CN106057280B - 无机复合材料整体浇注自散热型17.5kv以下中压母线 - Google Patents

无机复合材料整体浇注自散热型17.5kv以下中压母线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其包括导体以及包覆于所述导体外的绝缘体，绝缘体包括体积份数如下的物质：非金属矿物质颗粒：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 65% ‑ 80%；矿石原料阻燃剂：Al（OH）3 8%～12%；玻璃微珠：50%的二异氰酸的玻璃微珠1.0%～2.0%；自熄型树脂8%～12%；硬化剂3%～6%；将合成材料在50℃左右均匀搅拌合成，导体在模具中放置整体固定后在干燥室30℃环境下进行预热2小时以上合成浇注料进行浇注作业。本发明生产工艺简洁，高绝缘性、高防护等级并且节能。

Description

无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线
技术领域
本发明涉及电力应用技术领域，尤其涉及一种无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线。
背景技术
目前国内生产的中压主干线封闭型母线，绝缘浇注材料多为树脂为主的合成材料，只能满足IP54(屋内使用)和IP66(屋外使用)的低防护等级要求，IP54/IP66其代表的意义即对外来环境的防护不足，长期运行下累积的绝缘材料退化，将逐步降低其绝缘能力，从新品的20MΩ逐步降低至5MΩ甚至降至1MΩ或接近零，因而在无法在恶劣工况条件下使用(如高温高湿、户外暴雨、多灰尘环境、含腐蚀性气体环境、多盐分环境等)，极易发生短路过载等事故，投资百十亿以上的电厂很容易因此故障停机，不但增加了电力生产企业和电力用户的维修、运行支出，也使得安全事故时有发生，给国民经济造成巨大损失。
国内也有厂家给树脂封闭母线加装金属防护外壳和缠绕石棉等绝缘材料，但这种方式不但增加了母线的制造成本，也大大增加了母线的重量和安装空间，使得用户在设计、使用上都困难重重，因此多不采用；同时这些外加的防护措施也不能提高母线本体的防护等级，事倍而无功。
火山灰等无机矿物质材料浇注封闭母线，近几年来在国内也有制造与销售，但所有浇注原材料全部都从欧洲进口，不但价格昂贵而且供货时间无法保证，无法及时满足用户需求。此外，这种母线的设计完全照搬国外模式，母线散热孔为正方形，密度非常大，由于国内输配电设施规模普遍比国外都大很多，在长距离干线使用时，这种母线的强度等指标会出现问题，会产生振动发热和表面带电现象，增加了安全生产隐患，短路事故时有发生。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种高绝缘性、高防护等级及节能的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其包括导体以及包覆于所述导体外的绝缘体，所述绝缘体包括体积份数如下的物质：
非金属矿物质颗粒：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 65％-80％；
矿石原料阻燃剂：Al(OH)3 8％～12％；
玻璃微珠：50％的二异氰酸的玻璃微珠1.0％～2.0％；
自熄型树脂8％～12％；
硬化剂3％～6％；
将上述合成材料在50℃左右均匀搅拌合成，导体在模具中放置整体固定后在干燥室30℃环境下进行预热2小时以上合成浇注料进行浇注作业，绝缘体对每根裸母线导体完全包裹和覆盖，各母线之间被合成浇注料相见隔开，浇注完成处理成型后得到封闭母线成品。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述自熄型树脂为双酚A环氧树脂和1,6-己二醇二缩水甘油醚的混合物。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述硬化剂为二亚乙基三胺、双酚A和三亚乙基四胺的混合物，或者为三甲基六亚甲基二胺和对甲基苯磺酸的混合物。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线相邻两导体柱间配置封闭式长方形的散热孔，其长宽比为1:0.6～1:0.7，这样的比例既能保障母线的最佳强度，又使得母线的表面温升等电性能优越。由于母线在传输电力中存在损耗，国标规定母线的表面温升为70℃，电网使用时一般不超过60℃。本发明的中压母线相邻两导体柱间的封闭式长方形散热孔的长宽比为1:0.6～1:0.7，经测试可得母线的表面温升在50℃以下。