新型全绝缘喷射式熔断器的研究应用

摘 要：新型全绝缘高压喷射式熔断器是广泛应用在10 kV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、绝缘水平低、拉合操作有一定危险性等弊端。基于此研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，并成功地通过试验挂网运行。

关键词：喷射式 全绝缘熔断器 配电变压器 10kV线路绝缘化

中图分类号：TM563 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0133-02

熔断器作为一个线路保护装置（开关设备），现普遍用于10 kW变压器的一次侧、支线、进出线处，一直是性价比高的首选。架空配电线路使用的熔断器是以跌落式为主，并非全绝缘性装置。缺陷是触头暴露，容易产生故障，容易污染，情况严重者容易脱落，风险大。本文就此在全绝缘方面研究了一下解决办法，现总结如下。

针对上述问题，本次旨在研发的新型全绝缘高压喷射式熔断器是一种全密封型的设备，它需要具有以下特点。

（1）抗污性能良好，能够在相当于三级污秽的环境中使用；（2）能够满足处理短路容量最大值为8kA的开断能力，基本上可以满足国内架空配网中的柱上变压器（500 kVA以下）保护使用。

从而以满足国内配电网全绝缘化水平的要求。

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。但由于非全绝缘结构，存在着以下方面的不足之处。

（1）绝缘性能不高，因此容易由于下雨、受潮等环境因素致使电极锈死，造成不能开断的不良后果；（2）熔丝管被雨淋受潮加强日照后可能发生膨胀，造成熔丝被拉断，造成意外停电，这些都使熔断器极易损坏，影响其安全使用寿命；（3）由于传统熔断器的充电部位不完全密封，在粉尘、盐污等条件恶劣的沿江、沿海及工业园等地区，电极易发生腐蚀、锈死等损坏，耐候性很差；（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。

新型全绝缘高压喷射式熔断器是采用熔体安装在绝缘瓷体内部，属完全密封的结构。可以解决跌落式熔断器的缺点。其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，将灭弧管内的产气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，并将熔管退出绝缘体外，形成电路开断，切除故障段线路或者故障设备，达到保护其它非故障线路或设备的目的。

上下触头电极以及熔丝熔管均在绝缘瓷套内部，并且上下引出线与绝缘体处于完全密封状态，能适应在盐污严重或风沙等环境恶劣的地区使用，耐盐污性能具有等价盐分附着量0.35 mg/cm2以上水平，提高了产品寿命降低设备故障率和设备维护工作量，提高线路绝缘化水平。

2 原理及研发改进

2.1 工作原理及构造

新型全绝缘高压喷射式熔断器通过熔断熔体本身而形成电弧，之后利用电弧的高温气化灭弧管内的特殊材料，这样形成大量气体，电流如果过零，那么该气体将会吹灭电弧，再利用弹簧推活动部分的熔管至熔断器之外，这样就会出现电气断口，这样就可以将故障段线路或者故障设备与电路之间开断。

同时由于采用狭缝灭弧方式，电弧在消弧棒和消弧管之间的狭缝中延伸，电弧的电阻增大，消弧棒、消弧管会产生灭弧性气体吹灭电弧，可以熄灭负荷电流。

另外，可以通过熔断器的操作决定内部结构：如何设计电机的上下级结构，计算校核其载流能力以及短路电动力；设计固定电机的结构；如何选择进出线引线以及怎么样固定；如何防水密封；如何外部绝缘；如何固定以及安装熔管；如何设计操作杆等方面。花瓣式触头的设计能更好的确保熔筒的稳定性。

其整体外形如图1所示。

2.2 结构改进

（1）电流的开端能力要提高：密封性熔断器电流的开断能力要根据现阶段配网的载流量、短路容量、线路参数来计算线路短路电流的分布规律，在考虑其经济性，确定其开断电流能力。在产品形式上，按额定电压等级10 kV开断短路电流8kA来设计，满足约90%的相间短路时的开断能力。对载熔件产气灭弧材料进行重新计算后改进了开断材料，并重新计算力学强度后对内部结构也进行重新设计，提高了开断电流的能力。（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（ACD）为290 mm，附加100 mm绝缘电缆；无底盖场合，从内下部电极到抱箍的距离（BCD）为430 mm，即使无底部封盖，也基本满足三级污秽的要求（320 mm～380 mm）。（如图1所示）。（4）断口、相对地的工频耐压分别满足48kV、42kV、42kV的标准。（5）根据国内操作习惯，密封底盖改进为无绳化结构；对于8 mm2的引线与35 mm2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

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/T 640-1997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0.7～0.8倍、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。[1]

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1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]（2）镀锌性能试验：引用标准JIS H0401-2007熔融镀锌试验方法实施；（3）引出线结合部性能试验：试验方法旋转次数为20次；（4）老化试验；（5）局放特性：按GB/T 7354-2003局部放电测量进行试验。在相对地电压7（12/）kV时，局部放电量应小于10pC。[4]

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。更换为新型全绝缘高压喷射式熔断器，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。

经过对产品的升级研发，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10 kV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] 引用标准GB/T15166.3-2008高压熔断器第3部分：喷射式熔断器（其中d.开合试验引用DL/T640-1997户外交流高压跌落式熔断器及熔断订货技术条件）[M].

[2] JIS C3801-1-1999电瓷绝缘子试验方法-第1部：架空线路用电瓷绝缘子.

[3] 引用标准JIS H0401-2007熔融镀锌试验方法[Z].

[4] GB/7354-2003，局部放电测量实施[S].