东芝白云真空开关管(锦州) 有限公司TBV技术培训讲义常玉斌2014年2月 一、 真空开关管绝缘标准一、 真空开关管绝缘标准GB/T11022-201 1《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》◆额定电压概述:额定电压等于开关设备和控制设备所在系统的最高电压, 它表示设备用于的电网的“系统最高电电压”的最大值。◆额定电压的标准值(252kV以下) :3.6kV-7.2kV-1 2V-24kV-31 .5kV-40.5kV-63kV-72.5kV-1 26kV-252kV◆额定绝缘水平(最高海拔1 000m时) :相间、 对地253042●5065859595140140160185230真空断口273448●607911895▲118140140(+42)160(+42)185(+73)230(+73)相间、 对地406075●95125185185185325325380450550真空断口467085●110145215185▲215325325(+59)380(+59)450(+103)550(+103)3. 67. 21 2★31. 563额定电压(kV)注1: ●为接地系统中使用的数据。注2: ★电气化铁道供配电系统中使用的数据。注3: ▲为国网招标标准。注4: 有些额定绝缘电压对应两个额定绝缘水平, 以便应用于不同的性能指标或过电压特征, 选取时应当考虑过电压作用的程度、 系统中性点接地的方式和过电压限制装置的形式等。以上均由终端用户来考虑本表参考GB11022-2011制作72. 51 2624雷电冲击耐受电压(kV)工频耐受电压(kV)40. 5 二、 真空开关管绝缘相关概念(1 )二、 真空开关管绝缘相关概念(1 )真空开关的绝缘相间绝缘指真空开关管在额定开距下的绝缘真空开关管的断口绝缘分为内部绝缘和外部绝缘对于真空开关管厂家, 只在为用户提供固封极柱时考虑, 包括固封极柱对地本体的绝缘和拉杆的绝缘拉杆的绝缘是影响对地绝缘的主要因素之一主要是开关厂家在设计开关(开关柜) 时考虑真空开关管的绝缘真空断口绝缘对地绝缘 二、 真空开关管绝缘相关概念(2)二、 真空开关管绝缘相关概念(2)绝缘设计: 由真空开关管厂家来完成制造过程: 由真空开关管厂家来完成如何满足真空开关管的绝缘使用方式: 主要指外绝缘, 一般由用户保证包胶产品或固封极柱, 可能由真空开关管厂家来完成 绝缘设计绝缘设计制造过程(工艺)制造过程(工艺)涵盖了真空开关管内部结构(材料) 的设计、 电场分布等涵盖了真空开关管内部结构(材料) 的设计、 电场分布等(1 ) 触头硬度和形状◆材料: 硬度高的材料, 承受电压的能力比较高。40. 5kV:○Cu: 开断能力强、 导电能力强;○Cr: 耐压能力高, 抗熔焊能力强。○CuCr材料: 在保证开断能力、 导电能力的前提下, 有足够的耐压能力; 同时, 由于抗熔焊能力强, 触头表面在开断电流后烧蚀均匀, 无严重的熔焊点, 确保开断后耐压水平无明显下降。◆形状: 触头边缘有足够的曲率半径, 改善触头表面的电场强度, 提高触头间的耐压水平。CuCr50; 12kV:CuCr30、CuCr25真空开关管的内绝缘保证真空开关管的内绝缘保证三、真空开关管的内绝缘(1) 三、真空开关管的内绝缘(2)以某管型为例, 机械寿命25万次, 额定电压3. 3kV, 决定了波纹管的自由长度波纹管的长度和静端的安装尺寸(螺纹的深度) 制约了开关管已达到了最小长度(2) 绝缘水平、 机械寿命与开关管本体长度◆绝缘水平与机械寿命制约了开关管的本体长度。◆绝缘水平决定着触头开距, 根据真空中的间隙击穿关系, 12kV产品开距大约为8~1 1mm, 24kV产品开距约为13~15mm, 40. 5kV产品开距约为18~22mm。◆机械寿命相同, 1mm的开距对应波纹管的一个波数, 绝缘水平要求越高, 开距越大, 波纹管的波数越多, 波纹管就越长。◆开距相同, 机械寿命越长, 波纹管单波压缩量就越小, 所需波纹管的波数就越多, 波纹管就越长。 三、真空开关管的内绝缘(3)以某管型为例, 其触头结构是25kA产品中直径最小的(杯座直径50) , 开断能力已达到极限为什么φ 78瓷壳外径的产品不能升级到31 .5kA?31 .5kA杯座直径: 58、 65如果换成31.5UH的触头结构(58) , 屏蔽筒和杯座之间的距离只有2.5(3) 短路开断能力、 绝缘水平与开关管直径◆开断能力(触头直径) 与绝缘能力(主屏蔽罩与杯座之间的距离) 决定了真空开关管的直径。