如果散热孔的长宽比大于1:0.6或者小于1:0.7，则母线的表面温升会超过60℃，无法达到电网的使用要求。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线两端导体间配置开放式长方形的散热孔。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线的两端导体外露，外露导体预设两个衔接槽用于母线原件之间的联接。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线两端外露的导体的顶端和侧边边缘均采用圆弧形设计。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，浇注作业前，将导体和散热孔模板在台架底膜上配置完整后，固定侧模和顶膜，之后进行绝缘体浇注完全包裹导体，使中压母线原件形成条形巢状柱状体。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线单体之间的联接采用衔接导板贴附于导体两侧，再用螺丝、螺母销紧固定，之后进行浇注作业。
作为对本发明所述技术方案的一种改进，中压母线中的导体采用铜或铝。
本发明提供的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，生产工艺简洁，表面温升等电性能优越，高绝缘性、高防护等级并且节能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的立体结构示意图；
图2是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线垂直于其延伸方向的剖面图；
图3是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的俯视图；
图4是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的两端外露的导体局部放大示意图；
图5是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间联接前的示意图；
图6是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间采用衔接导板联接结构示意图；
图7是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间采用衔接导板联接后并完成浇注后的结构示意图；
图8是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的采用置放式安装固定的结构示意图；
图9是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的采用吊装式安装固定的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其包括导体以及包覆于所述导体外的绝缘体，绝缘体包括体积份数如下的物质：
非金属矿物质颗粒：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 65％-80％；
矿石原料阻燃剂：Al(OH)3 8％～12％；
玻璃微珠：50％的二异氰酸的玻璃微珠1.0％～2.0％；
自熄型树脂8％～12％；
硬化剂3％～6％；
将上述合成材料在50℃左右均匀搅拌合成，导体在模具中放置整体固定后在干燥室30℃环境下进行预热2小时以上合成浇注料进行浇注作业，绝缘体对每根裸母线导体完全包裹和覆盖，各母线之间被合成浇注料相见隔开，浇注完成处理成型后得到封闭母线成品。
本发明具体实施例中，自熄型树脂为双酚A环氧树脂和1,6-己二醇二缩水甘油醚的混合物。硬化剂为二亚乙基三胺、双酚A和三亚乙基四胺的混合物，或者为三甲基六亚甲基二胺和对甲基苯磺酸的混合物。中压母线相邻两导体柱间配置封闭式长方形的散热孔，其长宽比为1:0.6～1:0.7。中压母线两端导体间配置开放式长方形的散热孔。中压母线的两端导体外露，外露导体预设两个衔接槽用于母线原件之间的联接。中压母线两端外露的导体的顶端和侧边边缘均采用圆弧形设计。浇注作业前，将导体和散热孔模板在台架底膜上配置完整后，固定侧模和顶膜，之后进行绝缘体浇注完全包裹导体，使中压母线原件形成条形巢状柱状体。中压母线单体之间的联接采用衔接导板贴附于导体两侧，再用螺丝、螺母销紧固定，之后进行浇注作业。本发明具体实施例中，中压母线中的导体采用铜或铝。
