1、收稿日期：2022-09-21作者简介：李忱（1988-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，硕士。全绝缘高压隔离开关的结构李忱a，王赫妍b，赵磊洋c，郭思勉a，李昊a（国网辽宁省电力有限公司营销服务中心 a.现场检验部；b.检定配送部；c.量传质检部，辽宁 沈阳 110168）摘要：为延长隔离开关使用寿命，保证供电可靠性并且提高线路健康水平，设计了一种新型全绝缘隔离开关，由绝缘子、刀板、静触头、接线端子、绝缘护套和绝缘罩组成。新型全绝缘隔离开关在原有隔离开关的基础上加装绝缘护套和绝缘罩，使隔离开关导电部分不外露，达到全绝缘效果，提高了安全性。为了使全绝缘隔离开关紧密贴合，现场实际采用玻璃纤维增强环
2、氧树脂作为高分子绝缘材料。整体采用V形绝缘子设计，并加装U形凹槽设计绝缘罩，采用独特的接线方式。通过对现有配件和设备的改造，全绝缘隔离开关具有了体积小、重量轻、不易破损、安装方便、使用寿命长、供电可靠性高等特点，在高压供电领域具有广泛的应用前景。关键词：高分子绝缘材料；V形绝缘子；绝缘罩；隔离开关中图分类号：TM564文献标识码：A文章编号：1673-1603（2023）01-0091-06DOI：10.13888/ki.jsie（ns）.2023.01.014第 19 卷第 1 期2 0 2 3 年 1 月Vol.19 No.1Jan.2023沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal o
3、f Shenyang Institute of Engineering（Natural Science）近年来，配电网架空线路逐步实现绝缘化，提高了线路可靠性和安全性。但随着多年的运行，线路设备逐步暴露出一些问题，有些问题甚至严重影响线路安全运行。在通常情况下，隔离开关采用分开双立柱绝缘子设计，其原因主要有两个：一是用户在安装时用力不当或长期在户外使用造成安装板变形，以及线路电缆横向拉力导致的触头接触不良而烧坏触头；二是隔离开关接线端子及刀板完全暴露于空气中，而暴露于空气中的电气接点是不符合安全规定的，掉落的杂物或树枝搭接在裸露导电部分容易引起短路问题，各种外来异物引起停电事故频发，影响了人们
4、的生产生活。针对传统隔离开关1的静触头、接线端子及刀板完全暴露于空气中等缺点，造成产品安全性低、容易引发电力事故等不足的现状，本文设计了一种体积小、重量轻、不易破损、安装方便、使用寿命长的全绝缘隔离开关，可以避免出现上述安全隐患，保证供电的可靠性。全绝缘隔离开关采用V型整体绝缘子设计2，不会出现安装板变形、导电板与接线板接触不良的情况；另外，增加了长条状U形凹槽形设计的绝缘罩，构成了容纳刀板、触头部的护体，避免雨雪、冻雨、凝露滴着在触头上；进出线端子用绝缘套罩住，使导电部分不外露，尽可能避免上述安全隐患。目前，国内使用的传统高压隔离开关由于结构原因，安装板容易受力变形，使两个绝缘支撑体产生一定
5、角度，导致刀板与静触头偏离，造成接触不良，易发生电力事故。同时，这种传统的隔离开关在接线时需要安装螺栓、铜铝端子和铜端子，致使导电部分裸露过长且外形不规则，因此其绝缘护套多采用第 19 卷沈阳工程学院学报（自然科学版）开口式设计，体积较大，不防尘，不防雨，安全性低。1整体结构1.1基本设计原理全绝缘隔离开关基本结构如图1所示，包括绝缘子、刀板、静触头、绝缘护套、绝缘罩以及第一和第二接线端子。绝缘护套有两个，分别安装于第一、第二接线端子上。绝缘罩罩在刀板和静触头上，其为两端开口的凹槽形，悬空扣合于刀板上，中部设有伞裙。该产品的绝缘部件采用玻璃纤维增强环氧树脂高分子绝缘材料，与传统陶瓷材料的绝缘子
6、相比，具有重量轻、耐电能力强、抗老化、防异物短路故障等特点；采用V型整体绝缘子设计，用V形绝缘子结构替代立柱绝缘子结构；在刀板和触头上方加装长条状U形凹槽形设计的具有侧翼伞裙的绝缘罩，使露水、雨雪无法滴落在触头上，达到了全绝缘的效果，确保了隔离开关无论在怎样的恶劣环境下都有良好的电气开关性能和可靠的机械操纵性能，并具有较高的污染等级。该隔离开关采用独特的接线方式，开关接线简单，只需用电工刀或剥线钳将电缆绝缘外皮割去所需要的长度（较短），将绝缘护套套在电缆上，并将其插入接线端子，用扳手将锁紧螺母锁紧，套上绝缘护套。相比常规产品的接线方式，该隔离开关省去了安装螺栓、铜铝端子或铜端子，不需要专用的压
