固封極柱設計制作中應注意的相關事項

史紀平

摘 要：固封極柱設計制作中需注意的相關事項，解決固封極柱容易出現的擊穿、開裂、溫升等問題，保證產品質量的可靠性。

關鍵詞：固封極柱;APG工藝;溫升;開裂

1 概述

真空斷路器根據真空滅弧室外絕緣的發展經歷分為三個階段：空氣絕緣、復合絕緣和固封極柱絕緣。空氣絕緣和復合絕緣由于滅弧室或高壓帶電部件裸露在空氣中，絕緣水平受環境影響比較大，而固封極柱絕緣采用APG工藝，利用環氧樹脂將真空滅弧室及上下出線包封固定，使滅弧室及上下出線與環氧組成一個整體，絕緣水平受外部環境影響小。

固封極柱具有絕緣水平高、環境影響小、尺寸精度，裝配簡便等優點，且結構緊湊、體積小重量輕，推動了真空斷路器小型化，因此得到了快速的推廣及發展。

固封極柱具有很多優點，在制作時也對真空滅弧室、上下出線選用、環氧配方、加工工藝等提出了更高的要求，因此在固封極柱設計制作時要引起高度重視。

2 真空滅弧室選用

APG技術在固封極柱中的應用，使得滅弧室外部絕緣得到保證，因此在同電壓等級及同電流規格時，滅弧室體積可以做得更小，但對滅弧室的外殼、屏蔽、動靜觸頭結構等也提出特殊要求。

固封極柱真空滅弧室、上下出線均包封在環氧樹脂中，決定其散熱條件相對惡劣，解決溫升便成了固封極柱的難點，因此減小滅弧室的接觸電阻及固封極柱的回路電阻成了滅弧室制造的難點。

APG工藝決定了固封極柱制作過程中長時間高溫對滅弧室產生的影響，即滅弧室在8～12小時內受140～160℃高溫烘烤后，其電氣機械性能及壽命不降低。

為保證真空斷路器的電氣及機械性能。選用結構合理，性能優良的真空滅弧室就顯得尤為重要。

3 上下出線選用

由于固封極柱結構的要求，使得上下出線形狀復雜，且包封在環氧樹脂中，設計中應考慮上下出線與環氧樹脂結合的要求，增大圓弧過渡，減少形狀突變及尖角棱角，避免環氧樹脂固化后內應力集中而造成產品開裂，同時對上下出線與環氧樹脂接觸的表面進行噴砂處理，增大與環氧樹脂的界面結合度，避免界面間形成空腔，影響產品的絕緣及局部放電水平，甚至造成產品開裂。

4 環氧樹脂配方選擇

固封極柱中環氧樹脂既作為外絕緣，也作為整個部件的支撐件，就必須要滿足電氣性能及機械性能要求。另外，固封極柱上下出線及滅弧室包封在環氧樹脂中，各種材料的膨脹系數不同，環氧固化時容易產生內應力造成開裂。這就要求環氧配方選擇時，除保障產品絕緣性能和機械性能外，還要有較高的抗開裂性。同時環氧樹脂配方在固化反應中放熱峰要平緩，收縮率低，便于工藝控制，降低固化物產生的內應力。

固封極柱在帶電運行中滅弧室和上下出線溫度會升高，溫度的變化會對環氧樹脂的絕緣及機械性能造成一定影響。玻璃化溫度（Tg）作為衡量環氧樹脂熱性能指標的參數，它與材料的力學性能相關。選擇合理的Tg值有利于減少制品的內應力，提高環氧包封層的抗開裂性。

5 緩沖層選擇及粘接問題

滅弧室外殼與環氧樹脂的膨脹系數不同，在制作過程中會產生內應力引起產品開裂，因而在滅弧室與環氧樹脂之間包一層柔性材料作為緩沖層，減小內應力，防止產品因內應力開裂。

緩沖材料要有較高的絕緣強度及韌性，還要耐高溫。能起到緩沖的作用，又不會因高溫老化而使絕緣降低。緩沖層的引入，使得滅弧室外絕緣變成了陶瓷、緩沖層和環氧樹脂三種材料構成的復合絕緣。三種材料介電常數不同，在試驗或運行中會發生不同絕緣介質層間放電，造成絕緣加速老化甚至擊穿。

解決滅弧室外殼與緩沖層，緩沖層與環氧樹脂界面之間粘結強度問題，在固封極柱制作中應引起高度重視。這就需要引入一種粘接劑，使各種界面之間能夠可靠粘接，讓復合絕緣成為一個整體以保證絕緣的可靠性。不同材質界面間的粘結問題處理不好，產品在試驗或運行中會發生界面間放電，甚至將滅弧室擊穿。

6 固封極柱防開裂

固封極柱開裂是一種常見問題。由于環氧樹脂、滅弧室外殼、上下出線的膨脹系數不同，如果環氧固化時產生較大的內應力會導致開裂，另外動熱穩定沖擊、分合閘操作振動、環境溫度的變化等也會造成開裂。

解決開裂問題除了要做好上下出線、環氧樹脂配方、緩沖層的選擇及粘接外，還要有合理的產品結構及模具設計，制作工藝的選擇也尤為重要。

7 制作工藝選擇

APG工藝是首先將環氧樹脂等物料在混料罐中混合均勻，經真空脫氣處理后在一定壓力下將混合料注射進入模腔，混合料在模腔內均勻緩慢上升，使模腔內空氣排出的同時充滿整個模腔，混合料在較高的模溫下與模壁接觸后迅速固化，然后逐漸向內部延伸，從注料到脫模期間注射口始終對模腔保持一定壓力，不斷對模腔進行補縮，從而使制件具有優異的機械、電氣性能。

為適應APG工藝要求，工藝選擇時應根據不同材料“粘度—時間曲線”、“粘度—溫度曲線”、“凝膠時間—溫度曲線”制定合理的配料溫度、貯存時間、注射壓力、模具溫度及初固化時間、后固化溫度和時間，保證環氧體系能夠固化反應完全，達到制品需要的機械及電氣性能等要求。還要根據季節溫度的不同，做好后固化完成后的降溫要求，防止產品因急劇降溫內應力集中導致開裂。

8 結語

固封極柱作為斷路器的核心部件，主要由真空滅弧室、上下出線、環氧樹脂采用APG工藝制作而成，其具有絕緣可靠、體積小重量輕、尺寸精準、組裝簡單、受環境影響小等優點。為了保證產品質量的可靠性，解決產品易出現的擊穿、開裂、溫升等問題，從設計到制作，要解決好文中提到的相關注意事項，才能保證產品質量滿足斷路器使用要求，確保產品帶電運行安全可靠。

參考文獻：

[1]李建基.固封極柱技術在真空斷路器中的應用[J].大眾用電，2005（4）：21-22.

[2]徐向前.環氧樹脂壓力注射成型工藝_APG_的推廣應用.華通技術，1998（4）.

[3]李禹生，郝逢南.真空斷路器固封極柱澆注工藝[J].電工技術，2008（1）：61-62.