10kV户外封闭型喷射式熔断器的研究和开发

10kV户外封闭型喷射式熔断器的研究和开发

杨丕忠丁建学叶明军

国网运城供电公司044000

摘要：喷射式熔断器是广泛应用在10千伏架空配电开关柜的保护和开关设备，目前广泛采用的跌落式熔断器具有触头裸露、绝缘水平低、拉合操作有一定危险性等弊端，文章基于日本6kV电压等级的熔断器，研究如何开发适用于国内要求的熔断器，将绝缘防护性能和操作安全性均较常规的熔断器有较大改进，并按国内要求大幅提高了开断能力和耐压水平，可以拉合负荷电流，结合实际要求提出了全面的试验标准。基于此研究结果研制的产品成功地通过了试验并挂网运行。

关键词：封闭型；喷射式；跌落式；宝塔型；绝缘化

熔断器作为线路装置保护和开断设备，目前已广泛在配电线路上广泛使用。在10kV架空配电线路中熔断器主要应用于配电变压器的一次侧、支线处、用户进线处，具有经济性好的特点。

目前国内架空配电线路使用的熔断器以跌落式为主，属于非封闭式设备，触头裸露，因此存在着故障率高、易污闪、易脱离、操作有风险等不足之处，在线路绝缘化进程中一直是一个难以解决的问题。需要开发一种结构上完全绝缘化的新型熔断器，以满足电网发展的需要。

1开发背景

目前国内熔断器主流产品为跌落式熔断器。具有结构简单，造价较低，适用范围广泛等特点。但由于非完全绝缘，存在着以下方面的不足之处：（1）由于动静触头、连接端子等带电部位均处于裸露状态，容易发生树枝、铁丝、小动物等异物的搭接放电，尤其在下雨刮风等的气候恶劣时短路或接地事故时有发生，成为绝缘线路的薄弱环节。即使加装绝缘防护罩，容易积累污垢造成绝缘罩燃烧事故，受污染的部分不易清扫。

（2）防污性能和耐盐性能比较差。对于沿海地区容易造成盐污，还会引起绝缘子表面产生泄漏电流。而且抱箍距上下触头较近，增加了污闪事故的几率。

（3）由于外露触头容易被锈蚀，造成导电性能下降而发生温升，导致电极老化，触头弹簧片性能下降，造成触头烧损或熔管自动跌落。

另外熔管转动轴污染后，还会发生熔体熔断后熔管不能迅速跌落，无法快速灭弧造成熔管烧毁或爆炸等事故。

（4）操作风险大，对操作工人要求高，在风、雨等恶劣天气不能进行操作等缺点。

本产品研发是在2008年开始，在日本高压电气株式会社的6kV宝塔型熔断器产品的基础上，根据中国国内电网标准（GB）和北京供电公司的技术要求以及运行操作习惯，加以进一步改进。有许多部分是国内首次采用，具有一定独创性，为今后此类产品国内标准制定以及推广使用提供了宝贵的经验。2009年通过了电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心的型式试验。由于本产品具有独特性，为了完成部分特殊的机械性能试验，因此选择在日本工厂内进行试验验证。2010年开始挂网运行，并在实际操作和安装上作了进一步的改进，使产品满足北京电力公司的安装和操作要求。

2原理及研发改进

2.1工作原理及构造

（1）封闭型喷射式熔断器，工作原理是利用熔体自身熔断形成电弧，然后在电弧高温作用下，将灭弧管内的特殊材料气化产生大量气体，再依靠此气体在电流过零时将电弧吹灭，并且通过弹簧作用将熔管活动部分推出熔断器本体外，形成电气断口，以开断电路切除故障段线路或者故障设备。

（2）结合熔断器的操作，确定了内部结构：包括上下电极结构形式设计，进行载流能力、短路电动力计算校核；电极固定的结构设计；进出线引线选型、固定的设计；防水密封结构的设计；外绝缘的设计；熔管安装固定方式的设计；操作杆的设计等。上部电极和下部电极采用花瓣式触头，以保证熔筒稳定性。

（3）上部、下部电极，熔管密封在瓷套内部，全密封、全绝缘的结构。电线连接采用橡胶一体成型的绝缘结构。装卸熔丝管用的开口设计在瓷套下方。通常使用密封盖子盖住，防止粉尘等污染物的进入。

