CN104299765B - 一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法,属于电气制造及电力设备技术领域。该方法具有以下优点:(1)显著降低工人劳动强度;(2)提高生产效率,提高模具周转时间;(3)通过在压力凝胶模具内部先抽真空之后充入SF6气体,可以降低空气气隙的存在,显著改善产品的局放性能,实现在标准规定电压14.4kV电压下局放为零;(4)提高电压互感器的外观质量,由于在压力凝胶成型过程中需要对产品施加0.25~0.35MPa的压力,脱模后尺寸收缩小,模具分型面及产品外观光泽度明显改善;(5)提高产品的韧性和抗开裂性能,活性硅微粉与环氧树脂体系具有更好的相容性,且后固化阶段采用阶梯式升温和降温,能防止突然降温导致产品内部或外部开裂。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法,属于电气制造及电力设备技术领域。
背景技术
10kV浇注式电压互感器广泛应用在开关柜等电力设备中,是一种重要的测量保护产品。目前,国内主要采用真空浇注成型工艺生产10kV浇注式电压互感器,而国外主要采用压力凝胶工艺生产10kV浇注式电压互感器。不管采用哪种生产工艺,对电压互感器的生产来说,最重要的是控制其局放水平在国家标准要求范围内,当然更低的局放水平更有利于互感器的长期稳定使用。
目前,采用真空浇注成型工艺制造互感器的企业居多,国内以大连第一互感器公司及大连北方互感器公司为代表的绝大多数公司均采用该工艺生产10kV浇注式电压互感器,该工艺是将互感器器身放入真空浇注模具中,将模具放入真空浇注罐中进行常压浇注,浇注过程中对浇注罐进行抽真空以更好的去除环氧树脂中混入的气泡,浇注完成后将模具放入烘箱中进行一次固化,固化初期需进行常压补料,一次固化结束后脱模,然后将产品放入烘箱中进行二次固化。该工艺目前已较为成熟,但存在一些明显的问题,如模具拆装搬运劳动强度大;由于常压浇注导致产品外观粗糙且不易于制造外形复杂产品;一次固化模具占用时间非常长,生产效率较低;一次固化时须将模具也放入烘箱中导致转运困难且占用更多的烘箱空间;材料飞边较厚,浇口部位材料浪费较多,后处理工作量大。
压力凝胶工艺是中国90年代后期从国外引进的先进生产工艺,具有模具利用率高、生产周期短、劳动强度低、产品质量好、模具寿命长及易于成型复杂产品等特点。该工艺与真空浇注工艺相比,能很好克服真空浇注工艺的上述不足,因此可以用来生产浇注式互感器。
中国专利(申请号:200910045129.3)公开了一种电压互感器真空压力凝胶制造方法,该方法包括安装模具、合模抽真空、真空状态下注射并排出气液、封排气口、加压注射、前固化、后固化及冷却成型等步骤,与真空浇注工艺相比,该方法可明显提高产品外观及内在质量,同时模具利用率大幅提高。但是也存在以下不足:压力凝胶模具安装在一个真空罐内,为适应不同大小的模具,真空罐必须具备较大的内部空间,但内部空间太大明显会延长抽真空的时间,影响生产效率,同时在注射及保压成型时也难以观察到模具的溢料情况等,不利于工艺控制;同时也未提及采用该方法生产的电压互感器的性能,尤其是局放性能,且未限定对于压力凝胶生产互感器至关重要的环氧树脂材料的特性。
中国专利(申请号:201010202076.4)公开了一种环氧树脂压力凝胶法生产电气产品的工艺,该工艺包括将底版嵌件与导线连接成一体、器身预烘、抽真空后再预烘、装入模具后再预烘、材料混合、注射、保压、脱模等步骤,采用该方法生产的电气产品不易开裂,起始放电电压高,局部放电≤20Pc。但是其器身预烘过程较为复杂,操作时间长,生产效率低,且局部放电水平有待控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法。
为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:
一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法,包括以下步骤:
(1)压力凝胶成型过程:
