CN104299766B - 一种多绕组电流互感器压力凝胶成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多绕组电流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。本发明在器身准确过程中改进了传统的将多个绕组分别进行屏蔽处理的方法，将多个绕组合包为一体，有效避免多绕组电流传感器在浇注过程中产生排气死角。在互感器模具准备过程中，通过对模具不同部位进行温度设置，保证先注入的凝胶材料与后注入材料的固化过程基本保持一致，避免互感器内部因固化收缩率不一致而产生裂缝。在压力凝胶成型过程中，由于混合料的粘度较大，气体从产品内部排出需要一定的时间，故采用分阶段注料的方法，且分阶段保压能有效避免因注料压力过大造成的铁芯导磁率下降，导致误差试验不合格，从而保证产品质量和合格率。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种多绕组电流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
浇注式电流互感器广泛应用于开关柜等电力设备中，是一种为测量仪器、仪表或保护装置传递信息的变压器。目前，电力行业对高压输变电设备的局部放电指标的要求越加严格，国家标准也作了相应的调整，油纸绝缘和气体绝缘的高压互感器局放要求由原来的10pC改为目前的5pC。基于结构和绝缘介质的设计，上述两类互感器的局放合格率基本达到100%，但是浇注式电流互感器的局放合格率仍较低。
局放是指发生在电极之间但尚未贯穿电极的放电。放电原因是介质中放电点的场强大于介质的耐电强度。正常情况下，产品的主绝缘厚度根据介质的耐电强度×裕度系数＞场强的原则设计。如果主绝缘内存在气泡或裂痕，因树脂的相对介电常数是空气的3.8倍，即相同形状的气泡和树脂的电容量比值为1:3.8，而串联电容分得的电压和电容量成反比，就导致气泡内的平均场强比树脂内的场强高，而空气的耐电强度仅为树脂的1/10，就可能产生放电。
电流互感器器身主要由一次金属导体（导电杆）、二次线圈（铁芯和漆包铜线）组成。对于多绕组的电流互感器，二次线圈包含2～4个绕组，而多绕组线圈构成的器身在制造过程中容易形成排气死角，在浇注体内部产生缺陷，进而影响产品的局部放电水平。
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互感器的工艺，包括以下步骤：器身预烘、模具预加热、原料预处理与混料、压力注射与保压、固化冷却成型，优点在于采用该方法生产的电气产品不易开裂，击穿电压与起始放电电压高，局部放电≤20pC，然而其产品合格率较低（23.5%），局部放电值仍较高，且未解决控制多绕组电流互感器局放水平的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多绕组电流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：
一种多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，包括以下步骤：
（1）多绕组电流互感器器身准备：
采用聚酯薄膜对漆包铜线进行绝缘处理，采用绝缘皱纹纸分别对二次线圈的多个绕组进行绝缘和缓冲处理，再用半导电皱纹纸将经上述处理的绕组合包为一个整体，进行屏蔽处理，再与一次导电杆装配，对一次导电杆进行缓冲和屏蔽处理；
将经上述处理的器身固定在模具中，在110～140℃预烘10～24小时；
（2）压力凝胶电流互感器模具准备：
对压力凝胶电流互感器模具进行预加热，控制模具上部温度为130～140℃，模具中部温度为125～135℃，模具下部温度为120～130℃，注料口温度为120～125℃，预加热时间为5～8小时；
（3）压力凝胶成型过程：
将模具排气槽调高3～5°，取压力凝胶材料进行分阶段注料，开始控制注料速度为0.8～2.0kg/min，注至3/4～4/5型腔体积时，停止注料5～10分钟，再控制注料速度为0.8～1.5kg/min至注满，采用分阶段保压，先在0.3～0.4MPa压力下保压10～20分钟，再降压至0.15～0.25MPa保压20～30分钟，开模取出电流互感器；
（4）后固化过程：
将电流互感器进行后固化处理，先在100～120℃保持2～4小时，再在120～140℃保持10～15小时，随炉温冷却至室温即可。
所述步骤（3）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95～110份、酸酐类固化剂75～95份、活性硅微粉260～320份。
