CN102437516B - 用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件及其制备方法，提供了一种用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件，它包含：金属导体；以及通过注塑工艺在所述金属导体表面上形成的氟塑料绝缘体。还提供了一种制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的方法。本发明能较大提高中高压输配电开关装置中相关绝缘复合件元件的使用寿命、可靠性、安全性、稳定性，以及工作应用范围。

Description

用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件及其制备方法

技术领域

本发明属于中高压输配电开关装置领域，涉及一种用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件。

背景技术

现有的中高压输配电开关装置产品中的绝缘触座，包括金属导体和安装在所述金属导体上的电绝缘部件(又称“绝缘子”)，它是通过将环氧树脂浇注成型后，借助粘结剂装配在金属导体上所制成的。但是，现有技术存在以下缺陷。

1、安全问题及工作、应用领域范围小

浇注成型的绝缘子体内易产生气泡和内应力，一旦遇到外部因素影响，比如开关过程中的瞬时高电流或高压冲击，或较大温度变化等，绝缘子会产生裂纹和裂缝并导致被击穿，从而酿成严重的安全事故。

因此，环氧树脂的电学特性，即介电常数较大，决定了由其制成的绝缘触座等绝缘复合件一般适用于12千伏(KV)、24KV等30KV以下的中高压输配电装置中。

此外，由环氧树脂制成的绝缘触座一般适用于-30℃～90℃的工作环境，而不能应用于-200℃～-30℃，90℃～250℃或存在化学腐蚀可能的恶劣工作环境。

2、质量及成本问题

现有技术是先将所述电绝缘部件和金属导体部件单独制备，然后装配在一起，因此电绝缘部件一般不能紧密地结合在金属导体上。为了增强两者的结合程度，现有技术一般采用特定的粘合剂粘结，或在金属导体上开槽。然而这样不仅增加了生产成本(浇注工艺本身成本就很高)，而且粘合剂中通常会产生气泡，导致结合性能减弱并缩短产品的使用寿命。

迄今为止，在中高压输配电开关装置领域中，尚未有一种适用于超过30KV的诸如绝缘触座、绝缘触管、屏蔽线圈等有关元件的绝缘复合件，该绝缘复合件生产成本低，其电绝缘部件无需使用粘合剂就能够紧密地结合在金属导体上，同时在恶劣工作环境下又能够保证其使用寿命长、可靠性和稳定性高等性能。

发明内容

本发明提供了一种新颖的用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件，从而解决了现有技术中存在的问题。

本发明的发明人经研究后发现，绝缘复合件的绝缘部件若使用比环氧树脂介电常数(3.5-4)低近一倍的氟塑料，如四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(介电常数为2.1)，不仅能够具有优异的抗雷电击穿性能，还具有优异的耐高低温性能(-200℃至250℃，而环氧树脂为-30℃至90℃)和优异的耐化学品性能；并且，氟塑料相对于金属导体有较大的收缩率(6％，环氧树脂仅为2％)，因此当由其制成的绝缘部件与金属导体同时冷却收缩后，由于绝缘部件收缩形变大而紧密结合在金属导体上，其结合力为100牛顿以上，无需任何起辅助结合作用的粘合剂。基于上述发现，本发明得以完成。

一方面，本发明提供了一种用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件，它包含：

金属导体；以及

通过注塑工艺在所述金属导体表面上形成的氟塑料绝缘体。

在一个优选的实施方式中，所述氟塑料绝缘体的材料为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(又称“PFA树脂”)，也可以是全氟乙丙烯共聚物(又称“FEP树脂”)，或是它们的组合。

在另一个优选的实施方式中，所述氟塑料绝缘体直接注塑成型在金属导体表面上，冷却收缩后与金属导体相结合。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘复合件是中高压输配电开关装置中的绝缘触座，绝缘触管，或者屏蔽线圈。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘触座是接地触座或合闸触座。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘复合件适用于额定电压在30千伏以上的高压输配电开关装置。

另一方面，本发明提供了一种制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的方法，该方法包括：

提供金属导体；以及

通过注塑工艺将氟塑料绝缘体形成在所述金属导体表面上。

在一个优选的实施方式中，所述提供金属导体的步骤包括：

1)车削加工金属导体的表面；以及

2)喷砂处理金属导体的表面。

在另一个优选的实施方式中，所述通过注塑工艺将氟塑料绝缘体形成在金属导体表面上的步骤包括：

1’)将金属导体预装在注塑模具上；

2’)将氟塑料绝缘体注塑成型在金属导体表面上；

3’)所述氟塑料绝缘体冷却后收缩，与金属导体结合。

在另一个优选的实施方式中，在将金属导体预装在注塑模具上后，加热注塑模具。

在另一个优选的实施方式中，所述氟塑料绝缘体的冷却为自然冷却至室温。

在另一个优选的实施方式中，在所述氟塑料绝缘体与金属导体结合后，进行车削加工。

在另一个优选的实施方式中，所述氟塑料绝缘体的材料为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，也可以是全氟乙丙烯共聚物，或者它们的组合。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘复合件是中高压输配电开关装置中的绝缘触座，绝缘触座，或者屏蔽线圈。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘触座是接地触座或合闸触座。

