關于適應低溫環境的斷路器

摘 要:介紹了為適應低溫環境，斷路器應注意的相關事項。

關鍵詞:斷路器低溫環境

中圖分類號:TM561文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0058-01

1 引言

我國幅員遼闊。從南至北約5500km，從東至西月5200km，東北及西北部分地區冬季最低溫度都在－30℃以下，包括部分城市地區。較低的環境溫度對于高壓開關設備提出了苛刻的要求。

我們從以下幾部分來分析如何應對低溫環境。

2 絕緣介質

目前，我國斷路器的絕緣介質絕大部分都是一定壓力的SF6氣體，斷路器中的SF6氣體不僅承擔著電氣絕緣的職責，還要肩負滅弧的責任。依廠家的設計不同，SF6氣體的額定壓力不盡相同，其壓力值(相對值)大約在0.55～0.7MPa的范圍內。以額定氣壓0.6MPa(相對值)為例，當環境溫度下降的－27℃以下時，SF6氣體就會液化，從而使斷路器沒有足夠的能力去滅弧，甚至不能保證一般情況的電氣絕緣。

對于低溫下SF6氣體液化的現象，不同廠家采用了不同的對策。有的廠家采用混合氣體，在保證斷路器滅弧和電氣絕緣的前提下，降低絕緣氣體的液化溫度。比如，使用SF6+N2的混合氣體等。還有的科研機構這在尋找SF6的替代品，如八氟環丁烷等。但不論那一種氣體的性能都不能完全替代SF6氣體;另一種有效解決方法就是采用加熱器的方法。當環境溫度下降，啟動加熱器對氣體加熱。這樣即使環境溫度下降至液化溫度，但SF6氣體的溫度仍然被維持在液化溫度之上。

加熱器的設置要考慮加熱器自身的安裝、檢修、維護。原則上，加熱器的安裝、檢修、維護均不應涉及SF6氣體的充放及其它相關的氣體處理操作。因為一旦SF6氣體要進行充放，就要進行水份處理，這個過程時間較長，斷路器將長時間停止工作，對于電網的安全可靠性會帶來不良影響。加熱器功率的設定要考慮加熱器的散熱和斷路器殼體表面的散熱，同時要考慮環境最低溫度。重要的是設定的發熱和散熱要平衡。否則要么會達不到預定的溫度，要么導致溫度過高。

3 操作機構

斷路器的操作機構就好比汽車里的發動機，是至關重要的。斷路器的動作驅動完全取決于操作機構。當一臺一般環境的使用的操作機構要用在低溫環境下時，我們要著重對以下方面進行評估。

3.1 各種閥體的材料是否能夠滿足低溫環境下的壓力

我們知道一些材料在一定低溫下其許用應力會有下降，也就是說它所能承受的壓力降低了，這就需要我們對操作機構中的承壓元件進行低溫下的應力分析。

3.2 儲壓器的容量

目前操作的機構的儲能有兩種方式，一種是氣體儲能，使用最廣泛的氣體是氮氣，另一種是彈簧儲能。彈簧儲能在低溫環境下主要關注儲能彈簧材料的脆裂性，這里就不詳細說明了。對于氣體儲能，主要是操作時壓降的問題，詳見以下說明。

機構動作過程中所用的油的體積隨溫度的變化很小，可以忽略不計。即所用油的體積一定，為V(如表1)。

V01’= V01+V;V02’=V02+V

另，儲壓器中的氣體滿足氣體狀態方程

→

→

壓力的下降ΔP

一般環境:

低溫環境:

得出，ΔP02＞ΔP01

由以上的計算分析可以看到，溫度越低，機構動作時油壓下降越大。

為了減少壓力過多下降，就要減少單個儲壓器中氮氣體積在動作后增大的百分比。

4 其他

對于整個斷路器來說，不論是GCB本體還是操作機構，為適應低溫環境，都面臨著如下一些共同的問題。

4.1 密封部件的材料問題。

這里的密封部件不外乎有兩種，一種是氣密，還有一種是油密。不論是那種形式，所使用的材料要能夠滿足低溫的使用條件。

最常用的密封元件就是密封圈。目前，密封圈的材質一般有三元乙丙膠(氣密)、丁晴橡膠(油密)等。不論是三元乙丙膠還是丁晴橡膠，都有不同的規格，在選用時要注意其低溫特性，

4.2 接觸部位所使用的潤滑脂

不論接觸部導電與否，只要要求涂潤滑脂，就要考慮所使用的潤滑脂是否適應低溫環境條件。

潤滑脂的使用有利于粘附滑動部位產生的異物，且有利于減少摩擦阻力。有些潤滑脂在一定的低溫情況下粘稠度變高，摩擦力增大不利于安裝和動作，其吸附異物的能力也會下降，甚至產生異物。

因此，根據產品實際運行的最低溫度，選擇適當的潤滑脂是十分必要的。

5 結語

以上，僅僅是針對斷路器在低溫環境中可能遇到的比較重大的問題。還有其他的考慮因素如金屬材料在低溫環境下允許應力下降等問題就不在此詳細說明了。本文是個人對斷路器在低溫環境中的一些看法，如有不妥之處，敬請不吝指教。