SF6负荷开关的工作原理是什么？
10kv及sf6负荷开关柜具有安全、安装方便、维护量少、体积小、价格低等优点，赢得了广大用户的青睐。自从我国采用10kv负荷开关以来，abb公司的sfg开关和施耐德公司的sm6rm6两个品牌的产品占据了国内大部分市场。随着国内厂家逐渐掌握10kv和sf6负荷开关的制造技术，国产10kv和sf6负荷开关的数量日益增多。目前，国内有十几家制造商正在生产不同类型的sf6负荷开关。
我们公司是十几家制造商之一。在生产sf6负荷开关的过程中，我们从兄弟们那里学到了很多好的经验。为了得到更多专家、学者和同行的帮助和指导，现将我公司近两年来10kv和sf6负荷开关质量控制的技术措施简述如下，请提出意见。
一、环氧树脂绝缘外壳:
环氧树脂以其良好的机械、绝缘、耐老化和制造工艺性能成为制造高质量绝缘件的首选，而压胶工艺充分发挥了环氧树脂的各种性能优势，国内外各种品牌的sf6负荷开关的绝缘外壳均采用压胶工艺制造环氧树脂。工艺流程如下:
由于开关外壳同时具有绝缘、气密性和机械支撑的功能，结构复杂，机械性能和精度要求高，无疑对选材和制造工艺提出了严格的要求。
1.材料选择
1.1环氧树脂:
基础环氧树脂(即年产上千吨的大型树脂厂生产的环氧树脂)和固化剂不能直接用于生产绝缘件，特别是sf6开关绝缘外壳使用的环氧树脂和固化剂需要进行特殊改性，以提高其机械强度、韧性、耐冷热冲击性和加工性能。不同厂家的改装技术各有优势，适合不同的产品需求。sf6开关绝缘外壳作为支撑部件，在开关开合过程中受到一定的冲击，对环氧树脂的强度提出了更高的要求。为了在开关外壳内充入sf6气体并保证极低的泄漏率，对环氧树脂与插件的粘接提出了更高的要求。近年来，sf6负荷开关外壳在生产或工作中出现了裂纹。经测试，开裂壳体的抗拉强度和抗弯强度不低，但代表材料韧性的冲击强度较低。可以看出，sf6开关绝缘外壳的冲击强度是所有性能指标中最重要的。经过我们的反复筛选，国产he2082-hh2082材料特别适合生产sf6开关绝缘外壳。该体系实测玻璃化转变温度为104℃，符合某国际知名品牌的要求，从100℃到110℃，冲击强度达到15kj/m2，超过平均值。
12硅微粉:
在环氧树脂中加入硅粉，可以提高固化产物的耐热性、硬度和尺寸稳定性，降低生产成本。由于矿物来源和生产工艺的不同，硅微粉对固化环氧树脂的性能影响很大。在一般产品的生产中，混合物的粘度或硅灰的量可以作为衡量硅灰质量的主要指标。但作为生产重要保温部件的配方体系，固化物的高性能是衡量硅微粉质量的首选。在环氧树脂中加入优质硅微粉后，粘度高，使得加入量低。分析认为硅微粉中针状颗粒含量高，正好提高了环氧树脂的机械强度。
1.3染料:
用于环氧树脂的染料无非是有机染料和无机染料，有机染料对环氧树脂增强体的电绝缘性能没有明显影响；而无机染料多为以氧化铁为主要成分的金属氧化物。加入环氧树脂会增加固化产品的介电损耗，所以为了保证产品的电绝缘性能，配方体系中尽量不要加入无机染料。
为了保证电绝缘性能，要求电气级硅微粉的fe2o 3含量技术指标≤0.01，而在配方体系中按环氧树脂比例添加1.5氧化铁红粉，相当于将硅微粉的fe2o 3含量提高到0.5，达到基础含量的50倍，影响电绝缘性能可想而知。
2.插入预处理:
为了确保环氧树脂与嵌件的良好粘合，嵌件的良好预处理也非常重要。嵌件的预处理包括喷砂、清洗油污和灰尘、准确预热到与模具相同的温度、注意不要过氧化，以免强度极低的氧化铜影响环氧树脂与嵌件的粘接强度，保证嵌件在周转过程中不被二次污染。环氧树脂与嵌件的良好粘合不仅确保了极低的漏气率，还使产品具有极低的局部放电。当放电容量为15kv时，仅为5pc。
3.后固化、定型和冷却:
环氧树脂在室温下的弹性模量很高，比如剪切弹性模量达到4000mpa，处于刚性状态；当温度超过玻璃化转变温度时，其剪切弹性模量仅为40mpa，呈现高弹性状态。在很小的外力作用下可以变形。利用这一特性，在后固化过程中，sf6开关绝缘外壳的上下外壳的配合面可以以一定的精度设置在平板上。固化后，产品随炉以极低的冷却速度(≤5℃/h)冷却，不仅有利于保证绝缘外壳上下壳体配合面的平面度误差小，而且产品内应力很低，以后不会出现。
经过这样的处理和适当的选择，上、下壳体的配合间隙≤0.25mm，这样上、下壳体锁紧在一起时，产品的变形内应力极小，保证了开关的安全使用，不会造成开裂和漏气。
二、sf6负荷开关泄漏率的质量控制。
sf6负荷开关的泄漏率一直是制造商和用户关注的焦点。国外产品负荷开关充气压力0.04mpa小时密封试验表明，年泄漏率基本在0.05/年左右，开关使用寿命30年。国内企业生产的sf6负荷开关充气压力为0.045mpa，24小时密封试验年漏风率较高，均为1 ~ 0.5/年左右。
是什么让国内外同类产品的年泄漏率相差如此之大？
