固体绝缘开关设备

固体绝缘开关设备固体绝缘开关设备报告人恩文报告人：田恩文主要内容：‡第1部分：基本概念‡第2部分：试验项目第部分试验项目‡第3部分：IEC62271-201简介‡第4部分：IEC62271-201中的特殊型式实验‡第4部分：IEC62271201中的特殊型式实验第1部分：基本概念首先应明确何为金属封闭开关设备首先应明确：何为金属封闭开关设备金属封闭开关设备和控制设备也就是我们俗称的“高压开关柜”，它是一种电力系统常见的、使用最多的电器成套设备。所谓成套设备，就是把各种元件按一定的规定组合在一起。GB3906-2006《3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》的定义和控制设备》的定义3101开关设备和控制设备3.101开关设备和控制设备开关装置与相关控制、测量、保护和调节设备的组合、以及与相关的辅件、外壳和支持件及其内部连接所构成的设备的总称。辅件、外壳和支持件及其内部连接所构成的设备的总称。3.102金属封闭开关设备和控制设备除外部连接外，全部装配完成并封闭在接地金属外壳内的开关设备和控制设备。这里强调了封闭在接地金属外壳内的开关设备和控制设备。除进出线以外的，完全被接地的金属外壳封闭的开关设备，并且外壳应满足特定的防护等级（不得低于IP2X），以保护内部设备不受外界的影响，防止人体和外物接近带电部份和触及运动部分。也就是我们目前大量生产和使用的如XGN15、KYN28等产品（见图1）。图1•目前国内生产、销售和使用的中压成套开关设备100%是金属封闭开关设备。•国际上绝缘封闭开关设备仅在英国等少数国有运行•国际上，绝缘封闭开关设备仅在英国等少数国有运行•而对于金属外壳内的开关设备，主要由断路器、隔离开关、接地开关、负荷开关，以及负荷开关——熔断器组合电器、连接地开关、负荷开关，以及负荷开关熔断器组合电器、连接件、互感器、操作机构等元件组成。•这些元件的外绝缘可以是普通的空气绝缘的产品（ZN23型真空断路器，见2），也可以是充气的产品（如：SF6负荷开关，见图3）还可以是采用复合绝缘（真空+气体绝缘空气+固体图3），还可以是采用复合绝缘（真空+气体绝缘、空气+固体绝缘、复合气体+固体绝缘）的产品（ZN84型真空断路器，见图4）。图2:ZN23型真空断路器图3:SF6负荷开关图4:ZN84型真空断路器图型真断路器图负荷开关图型真断路器这些元件装在金属封闭开关设备中，可以是固定式的，也可以是移开式的外壳内可能充有绝缘和/或开断用的气也可以是移开式的。外壳内可能充有绝缘和/或开断用的气体，而对于充气隔室的设计压力一般为≤0.3MPa（相对压力）。这里提到了隔室，见GB3906的3.107及5.103：它是金属封闭开关设备的部分除内部连接控制或通风所必属封闭开关设备的一部分，除内部连接、控制或通风所必要的开孔外，其余均封闭在金属外壳内（IEC62271-200:2012不再认为固体绝缘包覆的部分可以作为隔室来认200:2012不再认为固体绝缘包覆的部分可以作为隔室来认定）。•隔室分为四种类型：•（1）其中三种可以打开，称为可触及隔室：联锁控制的可触及隔室•——联锁控制的可触及隔室；•——基于程序的可触及隔室；•——基于工具的可触及隔室。•（2）另一种不能打开的称为不可触及隔室•（2）另种不能打开的，称为不可触及隔室。隔室应以其中的主要元件来命名，例如，断路器隔室，母线隔室，电缆隔室等。隔室可以是各种形式的，例如：——自然压力的（空气）；（如：最常见KYN28中的断路器隔室）——充液体的隔室（目前很少）；——充液体的隔室（目前很少）；——充气体的隔室；（如：XGN46中的断路器隔室、母线隔室）断路器隔室、母线隔室为两个气室断路器隔室、母线隔室为一个气室——固体绝缘的隔室。按照GB3906(IEC62271-200：2012），应是采用复合PI级隔板封闭的隔室。(把断路器或负荷开关等元件用环氧浇注材料单独包封在一个绝缘外壳内，只能作为固体绝缘的元件（装置）认定。