所述的压力凝胶材料还包括以下重量份数的原料：色浆0.8～2.5份。
所述的双酚A型环氧树脂在25℃下的粘度为4000～7000mPas。
所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，在25℃下的粘度为1000～3000mPas。
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，先将活性硅微粉在100～120℃下预热10～24小时，随炉温冷却至30～50℃备用；配料时，取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆，在30～60℃温度下搅拌抽真空至真空度至30Pa以下，即得。由此制备的压力凝胶材料的粘度为3000～9000mPas，温度为50～80℃。
本发明的有益效果：
本发明的多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，在器身准确过程中改进了传统的将多个绕组分别进行屏蔽处理的方法，将多个绕组合包为一体，有效避免多绕组电流传感器在浇注过程中产生排气死角，进而提高产品的质量和合格率。在互感器模具准备过程中，通过对模具不同部位进行温度设置，保证先注入的凝胶材料与后注入材料的固化过程基本保持一致，避免互感器内部因固化收缩率不一致而产生裂缝，其中注料口温度较低是为了避免注料口区域较早固化，造成补料通道堵塞或补料不到位引起缩孔。在压力凝胶成型过程中，由于混合料的粘度较大，气体从产品内部排出需要一定的时间，故采用分阶段注料的方法，在注料一定体积后停止注料5～10min，保证注料过程充分的排气；注满后由于混合料在模具中凝胶固化，产生一定的固化收缩，故仍需在高压下保压，但压力过大容易影响器身中铁芯的磁路，导致铁芯导磁率下降，因此在0.3～0.4MPa压力下保压10～20分钟后再将至0.15～0.25MPa下保压20～30分钟，分阶段保压能有效避免因注料压力过大造成的铁芯导磁率下降，导致误差试验不合格，从而保证产品质量。在互感器后固化过程中，采用二次固化能保证凝胶材料固化完全，随炉温冷却能避免因直接降温造成的互感器内部树脂与金属件界面开裂，有效保证产品质量。
本发明中压力凝胶材料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，保证微粉与树脂体系的结合力。在凝胶材料的制备过程中采用边搅拌边抽真空的方式能保证材料混合均匀，脱气效果良好，避免物料引入气泡，进而提高互感器的电气绝缘强度，且搅拌后物料的温度降低，使浇注料有较长的使用期。
本发明中多绕组电流互感器压力凝胶成型时间仅50～60分钟，生产效率高，按照GB1208-2006的要求对电流互感器进行检测，其产品合格率达90%以上，局放量≤15pC，能最大程度降低工人劳动强度，且产品外观明显由于真空浇注工艺，适用于10kV及以下浇注式电流互感器。
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
本实施例中多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，包括以下步骤：
（1）压力凝胶材料准备：
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100份，25℃下的粘度为4500mPas；酸酐类固化剂甲基四氢苯酐90份，25℃下的粘度为1200mPas；活性硅微粉300份，粒径中位径为4.5微米；色浆2份，颜色为红色；
压力凝胶材料的配料方法为：配料前，先将活性硅微粉在120℃烘箱中预热15小时，随炉温冷却至50℃备用；配料时，取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆，控制混料罐温度为50℃，搅拌抽真空至真空度至30Pa以下，即得粘度为8440mPas，温度为55℃的材料体系；
（2）多绕组电流互感器器身准备：
多绕组电流互感器主要包括一次导电杆和二次线圈，二次线圈由一个测量绕组和两个保护绕组构成，采用聚酯薄膜对漆包铜线进行绝缘处理，采用绝缘皱纹纸分别对二次线圈的3个绕组进行绝缘和缓冲处理，再用半导电皱纹纸将3个绕组合包为一个整体，进行屏蔽处理，再与一次导电杆装配，采用橡胶带和半导电皱纹纸对一次导电杆进行缓冲和屏蔽处理；
采用吊装架将经上述处理的器身固定在模具中框的定位处，调整一次主绝缘与二次主绝缘的距离，置于烘箱中130℃预烘15小时；
（3）压力凝胶电流互感器模具准备：
