新型溫感可變色警示絕緣罩的研發(fā)

高清清 謝嘉城 袁源明

國(guó)網(wǎng)上海奉賢供電公司

0 引言

目前，具有良好短路保護(hù)能力的戶外跌落式熔斷器其性價(jià)比高、安裝使用方便，一直在大量使用。但由于其自身結(jié)構(gòu)的缺陷，在目前配網(wǎng)系統(tǒng)中60%的設(shè)備故障由熔斷器引起。戶外跌落式熔斷器故障主要來(lái)自外力破壞和發(fā)熱損壞兩個(gè)方面。外力破壞是由于跌落熔斷器存在金屬裸露部分，且10kV線路設(shè)備相間距較小，因此，鳥類、蛇類等小動(dòng)物的攀爬、樹枝的長(zhǎng)高或高空拋物等外部因素容易造成跌落熔斷器金屬裸露部分短路，致使跌落熔斷器受外力破壞的事故層出不窮。發(fā)熱損壞是受限于跌落熔斷器結(jié)構(gòu)，特別是上觸座，由于其合閘可靠性較差，容易接觸不良引起溫度升高，導(dǎo)致熔斷器觸頭燒損、線路停運(yùn)。

對(duì)此，一些廠商研發(fā)了專門用于跌落熔斷器的絕緣罩?？紤]到10kV架空線路全絕緣技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)跌落熔斷器實(shí)現(xiàn)絕緣罩保護(hù)是較妥當(dāng)?shù)姆桨?。然而，現(xiàn)有的絕緣罩產(chǎn)品雖對(duì)外力破壞有所防范，但仍沒有解決觸頭發(fā)熱問題，還可能加劇了觸頭發(fā)熱所帶來(lái)的隱患：由于絕緣罩的隔離作用，在外部風(fēng)力較大時(shí)，絕緣罩表面散熱加快，致使紅外熱像儀難以靈敏地檢測(cè)到觸頭發(fā)熱故障，最后導(dǎo)致發(fā)熱加劇直至熔斷器燒毀。

因此，研發(fā)一種既能有效防范外力破壞，又能有效反映觸頭發(fā)熱的跌落熔斷器專用絕緣罩，對(duì)提升中低壓配網(wǎng)的運(yùn)行可靠性意義重大。

1 溫感變色原理

溫感變色材料是一種新型功能材料，主要利用材料在不同溫度下的物態(tài)變化（如某些鹽類水合物在一定溫度下失去結(jié)晶水而改變顏色）實(shí)現(xiàn)變色指示。通過溫度變化，可以利用材料的顏色變化來(lái)測(cè)量溫度、裝飾產(chǎn)品，如制成玩具提高玩具的吸引力、或制成油墨提高印刷品廣告宣傳效果、還可作為各種電器的示警材料等。目前，變色材料已廣泛用于紡織、印刷、醫(yī)學(xué)、航天等眾多領(lǐng)域。如果能將溫感變色材料通過特殊工藝，與硅橡膠硫化工藝結(jié)合，就有望設(shè)計(jì)出能隨溫度變化而變色的新型功能橡膠材料，將其設(shè)計(jì)成跌落熔斷器的外罩，在維持原有絕緣保護(hù)性能同時(shí)，還可通過溫度變化，直觀反映內(nèi)部觸頭發(fā)熱情況，從而有望克服現(xiàn)有絕緣罩可能加劇觸頭發(fā)熱的弊端。溫感變色材料制作的示溫貼片如圖1所示。

圖1 示溫貼片

硅橡膠有機(jī)復(fù)合材料，由于硫化過程中的高溫，溫感變色材料必須為可逆型。經(jīng)綜合考慮，變色材料確定為有機(jī)可逆熱致變色抗疲勞微膠囊特種材料。這種變色特種材料內(nèi)含微膠囊變色顆粒，粒徑在1～10μm之間，并具有耐高溫、抗氧化等膠囊特性。其顏色隨溫度上升可從有色變到無(wú)色，也可從一種顏色變?yōu)榱硪环N顏色，如圖2所示。

圖2 材料變色過程

選變色材料時(shí)需考慮變色溫度界限范圍，感溫變色基本溫度可根據(jù)線路上設(shè)備允許溫升的范圍設(shè)定。對(duì)熔斷器，按標(biāo)準(zhǔn)最大值正常周圍空氣溫度不超過40℃計(jì)算，熔斷器除螺栓連接處（75K）和熔絲處（90K）外，導(dǎo)電回路最高溫升一般允許至65K，即最高溫度允許105℃。熔斷器作為負(fù)荷產(chǎn)品，在正常使用條件下，一般溫升約50～60K。而上接觸部分，因彈簧結(jié)構(gòu)，一般溫升都接近上限值，如接觸不良，可升至幾百K或以上。此外，考慮到上海地區(qū)冬夏極限溫差約45K（-6℃～39℃），變色材料溫度界限可從110℃以上開始設(shè)定，既避免環(huán)境溫度變化的干擾識(shí)別，又能對(duì)實(shí)際故障隱患的正確識(shí)別。當(dāng)設(shè)備接觸不良導(dǎo)致溫度上升超出合理范圍時(shí)，在變色材料作用下，可直接測(cè)溫變色警示，巡視人員在巡檢時(shí)目視即可直觀發(fā)現(xiàn)。