图1是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的立体结构示意图，图2是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线垂直于其延伸方向的剖面图，图3是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的俯视图，结合图1至图3，本发明具体是实施例中，产品规格为17.5kV以下中压系列产品，其可分为3-6kV/10-17.5kV两个产品系列，对于3-6kV产品系列，其额定电压:3.-7.2KV；额定电流容量:In＝800A/1000A/1250A/1600A/2000A/2500A/3200A/4000A。对于10-17.5kV产品系列，其额定电压:10-17.5KV，额定电流容量:In＝800A/1000A/1250A/1600A/2000A/2500A/3200A/4000A/5000A。
如图2所示，本发明具体实施例中，母线元件整体外形为柱状，截面为三个方形。内部配置铜或铝导体，导体以一定相间距离L间隔，每一导体以一定厚度的绝缘材料i浇注全包裹，导体末端除外，从而形成相间绝缘。相邻两导体柱间配置封闭式长方形(长宽比为1:0.6～1:0.7)散热孔d，并以一定距离间隔排列，从而形成相间散热孔单排排列。
图4是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的两端外露的导体局部放大示意图；图5是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间联接前的示意图；图6是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间采用衔接导板联接结构示意图；图7是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的母线单体之间采用衔接导板联接后并完成浇注后的结构示意图；图8是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的采用置放式安装固定的结构示意图；图9是本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线的采用吊装式安装固定的结构示意图。
导体采用圆弧形设计如图3和图4所示，从而避免在中压系统中使用时产生电气缺失即局部放电现象。按照电力系统的铺设要求，母线原件以不同形式预先浇注完成，再于现场完成安装衔接工作，因此两端外露导体预设两个衔接槽(如图4所示中所示g)，用于母线原件之间的联接。
长宽比为1:0.6～1:0.7的长方形封闭式散热孔(如图3中所示d)，与其它形式的散热孔相比，具有最大的散热面积、周长和最大的机械强度，并且母线表面温升等电性能优越，散热孔间隔距离与单柱厚度一致(i＝h)，这样的设计使得导体的散热效果最好，导体的电流性能最佳，从而达到节能的目的。散热孔间距的最小距离可确保和强化母线在电流中的耐热稳定性(Icc短路电流强度)、动稳定性(Ipk短路电流峰值)的强度。长宽比为1:0.6～1:0.7的长方形散热孔的形状和排列间隔均与本发明所使用的特殊材料的优良性能有关。本实施例中，分别对长方形散热孔的长宽比为1:0.5、1:0.6、1:0.65、1:0.7和1:0.8进行母线表面温升测试，每个比例取10组测试后取平均值，测试结果如下表所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值
1:0.5 63℃ 59℃ 58℃ 63℃ 60℃ 59℃ 62℃ 63℃ 59℃ 64℃ 61℃
1:0.6 48℃ 51℃ 52℃ 49℃ 47℃ 46℃ 47℃ 53℃ 54℃ 53℃ 50℃
1:0.65 40℃ 42℃ 43℃ 42℃ 44℃ 44℃ 43℃ 40℃ 41℃ 41℃ 42℃
1:0.7 50℃ 49℃ 53℃ 47℃ 53℃ 54℃ 49℃ 53℃ 54℃ 48℃ 51℃
1:0.8 71℃ 63℃ 70℃ 65℃ 64℃ 66℃ 68℃ 66℃ 68℃ 69℃ 67℃
由上表可知，长方形封闭式散热孔的长宽比为1:0.6～1:0.7时既能保障母线的最佳强度，又使得母线的表面温升等电性能优越。并且长方形封闭式散热孔的长宽比为1:0.65时母线的表面温升等电性能最佳。当散热孔的长宽比大于1:0.6或者小于1:0.7，则母线的表面温升会超过60℃，无法达到电网的使用要求。
母线两端导体间的长方形开放式散热孔(如图3中e所示)，增加了导体间的爬电距离，达到足够消弧的功能，从而确保导体间的绝缘性。