7、模钳压器，既减少了成本，又节约了施工时间，绝缘护套也更美观，防尘防雨，绝缘效果更好。8676-绝缘护套；7-绝缘罩；8-伞裙图1隔离开关基本结构1.2具体结构及使用方法图2和图3为全绝缘隔离开关合闸、分闸状态结构。绝缘子为倒置的V形结构，上端通过安装板安装于户外高压配电设备线杆上。第一、第二接线端子分别安装于V形结构的两个分支的底端，刀板的可转动一端安装于第一接线端子上；第二接线端子一侧延伸为静触头，隔离开关在闭合状态时，刀板的另一端夹紧于静触头两侧。3b123a41-安装板；2-绝缘子；3a-第一接线端子；3b-第二接线端子；4-静触头图2全绝缘隔离开关合闸状态结构如图3所示，绝缘罩为两端开
8、口的凹槽形，中部设有伞裙，一端固定于第一接线端子端部，另一端卡置于静触头与绝缘子之间的缝隙中。绝缘罩罩住刀板，且与刀板无接触。绝缘罩和两端绝缘护套共同将第一和第二接线端子、刀板及静触头包围在绝缘材料中，使得隔离开关上电后也处于全绝缘状态，提高了开关的安全性。4554-刀板；5-静触头图3全绝缘隔离开关分闸状态结构绝缘罩中部设有伞裙，用截面为凹槽形的伞裙将绝缘罩中部封装包绕在凹形空腔中，使刀板全部含在绝缘罩中。伞裙具有增加爬电距离的作用。如图4所示，绝缘护套为两端开口的橡胶套，横向套92第 1 期李忱，等：全绝缘高压隔离开关的结构置于第一、第二接线端子，尾端开口用于引线通过。877-绝缘罩；8-
9、伞裙图4绝缘罩及伞裙结构本隔离开关在原有隔离开关的基础上加装绝缘护套和绝缘罩，使隔离开关导电部分不外露，无论合闸还是分闸都与刀板随动，达到全绝缘效果，提高了安全性3。2电气刀闸开关及其绝缘支座构件2.1技术背景及意义输电线路中高低压电气刀闸开关产品主要包括隔离开关、跌落式熔断器4、熔断型隔离开关5等电力电气开关设备。在架空线路中，特别是熔断类开关设备，普遍采用上下垂向带倾角的固定架设，或者是悬式固定安装位，金具构件裸露，遇雨、雪和风冻等恶劣天气时，雨、雪、凝露、冻霜、冰凌等聚集，凝结在触头、刀闸等金具构件上，致使线路重量负载加大，电阻率下降，易引发电力事故，甚至无法实施分断操作而延误供电抢修时
10、间。为解决上述技术问题，采用增加护罩、顶盖以及在绝缘支座内增设加热构件等技术方案，减少恶劣天气对电气开关机械性能及电气性能的影响。但因其结构复杂、构件种类增加等原因，加大了产品的制造、组装操作及工艺要求，提高了成本，增设的构件还会在一定程度上影响产品的电气性能及机械性能，导致使用可靠性不理想。为了在保持原构件设置的基础上避免恶劣天气对开关金具构件的影响，本隔离开关采用带有电气刀闸开关支座绝缘体的电气刀闸开关结构。电气刀闸外观结构如图5所示。该隔离开关有伞裙表面的电气刀闸开关支座绝缘体，其特征在于支座绝缘体不只是作为包括接线部、触头部和闸刀的金具构件的组装支座，还构成了容纳或部分可以容纳上触头部
11、、刀闸、下触头部及其接线部的遮护构件，避免雨雪、冰凌、凝露滴着在金具构件上。以垂向及带倾角的固定架设为例，支座绝缘体的凹槽的两侧翼伞裙坡有导流作用，避免了露水、雨雪滴落在包括下触头部及其接线部在内的金具构件上，确保了电气开关无论在怎样的恶劣环境下都具有良好的电气开关性能和可靠的机械操纵性能，提高了输电线路的工作稳定性。在未增加任何构件的前提下，提高产品在户外环境下的可靠和灵活的开关性能，使其具有构造简单、成本低的技术特点。21311451-电气刀闸开关支座绝缘体；2-伞裙表面；3-上触头部；4-下触头部；5-闸刀总成；11-固定架设支柱图5电气刀闸外观结构2.2刀闸结构该全绝缘隔离开关中采用电
