董慶瑞

(河北寶臨電氣有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

絕緣技術(shù)是通過(guò)不導(dǎo)電材料將導(dǎo)電體包裹，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電體的電氣隔離。使用絕緣技術(shù)的目的是防止人身觸電事故的發(fā)生，確保電器設(shè)備的安全運(yùn)行。我國(guó)對(duì)絕緣材料的規(guī)定（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB2900.5）是“用來(lái)使器件在電氣上絕緣的材料”。由于絕緣材料的電阻通常在109～1022Ω·m之間，因此電阻率相對(duì)較高。常見(jiàn)的電阻材料有：塑料、玻璃、油脂、尼龍以及木材和干燥的空氣等。

1 絕緣材料的分類與特性

1.1 絕緣材料的分類

絕緣材料通常被分為固體、液體以及氣體三類。實(shí)踐證明，固體絕緣仍是目前最為可靠和應(yīng)用范圍最廣的絕緣物質(zhì)。

1.2 絕緣材料的特性

由于絕緣材料有可能被強(qiáng)電擊穿，從而使絕緣性能喪失。氣體絕緣材料被擊穿后能夠自行恢復(fù)初期絕緣性能，但固體絕緣材料則無(wú)法自行恢復(fù)。基于絕緣材料的特點(diǎn)，我們必須選擇與電壓等級(jí)相匹配的線路和設(shè)備，并確保在相對(duì)安全的環(huán)境中運(yùn)行，以此保證絕緣材料的安全。另外，由于各種腐蝕氣體以及機(jī)械操作和電性粉塵的作用都會(huì)直接降低或破壞絕緣材料的性能。同時(shí)，風(fēng)雨和日光燈自然因素也會(huì)促使絕緣材料的老化，進(jìn)而喪失絕緣性能。

2 固體絕緣材料的分類及發(fā)展

相對(duì)于氣體和液體絕緣材料，固體絕緣材料具備密度高、擊穿強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。這主要是由于固體絕緣材料在電阻、介質(zhì)損耗和介電常數(shù)等方面具有廣泛的變化范圍。以聚四氟乙烯材料的絕緣體，其電阻可高達(dá)10 Ω·m。這樣可以很好地防止過(guò)大的電流泄露。此外，由于其較低的介電常數(shù)，可以將絕緣電容量變小。常見(jiàn)的高介電陶瓷可以達(dá)到幾千的介電常數(shù)，實(shí)際使用中我們可以根據(jù)需要加以選擇。固體絕緣材料可以分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類。

2.1 無(wú)機(jī)材料

這類材料主要有粉云母、云母和云母制品、玻璃（玻璃纖維）及制品、電瓷、氧化鋁膜等。這些材料的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐高溫、不易老化。并且電瓷等材料還具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的推廣使用意義。這類材料的缺點(diǎn)在于：加工性能較差，無(wú)法滿足成型要求；長(zhǎng)期耐電暈性的優(yōu)點(diǎn)使云母、粉云母制品成為高電壓設(shè)備絕緣材料的重要組成部分，也較適合高溫環(huán)境內(nèi)使用；由于工藝上較簡(jiǎn)單，玻璃經(jīng)常被制作成絕緣子。玻璃纖維和相關(guān)制品具有很強(qiáng)的耐熱性，成為絕緣結(jié)構(gòu)中的重要材料之一；由于耐放電性和機(jī)械強(qiáng)度俱佳，電瓷制品被經(jīng)常應(yīng)用于高壓輸、配電方面。

2.2 有機(jī)固體絕緣材料

該類材料首先采用棉布、紙、橡膠和綢以及能夠固化的植物油。以上材料具有較強(qiáng)的易獲性，還具有柔順性和滿足工藝要求的優(yōu)點(diǎn)。

自20世紀(jì)開(kāi)始，人工合成高分子材料被逐漸推廣使用，從最早的膠木到聚乙烯和聚丙烯逐漸升級(jí)。以上材料具有很小的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，能夠直接滿足高頻需要，促進(jìn)了雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展；由于將有機(jī)硅樹(shù)脂與少堿玻璃布相結(jié)合，可以大幅提升電器和電極的耐熱等級(jí)。而聚乙烯縮甲醛為漆基制成的漆包線可以直接取代絲包和紗包線，使其有了更廣闊的應(yīng)用前景；厚度僅幾十個(gè)微米的聚酯薄膜可以直接替代紙和布，能夠大幅提升電機(jī)和電器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；聚芳酰胺纖維紙、聚酰亞胺薄膜、聚酯薄膜等材料的聯(lián)用也能直接提升絕緣材料的耐熱等級(jí)，應(yīng)用面也相對(duì)較廣。此外，耐油丁腈橡膠、高性能環(huán)氧樹(shù)脂、耐熱硅橡膠、氟橡膠和乙丙橡膠這些固體絕緣材料的應(yīng)用也較為廣泛。

3 固體絕緣柜特點(diǎn)分析

高性能環(huán)氧樹(shù)脂是固體絕緣通常使用的絕緣介質(zhì)，可以對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)絕緣封閉作用，提高了電器設(shè)備和開(kāi)關(guān)柜的可靠性。

3.1 具有較強(qiáng)的安全可靠性

該技術(shù)能夠?qū)⒏邏簬щ姴糠謱?shí)現(xiàn)澆注絕緣，改變了傳統(tǒng)技術(shù)中通過(guò)增加電氣間距實(shí)現(xiàn)絕緣距離提高的目的。實(shí)際使用中，開(kāi)關(guān)柜的電場(chǎng)分布很少受到外界因素的影響。同時(shí)，能夠避免濕氣、灰塵等因素對(duì)開(kāi)關(guān)柜造成影響。相比于SF6充氣柜，固體絕緣開(kāi)關(guān)柜避免了SF6氣體泄漏等安全隱患。由于固體絕緣技術(shù)具有支撐、散熱與連接等多種功能，有效地避免了短路故障的發(fā)生，避免了三相短路的危險(xiǎn)。固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的優(yōu)勢(shì)奠定了智能電網(wǎng)安全可靠用電的基礎(chǔ)。