我们目前最常见的就是大家俗称的“固封极柱”产品：把真空灭弧室，或真空灭弧室、导电连接和/或端子用固体绝缘材料封装组成的独立的固体绝缘部件。若采用上图的结构，该手车装于开关柜中，断路器隔室还存在空气绝缘、不能若采用上图的结构，该手车装于开关柜中，断路器隔室还存在空气绝缘、不能作为一个独立的隔室来认定。以类似上面这种结构为基础，进一步的延伸，形成了：以类似上面这种结构为基础，进步的延伸，形成了：它是把断路器、隔离开关等元件集成在一个采用环氧浇注的绝缘外壳内，然后再装于金属封闭开关设备内的一种产品。内，然后再装于金属封闭开关设备内的种产品。上面这类产品就是目前国内被称为“固体绝缘开关上面这类产品，就是目前国内被称为“固体绝缘开关设备”。•综上所述，所谓“固体绝缘开关设备”实际上就是金属封闭开关设备中的，实际上就是金属封闭开关设备中的一个或多个一次元件（装置如极柱隔个或多个次元件（装置，如极柱、隔离开关、母线等）采用固体绝缘构成的离开关、母线等）采用固体绝缘构成的。因此，它仍是金属封闭开关设备，仍应按GB3906的标准进行试验验证。第2部分：试验项目固封极柱作为开关柜的内配元件，按照GB3906-2006中11的固封极柱作为开关柜的内配元件，按照GB39062006中1.1的规定：“装于金属封闭开关设备和控制设备中的各元件应按照各自标“装于金属封闭开关设备和控制设备中的各元件应按照各自标准的规定进行设计和试验。……”因此：按照JB/T11203-2011的612的规定，应做相关试验：按照JB/T11203-2011的6.1.2的规定，应做相关试验：“固封极柱的型式试验项目根据其真空灭弧室的类型从JB/T11203的表1规定的型式试验项目中选取：的表规定的型式试验项目中选取：•同时还应进行以下试验：a)外观和外形尺寸、安装尺寸检查；b)环境试验b)环境试验；c)局部放电试验；d)湿度试验（适用时）；d)湿度试验（适用时）；e)严酷气候条件下的试验（适用时）；f)模拟地面上的太阳辐射试验（适用时）；f)模拟地面上的太阳辐射试验（适用时）；g)热稳定性试验。•以上试验项目可以使用独立的固封极柱单独进行，也可安装在相关的产品上随产品一同进行。其他要求按照GB3906中第6章的相关规定，进行。其他要求按照GB3906中第6章的相关规定，进行。GB3906-2006的6.1：“装在金属封闭开关设备和控制设备内的元件，如果它们的技术要求超出GB/T11022-1999的规定，则应符合各自的技术要求，并按这些要求进行试验，还应考虑到下述规定：由于元件的类型、额定参数和它们的组合具有多样性，实际上不可能对金属封闭开关设备和控制设备的所有方案都进行型式试验所可能对金属封闭开关设备和控制设备的所有方案都进行型式试验，所以，型式试验只能在典型的功能单元上进行。任何一种具体布置方案的性能可用可比布置方案的试验数据来验证。注：具有代表性的功能单元，可以采取一种可扩展单元的形式。必要时，可以由两个或者三个这样的单元拼装在一起。（如充气的环网柜HXGN6-12）。网柜HXGN612）。包含有机绝缘材料的金属封闭开关设备和控制设备，除按下述规定进行试验外，还应按制造厂和用户之间的协议进行补充试验。”型式试验和验证项目包括:——强制的型式试验：a)绝缘试验a)绝缘试验；b)温升试验和回路电阻的测量；c)短时耐受电流和峰值耐受电流试验；d)关合和开断能力的验证；e)机械操作和机械特性测量试验；f)防护等级检验；f)防护等级检验；g)辅助和控制回路的附加试验；——适用时，强制的型式试验：h)非金属隔板和活门的试验；i)充气隔室的压力耐受试验和气体状态测量；j)密封试验；j)k)内部电弧试验（对IAC级开关设备和控制设备）；l)电磁兼容性试验（EMC）。l)电磁兼容性试验（EMC）。选用的型式试验（根据制造厂和用户之间的协——选用的型式试验（根据制造厂和用户之间的协议）)气候防护试验m)气候防护试验；n)机械撞击试验；o)局部放电试验；p)人工污秽试验；q)电缆试验回路的绝缘试验；r)耐受腐蚀试验。)