12、气刀闸开关支座绝缘体，以下简称支座绝缘体 1。从性能及经济性角度出发，支座绝缘体由具有优异的力学性能和绝缘性能的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料模制而成。在设计该部件时，为加大两端开关触头间的绝缘爬距，支座绝缘体 1 上模制有伞裙表面。支座绝缘体1的支撑体为凹槽形，其剖视图如图6所示。93第 19 卷沈阳工程学院学报（自然科学版）图6电气刀闸A-A剖视结构如图 7 和图 8 所示，在支座绝缘体与上触头部、下触头部和闸刀总成组装为电气刀闸开关后，最好被容纳于支座绝缘体的凹槽空间中。支座绝缘体凹槽的开口不小于刀闸宽度，因此能够护遮住闸刀总成；采取垂向或垂向带倾角架设固定安装后，护遮住下触头部及其接线部
13、，伞裙表面成为向下、向外的导流坡面，迫使雨雪、冻雨、霜露等向外导流，而不会滴落、结凝在开关金具组件上。图7重向带倾角安装位的总装结构图8倒悬固定位的总装结构如图9和图10所示，在支座支撑体背部中央或两侧制有用于设置固定架设件的架设安装座或固定架设支柱。10A21A1-支座支撑体；2-伞裙；10-安装座图9绝缘罩外观结构102119191-支座支撑体；19-触头设置座端面图10绝缘罩纵向剖图a在支座支撑体的两端中部设有用于埋设接线部基础件的触头设置座，或是封堵凹槽端口作为触头设置座的端面，如图10和图11所示。1021181818-触头设置座图11绝缘罩纵向剖图b为使隔离开关中的支座支撑体1在实
14、际应用中具有所需的机械强度，其轴向延伸的凹槽中脊处应加厚，形成加强中脊6。3绝缘材料及绝缘子3.1玻璃纤维增强环氧树脂绝缘材料环氧树脂是含有2个或2个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚物，其具有优良的化学稳定性、力学性能、耐腐蚀性及电绝缘性能等，是复合材料中最重要的基体材料之一7。玻璃纤维单丝的直径一般为几微米到二十几微米，相当于一根头发丝的1/201/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常作为复合材料中的增强材料。经调配而成94第 1 期李忱，等：全绝缘高压隔离开关的结构的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料具有密度小、比强度和比模量高、疲劳强度高、耐腐
15、蚀、耐热及优异的绝缘性等特点，被用作电工绝缘材料和绝热保温材料等，广泛应用于电力行业等国民经济的各个领域。此全绝缘隔离开关采用一种玻璃纤维增强环氧树脂复合材料作为绝缘材料，相对于传统绝缘材料，该材料加有阻燃剂，阻燃效果更好，可满足某些电气材料的特殊要求。该绝缘材料采用真空压制法合成，清除了材料内部的残存气泡和挥发物质，电气绝缘性能优良，力学性能更加优异，经主管检验部门测试对比，该绝缘材料性能如表1所示。表1绝缘材料性能对比项目垂直层向弯曲强度/MPa冲击强度/（kJ m-1）垂直层向耐电弧强度/（kV m-1）902 变压器轴中min/kV浸水后绝缘电阻/浸水后1 MHz损耗因数浸水后1 MH
16、z相对介电常数吸水性/mg可燃性（FV法）耐电弧性/s合标3403712.537510100.045.510FV1120EPGC13403711.535510100.045.522无无西德样品39437.419.6381.510110.03253.8不阻燃175日本样品41241.913.8432.310120.02242.7FV1135本绝缘材料42682合格合格3.910150.024.84.2FV11253.2V形绝缘子负荷的电源点一般选在距离人口较为密集的城镇或生活区。这样，一方面地方经济发展、工业园区和城乡规划区需要有足够的土地资源，另一方面经济、工业的发展要求电力供应必须安全及可持续，电力建设必须要占用有限的土地资源，致使土地资源不足矛盾日益激化。因此，全绝缘隔离开关采用V形绝缘子设计，与工形绝缘子串比较，V形绝缘子串不仅具有受力科学合理、开角稳定、安装使用方便的特点，而且还具有可以缩小电力走廊、节约土地资源、减少植被砍伐、减少水土流失及减少民房拆迁面积等优点。4结论本全绝缘开关贴合实际应用，从选材和结构设计等角度对现有的配件和设备进行改造。通过采用V形整体绝缘子、长条U形