导体和散热孔模板在台架底膜上配置完整后，固定侧模和顶膜，然后进行绝缘体(如图1中所示i)浇注完全包裹导体，使母线原件形成条形巢状柱状体(如图3所示)。绝缘体主要由不同粒径的二氧化硅等矿石原料和少量耐温树脂等化学原料在一定条件下复合组成。浇注完成后的母线整体在控温控湿的条件下释放应力、紧密结合渐进成型(一般3小时/35℃)，成型后的母线整体脱模修边，使得原件表面光滑平整无毛刺等异物，按上述工艺制作的母线成品具备耐高温/化学腐蚀/盐侵/、防水、高绝缘性、高散热性性、高机械强度、绝缘性能优良等特性。
母线单体之间的联接形式如图7中u所示。原件定位好后，相邻的导体端面保留一定的距离(如图5中j所示)，这个导体间距用来消化线路的误差和带电运行过程中由于导体热胀冷缩而产生的纵向变形量(即平行于导体的热变形量)；衔接导板(如图6中k所示)贴附于导体两侧，再用螺丝、螺母销紧固定，锁固后需经相关检查确认，然后进行浇注作业，可加卤素灯照射加快干燥时间，待干燥成型后，即完成了母线单体之间双重锁固的联接作业，使母线全段都达到相同的防护等级等性能指标。
母线元件在安装上可根据现场的环境条件，选择置放式或吊装式进行安装固定。
置放式:母线元件置放在金属固定架上(如图8所示)，需保持一定的安全距离，并且必须置放在与母线浇注料同质的绝缘体底座(如图8所示w)上，以免产生电气缺失的现象。
吊裝式:母线元件两侧增加四处梯形的吊装点(如图9所示m1)，与吊装固定用的金属附件锚栓结合，用以固定在吊装架上(如图9所示n1)。
本发明采用全新材料、全新工艺，生产新形式的中压母线系列规格产品，应用于正常和各种苛刻的工作环境，经久耐用，故障率极低。本发明具体实施例的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其产品的电气特性、机械特性及防护等级完全符合中国国家标准及欧洲国际标准(IEC 61694 IEC 60529)之规范标准，各项性能指标如下：
本发明提供的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，生产工艺简洁，母线表面温升等电性能优越，高绝缘性、高防护等级并且节能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，其包括导体以及包覆于所述导体外的绝缘体，所述绝缘体包括体积份数如下的物质：
非金属矿物质颗粒：SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 65％-80％；
矿石原料阻燃剂：Al(OH)3 8％～12％；
玻璃微珠：50％的二异氰酸的玻璃微珠1.0％～2.0％；
自熄型树脂8％～12％；
硬化剂3％～6％；
将上述合成材料在50℃左右均匀搅拌合成，导体在模具中放置，整体固定后在干燥室30℃环境下进行预热2小时以上，合成浇注料进行浇注作业，绝缘体对每根裸母线导体完全包裹和覆盖，各母线之间被合成浇注料相间，浇注完成处理成型后得到封闭母线成品；
其中，中压母线相邻两导体柱间配置封闭式长方形的散热孔，其长宽比为1:0.6～1:0.7；
浇注作业前，将导体和散热孔模板在台架底膜上配置完整后，固定侧模和顶膜，之后进行绝缘体浇注完全包裹导体，使中压母线原件形成条形巢状柱状体；
中压母线单体之间的联接采用衔接导板贴附于导体两侧，再用螺丝、螺母销紧固定，之后进行浇注作业；中压母线单体定位好后，相邻的导体端面保留一定的距离。
2.根据权利要求1所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，所述自熄型树脂为双酚A环氧树脂和1,6-己二醇二缩水甘油醚的混合物。
3.根据权利要求1所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，所述硬化剂为二亚乙基三胺、双酚A和三亚乙基四胺的混合物，或者为三甲基六亚甲基二胺和对甲基苯磺酸的混合物。
4.根据权利要求1所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，中压母线两端导体间配置开放式长方形的散热孔。
5.根据权利要求1所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，中压母线的两端导体外露，外露导体预设两个衔接槽用于母线原件之间的联接。
6.根据权利要求5所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，中压母线两端外露的导体的顶端和侧边边缘均采用圆弧形设计。
7.根据权利要求1所述的无机复合材料整体浇注自散热型17.5KV以下中压母线，其特征在于，中压母线中的导体采用铜或铝。
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