在另一个优选的实施方式中，所述绝缘复合件适用于30千伏以上的高压输配电开关装置。

本发明的有益效果如下：

本发明的绝缘复合件具有较高的使用寿命和可靠性，它能长时间应用于30KV以上的高压输配电开关装置中，且绝缘子体内无内应力和气泡，并能与金属导体结合紧密，从而保证了整个装置性能稳定，工艺和质量控制稳定。

本发明的绝缘复合件具有较高的耐高低温性能，它的使用环境极限温度由现有技术的-30℃至90℃提升到-200℃至250℃，其耐冷热冲击性能良好，拓宽了产品应用的范围。

本发明的绝缘复合件具有较高的绝缘性能或抗击穿性能，它的额定雷电冲击击穿电压最大可达250KV，明显高于现有技术的上限185KV，一定程度上提高了产品的安全性。

本发明的绝缘复合件具有优异的耐电弧性。原理在于：现有技术中，输配电在断路时由于电极触点间发生的电弧作用，消弧媒体SF₆会分解出活性的SF₄，SF₄在微量水分作用下会发生水解而生成SOF₂、HF，会与环氧树脂的环氧基团反应，使环氧树脂浇注件表面发生老化，表面电阻降低，以致发生漏电痕迹；然而在本发明中，SOF₂、HF与氟塑料基团不反应，有效避免了漏电发生。以下为现有技术中的化学反应过程：

SF₆+Cu→SF₄+CuF₂

3SF₆+W→3SF₄+WF₆

SF₄+H₂O→SOF₂+2HF

SOF₂+H₂O→SO₂+2HF

WF₆+3H₂O→WO₃+6HF

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的绝缘复合件的结构剖面示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的工艺流程图。

具体实施方式

本发明为一种用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件，它可以是中高压输配电开关装置中的绝缘触座如接地触座或合闸触座，绝缘触管，或者屏蔽线圈等元件。

它的具体结构包含金属导体，以及通过注塑工艺形成在所述金属导体表面上的氟塑料绝缘体。

较佳地，所述氟塑料绝缘体可以是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)，或是全氟乙丙烯共聚物(FEP)，或是它们的组合。

在本发明中，所述氟塑料绝缘体直接注塑成型在金属导体表面上，冷却收缩后与金属导体相结合。

在本发明中，所述绝缘复合件可适用于额定电压在30千伏以上的高压输配电开关装置。

在本发明中，使用的氟塑料绝缘体如PFA具有优异的耐高低温性能和优异的耐化学品性能，可以在恶劣的工作环境中使用，从而赋予所得的绝缘复合件产品更长的使用寿命和更好的可靠性及稳定性。

在本发明中，使用的氟塑料绝缘体如PFA具有更低的介电常数，从而赋予所得的绝缘复合件产品优异的耐高压击穿性能。

此外，本发明还提供了一种制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的方法，该方法具体包括如下步骤。

a)车削加工金属导体的表面；

b)喷砂处理金属导体的表面；

c)将经处理的金属导体预装在注塑模具上；

d)将氟塑料绝缘体注塑成型在经处理的金属导体表面上；以及

e)所述氟塑料绝缘体冷却后收缩，与金属导体结合。

在本发明中，在将金属导体预装在注塑模具上后，可以加热注塑模具。

在本发明中，所述氟塑料绝缘体的冷却可以是自然冷却至室温。

在本发明中，在所述氟塑料绝缘体与金属导体结合后，可以进行车削加工。

上述步骤中没有使用粘合剂，因而在氟塑料绝缘体与金属导体之间没有气泡产生，两者的结合更为紧密，从而赋予所得的绝缘复合件产品有更高的安全性和可靠性。

在本发明的方法中，使用了注塑工艺，其比浇注工艺更为有效，最后只需将所得复合件用车床做简单加工即可。比之当前设备成本高、工艺复杂、质量难控制的浇注工艺，本发明设备成本低、工艺简单、质量易控制、效益和效率更高。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个实施方式的绝缘复合件的结构剖面示意图。如图1所示，氟塑料绝缘体1通过注塑工艺直接结合在金属导体2的表面上，与金属导体2紧密地结合。