◆主屏蔽罩与触头(杯座) 之间的间隙一般应等同于开距的水平。 由于制造工艺的提高, 1 2kV产品最小可达到6 ~7mm, 40.5kV产品最小可达到1 3~1 4mm, 从产品老炼及工频耐压测试的效果来看, 这几乎已经是极限值了(经验值) 。 三、真空开关管的内绝缘(4)(4) 屏蔽罩对于绝缘的作用屏蔽罩:主屏蔽罩均压罩端屏蔽罩主屏蔽罩均压罩1波纹管保护罩(均压罩2)端屏蔽罩2端屏蔽罩1 三、真空开关管的内绝缘(5)◆主屏蔽罩当真空开关管进行电流开断时, 会产生真空电弧, 有大量的金属蒸气和液滴向四周喷散, 主屏蔽罩起到阻挡电弧生成物去路, 防止瓷壳内表面被金属性的电弧生成物污染而降低瓷壳的绝缘强度。主屏蔽罩的另外作用: 均压、 冷凝。◆均压罩为使真空开关管内的电场分布均匀, 尤其是高电压等级的真空开关管,需要在主屏蔽罩和动静触头之间, 以及在开关管的端盖部分, 设置各种不同的均压屏蔽罩, 使得整个开关管内部的电场分布均匀, 以改善耐压特性。为有效改善开关管内电场分布, 均压罩1 与均压罩2(波纹管保护罩) 对称配置。◆端屏蔽罩端屏蔽罩是均压罩的一种。对于较高电压等级的真空开关管, 在其端部-绝缘外壳-真空三者交界线上的电场强度较为集中, 可能导致击穿。 端屏蔽罩的设置, 减小了绝缘外壳与过渡金属封接处电场强度的过分集中。◆屏蔽罩的设置选择除主屏蔽罩和波纹管 屏蔽罩外, 其它屏蔽罩根据电压等级、 开关管体积的大小不同外可有选择的设置。一般40. 5kV及以上电压等级的开关管全部设置。12kV及以下电压等级开关管可根据内部结构的紧凑程度设置。 常规配置为主屏蔽罩和波纹管保护罩。 绝缘设计绝缘设计制造过程(工艺)制造过程(工艺)制造过程涵盖了零件加工、 清洗电镀、 装配精度、 高压老炼等制造过程涵盖了零件加工、 清洗电镀、 装配精度、 高压老炼等本课件主要介绍高压老炼相关工艺:◆高压老炼, 又称火花老炼, 可以有效地提高触头间隙的介质强度。◆在进行高压老炼时, 电极间的电压逐步提高。 随着外加电压的升高, 电极表面不断出现火花和闪络, 稳定一段时间以后火花和闪络会逐渐消失; 再增加电压后, 上述过程即再重复出现, 直到达到所需的外施电压为止。◆高压老炼可以消除触头表面的毛刺 、 金属和非金属微粒以及各种污染和有机夹杂物等, 提高真空开关管的静态绝缘水平。◆高压老炼是针对真空开关管的内绝缘而言的, 为达到良好的老炼效果,老炼电压数倍于国家标准所规定的真空开关管应承受的工频电压, 因而老炼时真空开关管是放入绝缘强度高于空气的绝缘油中进行的, 其目的是对真空开关管的外绝缘进行保护。◆老炼用的绝缘油为轻质绝缘油, 其击穿电场强度为50kV/mm。关管浸入绝缘油中, 外表面相同长度下, 击穿电压可提高2~3倍。把真空开真空开关管的内绝缘保证真空开关管的内绝缘保证三、真空开关管的内绝缘(6) 高压老炼台老炼后的真空开关管三、真空开关管的内绝缘(7)开关管油箱老炼电极开关管开距器 三、真空开关管的内绝缘(8)◆高压老炼又分为额定开距老炼和小开距老炼。◆额定开距老炼对动静触头之间、 触头边缘与屏蔽筒之间都有老炼效果。◆小开距老炼主要是强化触头之间的老炼。 小开距老炼一般触头之间的距离控制在额定开距的一半或更小一些。1 01 01 0稳定时间(mi n)346老炼数量(只)1 801 840. 51 501 6241 2081 2老炼电压(kV)触头开距(mm)额定电压(kV)额定开距下超高压老炼参数小开距下超高压老炼参数1 01 01 0稳定时间(mi n)346老炼数量(只)90940. 5758246041 2老炼电压(kV)触头开距(mm)额定电压(kV) 三、真空开关管的内绝缘(9)老炼效果的检验—雷电冲击耐受电压老炼效果的检验—雷电冲击耐受电压◆对于真空开关管的生产厂家, 雷电冲击耐受电压测试考核真空开关管耐受短时高幅值脉冲电压的能力, 并做为衡量真空开关管高压老炼质量的依据。◆国家标准GB311 《高压输变电设备的绝缘配合》 推荐四种冲击耐压测试方式, 其中3/9方式规定:对被试设备绝缘施加3次额定冲击耐受电压, 如在非自恢复绝缘中未出现破坏性放电,而在自恢复绝缘中出现1次破坏性放电, 则再追加9次冲击, 如不再发生破坏性放电, 则认为通过了试验。◆东芝白云企业标准规定高于国家标准:◆对被试真空开关管绝缘施加6次额定冲击耐受电压, 如在非自恢复绝缘及自恢复绝缘中均未出现破坏性放电, 则予以通过。