压力凝胶电流互感器模具由两个半模及中框（固定器身）组成，注料前对模具进行预加热，通过自动压力凝胶成型机加热板不同分区的温度设置，控制模具上部温度为132℃，模具中部温度为128℃，模具下部温度为125℃，注料口温度为123℃，预加热时间为8小时；
（4）压力凝胶成型过程：
将步骤（2）预热的器身和中框装入模具中，为保证充分排气，对设备进行调斜，将模具排气槽位置抬高5°，取步骤（1）的压力凝胶材料进行分阶段注料，开始控制注料速度为1.5kg/min，注至4/5型腔体积时，停止注料5分钟，再控制注料速度为1.0kg/min至注满，采用分阶段保压，先在0.4MPa压力下保压15分钟，再降压至0.18MPa保压25分钟，开模取出电流互感器；
（5）后固化过程：
将电流互感器置于烘箱中进行后固化处理，先在120℃保持3小时，再在130℃保持15小时，随炉温冷却至室温即可。
按照GB1208-2006的要求对上述制备的电流互感器进行检测，其合格率达到90%以上，局放量为10pC。
实施例2
本实施例中多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，包括以下步骤：
（1）压力凝胶材料准备：
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份，25℃下的粘度为5500mPas；酸酐类固化剂甲基四氢苯酐75份，25℃下的粘度为2000mPas；活性硅微粉260份，粒径中位径为2.5微米；色浆0.8份，颜色为棕红色；
压力凝胶材料的配料方法为：配料前，先将活性硅微粉在100℃烘箱中预热24小时，随炉温冷却至40℃备用；配料时，取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆，控制混料罐温度为50℃，搅拌抽真空至真空度至30Pa以下，即得粘度为7570mPas，温度为55℃的材料体系；
（2）多绕组电流互感器器身准备：
多绕组电流互感器主要包括一次导电杆和二次线圈，二次线圈由一个测量绕组和两个保护绕组构成，采用聚酯薄膜对漆包铜线进行绝缘处理，采用绝缘皱纹纸分别对二次线圈的3个绕组进行绝缘和缓冲处理，再用半导电皱纹纸将3个绕组合包为一个整体，进行屏蔽处理，再与一次导电杆装配，采用橡胶带和半导电皱纹纸对一次导电杆进行缓冲和屏蔽处理；
采用吊装架将经上述处理的器身固定在模具中框的定位处，调整一次主绝缘与二次主绝缘的距离，置于烘箱中110℃预烘24小时；
（3）压力凝胶电流互感器模具准备：
压力凝胶电流互感器模具由两个半模及中框（固定器身）组成，注料前对模具进行预加热，通过自动压力凝胶成型机加热板不同分区的温度设置，控制模具上部温度为140℃，模具中部温度为135℃，模具下部温度为130℃，注料口温度为125℃，预加热时间为6小时；
（4）压力凝胶成型过程：
将步骤（2）预热的器身和中框装入模具中，为保证充分排气，对设备进行调斜，将模具排气槽位置抬高5°，取步骤（1）的压力凝胶材料进行分阶段注料，开始控制注料速度为1.0kg/min，注至3/4型腔体积时，停止注料8分钟，再控制注料速度为0.8kg/min至注满，采用分阶段保压，先在0.3MPa压力下保压20分钟，再降压至0.25MPa保压20分钟，开模取出电流互感器；
（5）后固化过程：
将电流互感器置于烘箱中进行后固化处理，先在100℃保持4小时，再在120℃保持13小时，随炉温冷却至室温即可。
按照GB1208-2006的要求对上述制备的电流互感器进行检测，其合格率达到90%以上，局放量为15pC以下。
实施例3
本实施例中多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，包括以下步骤：
（1）压力凝胶材料准备：
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110份，25℃下的粘度为7000mPas；酸酐类固化剂甲基四氢苯酐85份，25℃下的粘度为3000mPas；活性硅微粉320份，粒径中位径为9微米；色浆2.5份，颜色为红色；
压力凝胶材料的配料方法为：配料前，先将活性硅微粉在110℃烘箱中预热10小时，随炉温冷却至30℃备用；配料时，取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆，控制混料罐温度为50℃，搅拌抽真空至真空度至30Pa以下，即得粘度为9760mPas，温度为55℃的材料体系；
（2）多绕组电流互感器器身准备：