经过分析，我们认为主要原因是国内生产的密封圈材质和性能比国外生产的差。针对密封圈存在的问题，我们多次咨询密封专家，改变了密封圈的形状和材质。我们使用密封技术研究所的专利技术。上下壳体之间、活动配件与壳体之间使用的密封圈改为“□”形密封圈，材质改为软木橡胶。为了保证橡胶圈的寿命，做了100℃×24小时耐热空气老化试验，硬度变化2度。伸长率变化16，抗拉强度变化15，做25#变压器耐油试验。100℃24小时体积变化2.8，重量变化-1.1，硬度变化-3度，脆性温度变化-45℃。
试验结果表明，密封圈的性能满足要求。同时将通风阀和观察窗使用的三元乙丙橡胶密封圈改为耐油、耐高低温、性能良好的丁基橡胶。夹紧线改为非密封面，大大提高了密封效果。
我们修改了sf6开关采用“□”密封圈后的装配工艺，改变了螺栓的拧紧顺序:螺栓锁紧力由30n/m降低到22n/m，开关经过100次“合-分”后密封。开关充气压力为0.045mpa，放入密封罐中，24小时前后测得的基本值完全相同。这说明检漏设备的精度在10-7是无法测量的，也就是说泄漏率基本为零。所以规定24小时左右测得的生长值为零，这是我们公司的检测标准。如果24小时前后有变化，则认为产品不合格。在该型式试验中，泄漏气体浓度增量δc=0.03μl/l，密闭罩容积VM = 2.46 m3。样品体积v 1 = 0.72 m3；开关内充气体积v = 0.029m3区间δt = 86400s；绝对大气压p = 0.1 MPa；Sf6开关充气压力pr = 0.045mpa；f =(δc×(VM×v 1)×p)/δtfy =[(f×31.5×106)/(v×(pr p))×100 .经计算，相对年漏风率fy = 0.045//年，实现了漏风率的质量控制。
第三，回路电阻的质量控制。
国内sf6负荷开关技术条件一般规定主回路电阻≤65μω，国外同类产品≤42μω。为了降低sf6开关的回路电阻值，达到国外同类产品的水平，我公司进行了分析，最终得出结论:影响回路电阻值的原因之一是静、动触头之间夹持力的大小和一致性。我们在这里做了大量的实验，确定夹紧力在160n-190n之间，筛选了影响触头夹紧力的碟簧，选择了能保证质量的合作厂家。我公司在专业厂家做了接触夹紧力测试仪，测量精度为1n，保证了接触压力的一致性。第二个原因是静、动触头r13的球面接触必须大于整个球面的85，这样才能保证开关主电路的电阻值在40μω以下。以上两个结论保证了型式试验寿命前后的温升试验和回路电阻试验。测试结果见表(1)，使公司控制回路电阻质量标准≤42μω，其通流温升测试裕度较大。最高温度增值只有规定值的50左右。见表(2)
第四，电气寿命的质量控制。
为了检验fln单断口sf6负荷开关的产品工艺质量，我公司特委托电力工业电力设备仪表质检中心(即中国电力科学研究院开关试验站)按照GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备》标准的技术要求进行型式试验。
fln负荷开关分合闸试验中，按要求进行了(模式1:“通断”额定有功负荷分闸电流630a，100次；模式二:“通断”闭环电流630a，10次；模式三:“通断”5额定有功负荷开断电流31.5a，20次；模式四:“通断”额定电流充电电流关断10a 20次；方式五:开启额定短路开启电流50ka峰值，两次，接地开关开启额定短路开启电流50ka峰值，两次)机械寿命主电路5000次，接地2000次，转移电流1700a。经过以上严格的型式试验，表明我公司sf6负荷开关的装配工艺和检验工艺是正确可行的。
在型式试验成功的基础上，我公司对试验产品进行了解剖分析，发现绝缘栅材料的耐高温性能不理想。聚碳酸酯材料经过20ka，4s的短时耐受电流后，耐高温性能不是很好，绝缘栅在100℃左右变形。咨询相关专家，更新隔离栅原材料，选择能在250℃正常工作的高绝缘材料聚酰胺。我公司负荷开关开关柜在其他工厂使用的型式试验结果证明，聚酰胺材料大大提高了隔离栅的性能，使sf6负荷开关非常顺利地完成分合闸试验，短时耐受电流20ka后未发现变形。
五、sf6开关含水量控制。
根据国家标准GB/11022-1999《高压开关设备通用技术条件》的要求和dl/t596-1996《电力设备预防性试验规程》的要求。我公司对sf6负荷开关实施了微量水分控制。首先要注意生产环境的转化工艺系统的保证，第三要对计量器具进行监控。在生产环境的改造中，建设了sf6负荷开关生产线专用车间。生产线满足无尘、恒温恒湿的要求，其技术和工艺纪律是制造合格产品的保证。在执行流程时，我们检查原始流程。经过多次试验，修改了组装工艺和烘烤工艺。制定了开关抽真空的烘烤时间、烘烤温度和真空度的要求，以及干燥剂的使用及其活化处理的要求。同时还建立了烘烤、组装、抽真空、充sf6气体、测试等延伸系统。最后用国家计量院校准的精密露点仪进行测试。保证了sf6负荷开关的水分含量符合国家标准的要求。
综上所述，我公司生产的fln单断口sf6负荷开关产品主要技术参数不逊于国际同类产品，部分指标高于国际同类产品。