如在自恢复绝缘中的破坏性放电出现1次, 则再追加15次冲击, 追加后如自恢复绝缘中的破坏性放电出现不超过2次, 则雷电冲击耐受电压测试予以通过。雷电冲击耐压测试台标准雷电冲击波 三、真空开关管的内绝缘(1 0)老炼效果的检验—雷电冲击耐受电压老炼效果的检验—雷电冲击耐受电压雷电冲击耐压对老炼的真空开关管的检验方式:◆对于常规生产的真空开关管, 每一老炼批次(3、 4、 6只) 抽一只进行雷电冲击耐压测试, 如合格, 视为整批都合格; 如不合格, 则整批重新进行超高压老炼。◆对于型式试验用真空开关管, 每只都进行雷电冲击耐压测试。1 851 95215(国网招标标准)22540. 51 85(JB)1 9527. 51 251 382485951 2国家标准东芝白云雷电冲击耐受电压(kV)额定电压(kV)雷电冲击耐受电压检验标准。 四、 真空开关管的外绝缘(1 )四、 真空开关管的外绝缘(1 )外绝缘分类:空气绝缘气体绝缘固体绝缘◆空气绝缘真空开关管外壳设计成波纹形状, 裸露在空气中。为满足外空气绝缘真空开关管外绝缘的爬电距离要求, 一般将真空开关管外壳设计成带有波纹裙边的形式, 爬电比距按国家标准根据不同的污秽等级选择。为了给出充分的绝缘裕量, 真空开关管外绝缘爬电距离基本都按Ⅱ 级污秽等级设计, 即爬电比距不小于20mm/kV, 如对于1 2kV的产品, 瓷壳的爬电距离一般都大于或等于240mm。◆气体绝缘真空开关管及其导电连接件置于密闭的SF6箱体内, 箱内气体压力一般在0. 1~0. 12MPa。气体绝缘真空开关管外壳可以是光壳的, 也可以是波纹壳的。◆固体绝缘是将真空开关管和开关相关的一次导电回路零件同时嵌入到环氧树脂绝缘材料中成型, 形成一个整体部件。 环氧树脂不仅是一次部分的主绝缘, 又是它的机械支撑。固体绝缘的真空开关管的瓷壳是光壳的。 四、 真空开关管的外绝缘(2)四、 真空开关管的外绝缘(2)◆波纹壳产品绝缘检验工艺(常规工艺)◆光壳产品的绝缘检验工艺○12kV产品超高压老炼(120kV, 绝缘油中) --雷电冲击耐压检测(95kV, 空气中) --真空度测试测试等其它工艺--出厂工频耐压检验(50kV, 空气中)○40. 5kV产品超高压老炼(180kV, 绝缘油中) --雷电冲击耐压检测(195kV, 空气中) --真空度测试等其它工艺--出厂工频耐压检验(1 00kV, 空气中)光壳产品用于气体绝缘和固封极柱, 在充气柜中或固封成固封极柱后, 其工频耐压和雷电冲击耐压可以满足国家标准要求, 但对于开关管本身, 其在裸管状态下, 是不能承受相同的工频耐压和雷电冲击耐压的。○12kV产品超高压老炼(120kV, 绝缘油中) --雷电冲击耐压检测(95kV, 绝缘油中) --工频耐压检验(50kV,绝缘油中) --真空度测试测试等其它工艺--出厂工频耐压检验(28kV, 空气中)○40. 5kV产品超高压老炼(180kV, 绝缘油中) --雷电冲击耐压检测(195kV, 绝缘油中) --工频耐压检验(100kV,绝缘油中) --真空度测试等其它工艺--出厂工频耐压检验(50kV, 空气中)真空开关管的绝缘检验真空开关管的绝缘检验 测试区域1: 真空度测试区测试区域2: 工频耐压测试区真空开关管内部气体压力(真空度) 和击穿电压的关系(巴森曲线)四、 真空开关管的外绝缘(3)四、 真空开关管的外绝缘(3)光壳产品的绝缘检验依据光壳产品的绝缘检验依据◆经验证, 大气状态下:○1 2kV产品, 在8~1 2mm开距的条件下, 工频击穿电压低于20kV;○40. 5kV产品, 在18~22mm开距的条件下, 工频击穿电压低于40kV。◆按以上验证结果, 结合巴森曲线中真空度和击穿电压的关系:○当开关管内气体压力处于测试区域1 时(高真空或低真空状态) , 可由真空度测试仪来检测判定开关管的真空度是否符合要求;○当开关管内的气体压力处于测试区2时(微漏气或大气状态) , 可由工频耐压来检测判断。 光壳真空开关管工频耐压出厂检验12kV产品定为28kV, 40. 5kV产品定为50kV。◆建议用户在空气中检验光壳产品工频耐压时, 按此标准执行。用户需要判定的是管子是否漏气, 在28kV(1 2kV产品) 、 50kV(40. 5kV产品) 的条件下, 已完全可以判定。 在开关管外部绝缘未得到保护的情况下, 如果电压过高, 容易造成开关管的非正常击穿。 四、 真空开关管的外绝缘(4)四、 真空开关管的外绝缘(4)与外绝缘相关的几个概念与外绝缘相关的几个概念