多绕组电流互感器主要包括一次导电杆和二次线圈，二次线圈由一个测量绕组和两个保护绕组构成，采用聚酯薄膜对漆包铜线进行绝缘处理，采用绝缘皱纹纸分别对二次线圈的3个绕组进行绝缘和缓冲处理，再用半导电皱纹纸将3个绕组合包为一个整体，进行屏蔽处理，再与一次导电杆装配，采用橡胶带和半导电皱纹纸对一次导电杆进行缓冲和屏蔽处理；
采用吊装架将经上述处理的器身固定在模具中框的定位处，调整一次主绝缘与二次主绝缘的距离，置于烘箱中140℃预烘10小时；
（3）压力凝胶电流互感器模具准备：
压力凝胶电流互感器模具由两个半模及中框（固定器身）组成，注料前对模具进行预加热，通过自动压力凝胶成型机加热板不同分区的温度设置，控制模具上部温度为130℃，模具中部温度为125℃，模具下部温度为120℃，注料口温度为120℃，预加热时间为5小时；
（4）压力凝胶成型过程：
将步骤（2）预热的器身和中框装入模具中，为保证充分排气，对设备进行调斜，将模具排气槽位置抬高3°，取步骤（1）的压力凝胶材料进行分阶段注料，开始控制注料速度为2.0kg/min，注至3/4型腔体积时，停止注料10分钟，再控制注料速度为1.5kg/min至注满，采用分阶段保压，先在0.4MPa压力下保压10分钟，再降压至0.15MPa保压30分钟，开模取出电流互感器；
（5）后固化过程：
将电流互感器置于烘箱中进行后固化处理，先在110℃保持4小时，再在140℃保持10小时，随炉温冷却至室温即可。
按照GB1208-2006的要求对上述制备的电流互感器进行检测，其合格率达到90%以上，局放量为12pC以下。
Claims (7)
1.一种多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）多绕组电流互感器器身准备：
采用聚酯薄膜对漆包铜线进行绝缘处理，采用绝缘皱纹纸分别对二次线圈的多个绕组进行绝缘和缓冲处理，再用半导电皱纹纸将经上述处理的绕组合包为一个整体，进行屏蔽处理，再与一次导电杆装配，对一次导电杆进行缓冲和屏蔽处理；
将经上述处理的器身固定在模具中，在110～140℃预烘10～24小时；
（2）压力凝胶电流互感器模具准备：
对压力凝胶电流互感器模具进行预加热，控制模具上部温度为130～140℃，模具中部温度为125～135℃，模具下部温度为120～130℃，注料口温度为120～125℃，预加热时间为5～8小时；
（3）压力凝胶成型过程：
将模具排气槽调高3～5°，取压力凝胶材料进行分阶段注料，开始控制注料速度为0.8～2.0kg/min，注至3/4～4/5型腔体积时，停止注料5～10分钟，再控制注料速度为0.8～1.5kg/min至注满，采用分阶段保压，先在0.3～0.4MPa压力下保压10～20分钟，再降压至0.15～0.25MPa保压20～30分钟，开模取出电流互感器；
（4）后固化过程：
将电流互感器进行后固化处理，先在100～120℃保持2～4小时，再在120～140℃保持10～15小时，随炉温冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的多绕组电流互感器压力凝胶成型方法，其特征在于：所述步骤（3）的压力凝胶材料包括以下重量份数的原料：双酚A型环氧树脂95～110份、酸酐类固化剂75～95份、活性硅微粉260～320份。
3.根据权利要求2所述的多绕组电流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还包括以下重量份数的原料：色浆0.8～2.5份。
4.根据权利要求2或3所述的多绕组电流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4000～7000mPas。
5.根据权利要求2或3所述的多绕组电流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1000～3000mPas。
6.根据权利要求2或3所述的多绕组电流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中位粒径D50为2.5～9微米。
7.根据权利要求3所述的多绕组电流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，先将活性硅微粉在100～120℃下预热10～24小时，随炉温冷却至30～50℃备用；配料时，取双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂、活性硅微粉和色浆，在30～60℃温度下搅拌抽真空至真空度至30Pa以下，即得。
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