3.2 具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性

環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度較高，且澆注硬化體積變化不大，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中不具污染性，能夠?qū)崿F(xiàn)再次回收使用，因此在國(guó)家要求生產(chǎn)更具環(huán)保特點(diǎn)的情況下具有很廣闊的應(yīng)用空間。通過(guò)使用該類材料，我們能夠大幅降低材料制作與后期處理的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了資源可持續(xù)應(yīng)用的目的。同時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂的使用實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)向清潔能源方向發(fā)展。此外，由于柜體向超小化方向發(fā)展，不僅大幅減少占地費(fèi)用，還有效降低了與之配套的設(shè)備材料費(fèi)用支出。因此，固體絕緣柜具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

4 固體絕緣柜在中壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 固體絕緣技術(shù)在中低壓領(lǐng)域中的應(yīng)用

在中低壓領(lǐng)域內(nèi)，固體絕緣技術(shù)與氣體絕緣技術(shù)更具研究和發(fā)展優(yōu)勢(shì)。無(wú)論我們使用哪種絕緣技術(shù)，都是為了不斷提升中低壓電器設(shè)備的運(yùn)行安全，提升設(shè)備的工作效率。由于固體絕緣技術(shù)相對(duì)更為安全、可靠，并能不斷提升設(shè)備的運(yùn)行效率，還可滿足低耗、環(huán)保的需求，因此固體絕緣技術(shù)的發(fā)展更具優(yōu)勢(shì)。由于固體絕緣設(shè)備使用的方式絕緣距離大為縮短，提升了設(shè)備的絕緣性能，使供電設(shè)備的整體可靠性與自身性能得到大幅提升。

4.2 我國(guó)絕緣技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然我國(guó)的固體絕緣柜相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，但其發(fā)展速度迅猛，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)的成績(jī)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的固體絕緣柜在基礎(chǔ)研發(fā)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)較弱，基本處于空白狀態(tài)。并且產(chǎn)品上游材料與工藝的研發(fā)也處于起步階段，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)固體絕緣柜還僅處于設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、小批量試產(chǎn)階段。目前北京雙杰、沈陽(yáng)昊城和揚(yáng)州新概念等公司在產(chǎn)品研發(fā)和批量生產(chǎn)方面在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位。

5 固體絕緣柜在中壓配電系統(tǒng)應(yīng)用前景

5.1 固體絕緣柜將逐漸成為中壓配電系統(tǒng)中的替代產(chǎn)品

由于固體絕緣技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備全絕緣、小型化以及使用穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢(shì)，很好地避免了凝露和滲漏等缺點(diǎn)，因此該技術(shù)得到了較為廣泛的使用?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，絕緣設(shè)備已經(jīng)在歐美等眾多發(fā)達(dá)國(guó)家得到較為廣泛的應(yīng)用。

通過(guò)分析可知，六氟化硫氣體等充氣式開(kāi)關(guān)技術(shù)多應(yīng)用于110～500 kV之間的設(shè)備，六氟化硫在12～40.5 kV電壓等級(jí)線路中的開(kāi)關(guān)應(yīng)用也不足20%。德國(guó)的應(yīng)用比例不及10%，而日本的應(yīng)用比例只有1%～2%，只有部分發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用量達(dá)到20%左右。并且所用設(shè)備也都簽訂了相應(yīng)的氣體回收協(xié)議，在使用前就確定了責(zé)任主體，保證相應(yīng)氣體可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效地回收。目前，六氟化硫設(shè)備的替代產(chǎn)品多為真空開(kāi)斷與固體絕緣設(shè)備。通過(guò)上述分析不難看出，固體絕緣柜將逐漸成為中壓配電系統(tǒng)中的替代產(chǎn)品。

5.2 新材料與新技術(shù)的應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使更多新材料、新技術(shù)被逐漸應(yīng)用于固體絕緣領(lǐng)域。我國(guó)在20世紀(jì)初開(kāi)始使用環(huán)氧樹(shù)脂介質(zhì)，主要應(yīng)用于VS1固封極柱式開(kāi)關(guān)，由于該類設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊和體積較小等優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品一經(jīng)推出很快獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可與使用。

隨著中壓開(kāi)關(guān)的研究與推廣，相應(yīng)產(chǎn)品也多使用了固封極柱技術(shù)。如FZN57、ZN57系列小型化真空開(kāi)關(guān)和相關(guān)的開(kāi)關(guān)柜，這些產(chǎn)品在安全、穩(wěn)定以及小型化上具有明顯優(yōu)勢(shì)，在各地電網(wǎng)中的使用量逐步提升。同時(shí)，該類產(chǎn)品可以可將供斷路器與負(fù)荷開(kāi)關(guān)的實(shí)際需求相結(jié)合，滿足各種不同的需求。其性能與使用范圍優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)柜，逐漸成為升級(jí)換代產(chǎn)品。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，凸顯出絕緣技術(shù)重要性，各種絕緣技術(shù)逐漸成為眾多生產(chǎn)企業(yè)研究的重點(diǎn)。這就需要我們不斷對(duì)這類產(chǎn)品進(jìn)行研究、實(shí)驗(yàn)、使用，通過(guò)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提升絕緣技術(shù)的改進(jìn)和完善。

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