对已装入器身的模具进行抽真空处理,至真空度降至1~5mbar,充入0.5~5mbar压力的SF6气体,再将压力凝胶材料注入模具中,注射速度为1~1.5kg/min,至注满模具,注射时间控制在5~15min,注射完毕,在0.25~0.35MPa压力下保压35~50min,开模取出电压互感器;
(2)后固化过程:
将电压互感器进行后固化处理,依次在120~130℃下保持1~3h、130~140℃下保持8~12h、100~120℃下保持1~3h,之后以温度每隔1h降低10℃的速度降至室温即可。
所述步骤(1)中的压力凝胶材料主要由以下重量份数的原料组成:双酚A型环氧树脂95~100份、酸酐类固化剂75~90份、活性硅微粉250~320份。还可以包括以下重量份数的原料:色浆0.5~1份。
所述的双酚A型环氧树脂在25℃下的粘度为3000~6000mPas。
所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐,在25℃下的粘度为800~2500mPas。
所述的活性硅微粉的粒径中位径D50为2.5~9微米。
所述的色浆为市售商品,可根据颜色需要确定。
所述的压力凝胶材料的配料方法为:配料前,将活性硅微粉在100~120℃下预热10~15h,冷却至30~50℃备用;取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆,在30~50℃下搅拌抽真空1.5~3h即可。由此制备的压力凝胶材料的粘度为2500~6000mPas。
优选的,在步骤(1)压力凝胶成型之前,还包括压力凝胶互感器模具及器身准备步骤:将电压互感器器身在110~140℃下预烘10~20h;控制模具上部温度为125~135℃,中部温度为124~133℃,下部温度为123~130℃;再将电压互感器器身装入模具中。模具结构与专利(申请号:200820059829.9)中相似,具有左右凹模及中框(固定器身)。
所述步骤(1)中模具的上部设有与模具型腔相连通的圆形通道(可自动开启及关闭),通道上设置有三通阀,三通阀的另外两个端口分别与抽真空管道和SF6充放管道的端口连接。
本发明的有益效果:
本发明的电压互感器压力凝胶成型方法具有以下优点:
(1)显著降低工人劳动强度,其劳动强度与采用真空浇注工艺相比,降低约50%;
(2)显著提高生产效率,提高模具周转时间,真空浇注的模具单一产品占用时间达12~20h,而压力凝胶的模具单一产品占用时间仅为0.45~1h,与现有成型方法相比,有效降低了模具抽真空时间及材料准备时间;
(3)通过在压力凝胶模具内部先抽真空之后充入SF6气体可以降低空气气隙的存在,显著改善产品的局放性能,实现在标准规定电压下的零局放,而采用真空浇注及其他方法生产的10kV浇注式电压互感器,其局放水平很难达到国标要求的20Pc,达到零局放的未见报道;
(4)电压互感器的外观明显优于真空浇注法生产的产品,压力凝胶成型法生产互感器时需要对产品施加0.25~0.35MPa的压力,产品脱模后尺寸收缩小,模具分型面及产品外观光泽度等明显优于采用真空浇注法生产的产品;
(5)提高产品的韧性和抗开裂性能,本发明采用活性硅微粉作为填料,较纳米级微粉能大大降低材料成本,且更易分散,较普通的硅微粉,与环氧树脂体系具有更好的相容性,且后固化阶段采用阶梯式升温,能使材料内部温度缓慢升高,控制其反应速度平缓,而降温时采用阶梯式降温,能防止突然降温导致产品内部或外部开裂,改善产品的固化效果。
试验证明,采用本发明方法制造10kV及以下浇注式电压互感器的合格率高,达98%以上,局放性能好,在14.4kV电压下局放为零。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明,但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例中零局放电压互感器(10kV)压力凝胶成型方法,包括以下步骤:
(1)压力凝胶材料的准备:
压力凝胶材料由以下重量份数的原料组成:双酚A型环氧树脂100份,25℃下的粘度为3200mPas;酸酐类固化剂甲基四氢苯酐90份,25℃下的粘度为1000mPas;活性硅微粉320份,粒径中位径D50为4微米;红色色浆0.5份;