型式试验可能有损于被试部件以后的正常使用，所以，如果没有制造厂和用户之间的协议，型式试验的试品不应投入使用。需要强调的是对采用固体绝缘的开关设备，尤其注意GB3906-2006的附录B的规定。第3部分：IEC62271-201简介IEC62271-201：2006高压开关设备和控制设备——第201部分：额定电压1kV以上52kV及以下的交流绝缘封闭开关设备和控制设备该标准与IEC62271-200（GB3906）的差异在于于：——该标准是针对绝缘封闭开关设备的，其定义义：除外部连接外全部装配完成并具有绝缘外壳的成套除外部连接外，全部装配完成并具有绝缘外壳的成套开关设备和控制设备。在这里强调的是具有绝缘外壳的成套开关设备，标准的：3.106绝缘外壳绝缘封闭开关设备和控制设备的部分它能够提供规绝缘封闭开关设备和控制设备的一部分，它能够提供规定的防护等级，以保护内部设备不受外界影响，防止人员接近或触及带电部件而电击（触电），防止人员触及运动接近或触及带电部件而电击（触电），防止人员触及运动部件。外壳的主要材料是绝缘的，如果增加了导电层，导电层的任何一个点与提供的接地点之间的电阻可能大于100mΩ。注：如果开关设备和控制设备外壳上的任何一点与提供的接地点之间的电阻小于或等于100mΩ，IEC62271-200适用。这里的绝缘外壳对应的GB3906中的金属外壳，这与GB3906中的固这里的绝缘外壳对应的GB3906中的金属外壳，这与GB3906中的固体绝缘的开关设备，有着本质的差异。目前，国内很多企业生产的固体绝缘开关设备，都是开关设备中的元件是用绝缘材料制造的，而不是符合IEC62271-201的绝缘封闭开关设备合IEC62271-201的绝缘封闭开关设备。——一个是针对外壳中的主要元件；另个是针对外壳或作为外壳的部分见——另一个是针对外壳；或作为外壳的一部分（见IEC62271-201的3.114）目前国内尚无具有绝缘外壳的成套开关设备。GB3906中隔室的划分对IEC62271201描述的绝缘外壳的GB3906中隔室的划分对IEC62271-201描述的绝缘外壳的成套开关设备同样适用。IEC62271-201的特殊要求，标准的：•5.102绝缘外壳•完整的绝缘外壳及结构中使用的材料应该有能力耐受机械、电气和热应力以及在正常运行条件下可能会碰到的湿度和老化的影响的影响。•51022绝缘外壳的电击防护等级•5.102.2绝缘外壳的电击防护等级•当人员接触外壳或操作绝缘封闭开关设备和控制设备时，绝缘外壳应该对人员提供电击保护分为：PAPB等级，PB有缘外壳应该对人员提供电击保护。分为：PA、PB等级，PB有两种不同的设计：PB1、PB2。第4部分：IEC62271-201中特殊型式试验6.1概述中：g）验证防止人员受到电击的试验；h）通过测量局部放电来检查设备固体绝缘某些缺陷）通过测量局部放电来检查设备固体绝缘某些缺陷的试验；…验证绝缘材料的热稳定性的试验n）验证绝缘材料的热稳定性的试验；o）评估绝缘表面凝露影响的试验。其他试验项目与GB3906基本相同。•6.104验证人员电击防护试验适用于具有防止电击的绝缘外壳、隔板和活门。热稳定性试验•6.106热稳定性试验如果导电部件之间绝缘的主要部分由固体绝缘组成，制造商应提供使用的绝缘材料的稳定性不会受绝缘强度和热效应影响的证据供使用的绝缘材料的稳定性不会受绝缘强度和热效应影响的证据。这个证据可以在可比较结构进行的试验的基础上，在绝缘材料的性能（介质损耗作为温度的函数）的基础上，或通过对整个设备或具代表性的部件进行热稳定性试验来给出代表性的部件进行热稳定性试验来给出。•6107湿度试验•6.107湿度试验如果外壳没有完全被导电盖板/层覆盖的话，应进行湿度试验。详见标准的附录C。可以看出，以上这项试验项目也适用于可以看出，以上这项试验项目也适用于GB3906中的主要元