧树脂材料内，作为开关设备的一次主导电回路。与绝缘筒式主导电回路相比，固封极柱具有体积小、可拆卸零件少，环境适应能力强等优点⑴％由于环氧树脂的击穿场强为18~20kV/mm,空气的击穿场强为3kV/mm,可知环氧树脂绝缘强度是空气6倍，因此固封极柱的绝缘水平较绝缘筒方案更高。固封极柱使用过程岀现的故障多为绝缘故障，引起固封极柱绝缘失效的因素包括开裂、温升高等。固封极柱开裂问题通过优化导电件外形、改善浇注工艺和后固化过程等已得到冇效控制，而大电流固封极柱温升问题依然存在。固封极柱温升高，易使导

3、电嵌件表面氧化，生成的氧化物会引起电阻增加,从而影响固封极柱的回路电阻以及电气性能。当固封极柱导电件温度超过环氧树脂玻璃化温度吋，环氧树脂绝缘介质损耗增加，材料发生老化、电导率降低引起绝缘性能下降，不能满足其工作场合的绝缘要求，继续带电工作可能会引发绝缘事故。因此固封极柱解决温升问题至关重要。1温升的规定固封极柱通入1.1倍额定电流值，在最后lh内,温升波动不超过1K,即为当前测试点温度已稳定，测试点温度与周围环境温度之差即为温升。文献⑶对温升的规定是当周围空气温度不超过40°C时，开关设备和控制设备任何部分的温升不应超过表1规定

4、的温升极限值。表1I古【封极柱各部件温度和温升极限值导电介质温度/°c温升/K口,裸铜或铜合金edi7535•vj1电M镀银或镀银件10565镀锡9050裸铜、裸铜合金、用螺9050一，裸铝合金栓连镀银或镀银11575接镀锡10565从表1中可知:1）螺栓连接处温升极限值高于单个导电件的导电面温升。2）导电件表而镀银或镀線比导电件基材表而或镀锡温升极限值高。因此为了满足温升要求，导电件表面应镀银或镀银处理。3）固封极柱上下出线端面与触借螺栓连接，该处温升值为75K,灭弧室与导电件非连接表面温升值为65KO2影响温升的因素及解决措施

5、2.1主回路电阻在额定电流长期流过时导电体发热是温升的主要来源，发热量Q：Q=（l.l/r）2/?（1）式中：1「一额定工作电流（A）oR—主回路电阻（Q）,包活导电体电阻和接触电阻⑷。由式（1）可知，固封极柱温升与主回路电阻成正比，降低温升必须减小主冋路电阻。固封极柱的主导电回路包括上出线座、真空灭弧室、下出线座以及连接真空灭弧室和下出线座的屮间导电件。主冋路电阻包括导电体电阻和接触电阻，导电体电阻为上下出线座电阻、真空灭弧室电阻和中间导电件电阻；接触电阻包括上出线座与真空灭弧室静端接触电阻、下出线座与真空灭弧室之间的接触电阻。

6、减小主回路电阻可采取以下措施：1）减少导电体数量。可减小导电体电阻和接触电阻，如采用整体式导电件或将多个导电件焊接在一起。2）减少真空灭弧室电阻。真空灭弧室电阻占固封极柱主回路电阻约70%,采用低阻值真空灭弧室在解决固封极柱的温升问题中起关键作用。3）减小接触电阻。导电件表面加工状况、接触压力、材料硬度等都影响接触电阻大小。接触压力越大，则接触电阻越小。点接触压力大于线或面接触压力，因此导电件接触表血应具有一定的表面粗糙度。材料硬度值越高，则能承受的接触压力也越大。加工表面表面氧化、化学腐蚀也会增加接触电阻，应注意表面镀层保护。4

7、）增大导电体截面积。导电体电阻与导电体截血积成反比，在不增加或少增加成本的基础上，可适量增大导电体截面积。2.2材料导电性1）导电件材料常用的导电材料为T2铜和6063铝，T2电导率>56MS/m,6063电导率>28MS/m,电导率和电阻率成倒数关系，电导率大的材料电阻率小，导电体自身电阻小。对于大电流固封极柱，为增大载流量，降低主回路电阻，导电件通常采用T2。2）镀层材料及厚度在导电件表面可镀银或镀锡处理优点一是防止导电体表面发生氧化降低其导电性能，防止接触电阻增大；二是银和锡的导电性能优于铜和铝，表面镀层可提高导电件导电性能

8、，降低接触电阻。由表1可知表面镀银或镀锡可增大其温升极限值，镀层厚度国网招标规范中对镀银层厚度的要求是不小于Sum,但镀层过厚温升高导电件表面易出现鼓包，影响其导电性能，因此镀层厚度并非越厚越好。2.3散热热量传递方式包括热传导、热对流和热辐射。由