配料方法为:配料前,将活性硅微粉在105℃烘箱中预热15h,之后随炉温冷却至30℃备用;取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂甲基四氢苯酐、活性硅微粉和色浆,控制温度在35℃,搅拌抽真空2h得压力凝胶材料,粘度为2800mPas;
(2)压力凝胶互感器模具及器身准备:
将电压互感器器身在120℃下预烘12h,模具进行预加热,控制模具上部温度为135℃,中部温度为132℃,下部温度为129℃,使模具型腔形成温度梯度,再将电压互感器器身装入模具型腔中;
(3)压力凝胶成型过程:
在压力凝胶互感器模具的上部设有与模具型腔相连通的圆形通道(可自动开启及关闭),通道上设置有三通阀,三通阀的另外两个端口分别与抽真空管道和SF6充放管道的端口连接,对已装入器身的模具进行抽真空处理,至真空度降至2mbar,打开SF6充放管道,充入1mbar压力的SF6气体,再将步骤(1)的压力凝胶材料注入模具中,注射速度为1kg/min,至注满模具,注射时间控制在10min,注射完毕,在0.35MPa压力下保压38min,开模取出电压互感器;
(4)后固化过程:
将电压互感器放入程序控温的烘箱中进行后固化,后固化温度包括以下几个阶段:125℃下保持1h,132℃下保持10h,120℃下保持2h,之后以温度每隔1h降低10℃的速度降至室温,取出即可。
本实施例制备的JDZ9-10电压互感器按GB1207-2006规定的方法进行试验,在14.4kV电压下局放为零。
实施例2
本实施例中零局放电压互感器(10kV)压力凝胶成型方法,包括以下步骤:
(1)压力凝胶材料的准备:
压力凝胶材料由以下重量份数的原料组成:双酚A型环氧树脂90份,25℃下的粘度为4000mPas;酸酐类固化剂甲基四氢苯酐75份,25℃下的粘度为1800mPas;活性硅微粉260份,粒径中位径D50为5微米;红色色浆0.5份;
配料方法为:配料前,将活性硅微粉在105℃烘箱中预热15h,之后随炉温冷却至30℃备用;取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂甲基四氢苯酐、活性硅微粉和色浆,控制温度在35℃,搅拌抽真空2h得压力凝胶材料,粘度为2900mPas;
(2)压力凝胶互感器模具及器身准备:
将电压互感器器身在120℃下预烘12h,模具进行预加热,控制模具上部温度为135℃,中部温度为132℃,下部温度为129℃,使模具型腔形成温度梯度,再将电压互感器器身装入模具型腔中;
(3)压力凝胶成型过程:
在压力凝胶互感器模具的上部设有与模具型腔相连通的圆形通道(可自动开启及关闭),通道上设置有三通阀,三通阀的另外两个端口分别与抽真空管道和SF6充放管道的端口连接,对已装入器身的模具进行抽真空处理,至真空度降至2mbar,打开SF6充放管道,充入1mbar压力的SF6气体,再将步骤(1)的压力凝胶材料注入模具中,注射速度为1.5kg/min,至注满模具,注射时间控制在6min,注射完毕,在0.35MPa压力下保压45min,开模取出电压互感器;
(4)后固化过程:
将电压互感器放入程序控温的烘箱中进行后固化,后固化温度包括以下几个阶段:120℃下保持1h,130℃下保持10h,120℃下保持2h,之后以温度每隔1h降低10℃的速度降至室温,取出即可。
本实施例制备的JDZ9-10电压互感器按GB1207-2006规定的方法进行试验,在14.4kV电压下局放为零。
实施例3
本实施例中零局放电压互感器(10kV)压力凝胶成型方法,包括以下步骤:
(1)压力凝胶材料的准备:
压力凝胶材料由以下重量份数的原料组成:双酚A型环氧树脂95份,25℃下的粘度为6000mPas;酸酐类固化剂甲基四氢苯酐80份,25℃下的粘度为2500mPas;活性硅微粉290份,粒径中位径D50为9微米;红色色浆1份;
配料方法为:配料前,将活性硅微粉在120℃烘箱中预热10h,之后随炉温冷却至30℃备用;取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂甲基四氢苯酐、活性硅微粉和色浆,控制温度在50℃,搅拌抽真空3h得压力凝胶材料;