图2是根据本发明的一个实施方式的制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的工艺流程图。如图2所示，本发明的制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的工艺流程如下：

金属导体表面处理；

金属导体预装注塑模具；

绝缘子注塑成型；

绝缘子冷却收缩；以及

绝缘子车削加工。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。下列实施例仅用于解释和说明本发明，而不构成对本发明范围的限制。

实施例1

制备步骤如下：

(i)加工金属导体：

车削加工金属导体的表面；

喷砂处理金属导体的表面；

(ii)注塑成型：

将上述经加工的金属导体预装在注塑模具上；

将氟塑料绝缘体PFA注塑成型在上述金属导体表面上；

所述氟塑料绝缘体PFA冷却后收缩，与金属导体结合。

产品测试如下：

将制得的绝缘复合件装配在输配电开关柜内，当金属导体断路时，导体尖端在与绝缘体结合部位产生巨大的击穿电场强度VB＝kd/ε(k为常数，d为厚度)；经过不同介质时，场强也大不相同；相同壁厚情况下，绝缘体的击穿电场强度VB与其介电常数ε成反比；由于氟塑料PFA的介电常数ε为2.1，较环氧树脂的介电常数ε(3.5-4.0)小很多，故其击穿电压能到250KV以上，而环氧树脂却只能到185KV。试验结果见下表：

实施例2

制备步骤如下：

(i)加工金属导体：

车削加工金属导体的表面；

喷砂处理金属导体的表面；

(ii)注塑成型：

将上述经加工的金属导体预装在注塑模具上；

将氟塑料绝缘体FEP注塑成型在上述金属导体表面上；

所述氟塑料绝缘体FEP冷却后收缩，与金属导体结合。

产品测试如下：

将制得的绝缘复合件装配在输配电开关柜内，当金属导体断路时，导体尖端在与绝缘体结合部位产生巨大的击穿电场强度VB＝kd/(k为常数，d为厚度)；经过不同介质时，场强也大不相同；相同壁厚情况下，绝缘体的击穿电场强度VB与其介电常数ε成反比；由于氟塑料FEP的介电常数ε为2.0，较环氧树脂的介电常数ε(3.5-4.0)小很多，故其击穿电压能到250KV以上，而环氧树脂却只能到185KV。试验结果见下表：

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等同改变同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (14)

1.一种用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件，它包含：

金属导体，所述金属导体包括导体尖端部分和导体主体部分，所述导体尖端部分比导体主体部分窄；以及

通过注塑工艺在所述金属导体表面上形成的氟塑料绝缘体，其中，所述氟塑料绝缘体的材料为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，或全氟乙丙烯共聚物，或者它们的组合。

2.如权利要求1所述的绝缘复合件，其特征在于，所述氟塑料绝缘体直接注塑成型在金属导体表面上，冷却收缩后与金属导体相结合。

3.如权利要求1-2中任一项所述的绝缘复合件，其特征在于，所述绝缘复合件是中高压输配电开关装置中的绝缘触座，绝缘触管，或者屏蔽线圈。

4.如权利要求3所述的绝缘复合件，其特征在于，所述绝缘触座是接地触座或合闸触座。

5.如权利要求3所述的绝缘复合件，其特征在于，所述绝缘复合件适用于额定电压在30千伏以上的高压输配电开关装置。

6.一种制备用于中高压输配电开关装置的绝缘复合件的方法，该方法包括：

提供金属导体，所述金属导体包括导体尖端部分和导体主体部分，所述导体尖端部分比导体主体部分窄；以及

通过注塑工艺将氟塑料绝缘体形成在所述金属导体表面上，其中，所述氟塑料绝缘体的材料为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，或全氟乙丙烯共聚物，或者它们的组合。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述提供金属导体的步骤包括：

1)车削加工金属导体的表面；以及

2)喷砂处理金属导体的表面。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过注塑工艺将氟塑料绝缘体形成在金属导体表面上的步骤包括：

1’)将金属导体预装在注塑模具上；

2’)将氟塑料绝缘体注塑成型在金属导体表面上；

3’)所述氟塑料绝缘体冷却后收缩，与金属导体结合。

9.如权利要求8所述方法，其特征在于，在将金属导体预装在注塑模具上后，加热注塑模具。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氟塑料绝缘体的冷却为自然冷却至室温。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述氟塑料绝缘体与金属导体结合后，进行车削加工。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述绝缘复合件是中高压输配电开关装置中的绝缘触座，绝缘触管，或者屏蔽线圈。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述绝缘触座是接地触座或合闸触座。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述绝缘复合件适用于30千伏以上的高压输配电开关装置。