2 新型絕緣罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如前所述，隨著絕緣化推廣，熔斷器絕緣防護(hù)組件也應(yīng)用而生。但至目前，由于沒有熔斷器類設(shè)備絕緣防護(hù)組件相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致熔斷器絕緣防護(hù)組件各個(gè)廠家的設(shè)計(jì)各異，從材質(zhì)（橡膠或塑料）、材料厚度（1mm～3mm不等）、結(jié)構(gòu)形式（大多是U型開放式結(jié)構(gòu)，如圖3所示）等，很難對(duì)熔斷器類設(shè)備起到真正的絕緣防護(hù)作用，有的安裝在線路設(shè)備上，遇到風(fēng)吹或異物觸碰即產(chǎn)生移位，影響了產(chǎn)品正常運(yùn)行。對(duì)此，本研發(fā)根據(jù)熔斷器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性，專門設(shè)計(jì)了一種跨傘型絕緣防護(hù)組件，如圖4所示。該組件能夠緊緊依附在熔斷器產(chǎn)品本體。此外，還設(shè)計(jì)有便于閉鎖或開啟的固定搭扣閉鎖裝置和防脫落設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品免受風(fēng)吹和異物觸碰影響，保證熔斷器正常分合長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

圖3 傳統(tǒng)絕緣防護(hù)組件圖

圖4 跨傘型絕緣防護(hù)組件

3 新型絕緣罩性能測(cè)試

由于沒有熔斷器類設(shè)備絕緣防護(hù)組件相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此在技術(shù)上要求考慮較為詳細(xì)，也為后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)制訂或技術(shù)規(guī)范打下基礎(chǔ)。根據(jù)選定的硅橡膠有機(jī)復(fù)合材料，參考“DL/T 376-2010復(fù)合絕緣子用硅橡膠絕緣材料通用技術(shù)條件”、“DL/T 378-2010變壓器出線端子用絕緣防護(hù)罩通用技術(shù)條件”和“DL/T 880 0-2004帶電作業(yè)用導(dǎo)線軟質(zhì)遮蔽罩”等規(guī)范，對(duì)帶測(cè)溫可變色警示的跨傘型熔斷器絕緣防護(hù)組件確定了基本技術(shù)要求，并基于此技術(shù)要求，對(duì)跨傘型熔斷器絕緣防護(hù)組件變色性能與異物搭接防范能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

1）測(cè)溫變色警示試驗(yàn)：通過試驗(yàn)驗(yàn)證變色材料實(shí)際變色效果。

實(shí)驗(yàn)日期:2018年11月13日

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):高壓實(shí)驗(yàn)室

環(huán)境溫度：19℃

實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)熔斷器上觸座施加超過額定電流的大電流，模擬接觸不良觸頭發(fā)熱現(xiàn)象。表1和圖5-(1-8）表明當(dāng)溫度升至88K（對(duì)應(yīng)溫度107℃）時(shí)，熔斷器絕緣防護(hù)組件開始變色；當(dāng)溫度超過100K時(shí)，熔斷器絕緣防護(hù)組件完全變色。

表1 帶測(cè)溫可變色警示絕緣防護(hù)組件性能驗(yàn)證試驗(yàn)

圖5-1

圖5-2

圖5-3

圖5-4

圖5-5

圖5-6

圖5-7

圖5-8

2)異物搭接性能和絕緣耐受試驗(yàn):通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證熔斷器絕緣防護(hù)組件按規(guī)定技術(shù)要求添加變色材料后的電氣絕緣性能。

試驗(yàn)條件同上，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：試品符合現(xiàn)有技術(shù)規(guī)定的硅橡膠復(fù)合絕緣罩的絕緣性能，表明溫感材料的添加未影響試品的絕緣性能。

表2 異物搭接性能和絕緣耐受試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證本產(chǎn)品技術(shù)性能，貝13振泰1號(hào)于2018年11月18日安裝了該產(chǎn)品。試用至今未超溫變色，且目視清楚，與紅外測(cè)溫儀對(duì)比，溫感變色可靠、效果較好。

該絕緣防護(hù)組件安裝方便，能對(duì)熔斷器裸露部分進(jìn)行全絕緣處理：跨傘型的防脫落結(jié)構(gòu)和便于閉鎖、開啟的固定搭扣閉鎖裝置避免了風(fēng)吹和異物搭接的影響，從而，從根本上防范了鼠蛇類小動(dòng)物、異物搭接所造成的外破影響。此外，該絕緣罩采用溫感變色，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中接觸不良造成的超溫現(xiàn)象。由此，本產(chǎn)品充分克服了現(xiàn)有產(chǎn)品觸頭發(fā)熱不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)的弊端，既可減少大量紅外測(cè)溫的工作量，又可降低線路停運(yùn)率，提高供電可靠性。

4 結(jié)論

本文提出的帶測(cè)溫可變色警示的跨傘型熔斷器絕緣罩不但能可靠遮蔽熔斷器裸露金屬部分，防止樹枝、小動(dòng)物等外力破壞，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中超溫故障的熔斷器，減少了大量紅外測(cè)溫的工作量、降低了線路停運(yùn)率，提高了供電可靠性，實(shí)現(xiàn)了巡視人員巡檢時(shí)就可直觀發(fā)現(xiàn)熔斷器因接觸不良導(dǎo)致溫升超出合理范圍的潛在故障隱患。本方案構(gòu)思巧妙、可靠性高、成本低廉，可帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得大范圍推廣應(yīng)用。