2.2结构改进

在国外原先产品（6kV等级）的基础上，针对国内电网特点开发改进以下主要内容。

（1）提高开断电流能力：根据目前的配网载流量、短路容量、线路参数，计算确定了线路短路电流分布规律，以及产品的经济性，首先确定了密封型熔断器的开断电流的能力。在产品形式上，第一阶段，按额定电压10kV等级开断短路电流8kA来设计，满足约90%的相间短路时的开断。

（2）改进花瓣式电极触头抓力并对电极表面进行特殊镀银处理，保证载熔件在开断喷出过程中的机械稳定性，而且能承受更大电流，不易烧损。

（3）增加外绝缘爬距：经过改进后本产品的实际爬距（沿红线）：从下端子绝缘头开始固定金具抱箍的距离为290mm，附加100mm绝缘电缆；无底盖场合，从内下部电极到抱箍的距离为430mm，即使无底部封盖，也基本满足三级污秽的要求（320mm~380mm）。

断口、相对地的工频耐压分别满足48kV、42kV、42kV的标准。

（4）根据国内操作习惯，密封底盖改进为无绳化结构；对于8mm2的引线与35mm2直径电缆连接采用了压接端子螺栓接线方式，并为此开发了新型的变径冷缩管作为端子绝缘封接材料。

3相关试验

由于该产品对于国内市场属于一种崭新的产品，国内的试验条件只能完成电气特性试验，而针对引线等机械性能方面的试验，只能利用日本的设备在国外完成。为此，项目组成员与中国电科院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心高压开关试验站的专家反复讨论，形成了全面的实验方案，以全面验证产品满足技术条件的能力。

（1）第一部分，结合国标、行标，研究确定了以下基本试验标准：1）温升试验；2）机械稳定性试验；3）熔断件机械稳定性试验，包括静态试验和动态试验；4）开合负荷电流试验；5）工频耐压试验，按干燥和注水状态下试验；6）雷电冲击耐压试验：雷电冲击耐压试验按要求施加正负标准波形1.2/50μs的雷电冲击电压各15次，进行雷电冲击耐压试验时，不发生闪络；7）开断试验：试验回路接线按照DL/T640-1997户外交流高压跌落式熔断器及熔断件订货技术条件要求。按照额定、0.2～0.3倍开断电流，400~500A、2.7~3.3倍最小熔丝额定电流共18种方式进行完全开断试验，试验结束后进行温升和工频耐压试验，满足相应要求。

（2）第二部分，根据该产品的结构特点和使用条件要求，研究确定了以下试验标准：1）冷热性能试验：冷热性能：在冷水温度0~10℃，热水温度90~100℃下30分钟为一个周期各进行3个周期试验。试验结束，各个部位没有异常，绝缘电阻测试没有异常。

2）镀锌性能试验：对于安装金具部分，按规定的附着量试验方法，用磁力式电镀层厚度测试仪测量附着量。任意5个以上部位的平均膜厚值乘上系数（7.2）求得附着量。进行镀锌试验的时候，附着量要在350g/m2以上。

3）振动试验：固定熔断器、引线与2m长的PD线连接，进行100分钟振动（12，000次）；加热试验：在70℃的环境下进行96小时试验。

各试验完成后，（分别）对引出线芯线与结合部及瓷套的粘接部之间施加工频电压18kV，进行1分钟耐压试验，不发生闪络现象。注：以下试验使用不同的试验品进行试验。

4）局放特性：按GB/T7354-2003局部放电测量进行试验。在相对地电压7kV时，局部放电量应小于10pC。

由于一些机械性能试验在国内无法实现，因此选择了在日本工厂内完成了相应试验。

4结论

由于传统的跌落式熔断器造成线路停电事故多发，在线路停电时，往往造成上万户居民停电，以及线路所带的工、商业企业停电，影响城市运行、影响正常的生产生活秩序。更换为封闭型喷射式熔断器，将在较大程度上提高供电可靠性，减少对用户的影响，社会效益是巨大的。

经过3年对产品的升级开发，以及对产品的实际操作的可行性上的研究，使得本产品已经基本上满足了国内10kV电网的技术规范和操作上可行性，为今后提高我国配电网绝缘化程度和供电可靠性提供了一个崭新的解决方案。

参考文献

[1]刘安杰．从电气事故谈熔断器的选用[J]．低压电器，2009（18）：20-22．

[2]张犁．多功能喷射式熔断器解决传统跌落式熔断器的缺陷[J]．中国化工装备.2007（02）：15-16．