(2)压力凝胶互感器模具及器身准备:
将电压互感器器身在140℃下预烘10h,模具进行预加热,控制模具上部温度为130℃,中部温度为126℃,下部温度为123℃,使模具型腔形成温度梯度,再将电压互感器器身装入模具型腔中;
(3)压力凝胶成型过程:
在压力凝胶互感器模具的上部设有与模具型腔相连通的圆形通道(可自动开启及关闭),通道上设置有三通阀,三通阀的另外两个端口分别与抽真空管道和SF6充放管道的端口连接,对已装入器身的模具进行抽真空处理,至真空度降至5mbar,打开SF6充放管道,充入5mbar压力的SF6气体,再将步骤(1)的压力凝胶材料注入模具中,注射速度为1.2kg/min,至注满模具,注射时间控制在8min,注射完毕,在0.25MPa压力下保压40min,开模取出电压互感器;
(4)后固化过程:
将电压互感器放入程序控温的烘箱中进行后固化,后固化温度包括以下几个阶段:130℃下保持1h,140℃下保持8h,110℃下保持3h,之后以温度每隔1h降低10℃的速度降至室温,取出即可。
本实施例制备的JDZ9-10电压互感器按GB1207-2006规定的方法进行试验,在14.4kV电压下局放为零。
Claims (8)
1.一种零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)压力凝胶成型过程:
对已装入器身的模具进行抽真空处理,至真空度降至1~5mbar,充入0.5~5mbar压力的SF6气体,再将压力凝胶材料注入模具中,注射速度为1~1.5kg/min,至注满模具,注射时间控制在5~15min,注射完毕,在0.25~0.35MPa压力下保压35~50min,开模取出电压互感器;
(2)后固化过程:
将电压互感器进行后固化处理,依次在120~130℃下保持1~3h、130~140℃下保持8~12h、100~120℃下保持1~3h,之后以温度每隔1h降低10℃的速度降至室温即可。
2.根据权利要求1所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述步骤(1)中的压力凝胶材料由以下重量份数的原料组成:双酚A型环氧树脂95~100份、酸酐类固化剂75~90份、活性硅微粉250~320份、色浆0.5~1份。
3.根据权利要求2所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述的双酚A型环氧树脂在25℃下的粘度为3000~6000mPas。
4.根据权利要求2所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐,在25℃下的粘度为800~2500mPas。
5.根据权利要求2所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述的活性硅微粉的粒径中位径D50为2.5~9微米。
6.根据权利要求2所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述的压力凝胶材料的配料方法为:配料前,将活性硅微粉在100~120℃下预热10~15h,冷却至30~50℃备用;取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆,在30~50℃下搅拌抽真空1.5~3h即可。
7.根据权利要求1所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:在步骤(1)压力凝胶成型之前,还包括压力凝胶互感器模具及器身准备步骤:将电压互感器器身在110~140℃下预烘10~20h;控制模具上部温度为125~135℃,中部温度为124~133℃,下部温度为123~130℃;再将电压互感器器身装入模具中。
8.根据权利要求7所述的零局放电压互感器压力凝胶成型方法,其特征在于:所述步骤(1)中模具的上部设有与模具型腔相连通的圆形通道,通道上设置有三通阀,三通阀分别与抽真空管道和SF6充放管道连接。
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