高压断路器用灭弧喷口的近净成形优化工艺研究

为了解决异形喷口压制过程中毛坯开裂的问题,本研究自主设计了一种近净成形异形喷口压制模具,并对模具的结构进行了逐步的优化,同时基于已有的压制工艺对压制压力、压制速度、保压时间等工艺参数进行了优化。结果表明:通过对异形压制模具结构的逐步优化,喷口圆弧过渡区域和V型垫块底部的开裂问题得到解决。通过对压制工艺的优化,喷口毛坯各位置密度一致性得到了提升,圆弧过渡区域的力学性能、电气性能与两端基本无差别,且采用本工艺压制的喷口原材料损耗降低了约30%。

基于BN填料的高压开关用灭弧喷口材料性能研究

选用BN作为无机填料对喷口材料进行填充改性,对比分析氮化硼和氧化铝两种填料的改性效果,研究不同填料添加量对喷口材料性能的影响。结果表明:与氧化铝喷口材料相比,氮化硼(BN)喷口材料具有更高的电气强度、热导率及耐电弧烧蚀能力。

混料方式对聚四氟乙烯灭弧喷口性能的影响研究

高压断路器用灭弧喷口材料由聚四氟乙烯和无机填料组成,混料工艺是喷口成型技术中比较关键的一步。选用传统V型混料和三维混料两种方式进行混料和成型试验,研究混料方式对聚四氟乙烯灭弧喷口性能的影响。结果表明:三维混料提高了物料的混合频率,改善了混合均匀度,提升了喷口材料的综合性能。

成型工艺对高压开关灭弧喷口的性能影响研究

选用冷等静压法和模压法对喷口毛坯进行压制成型,测试并对比两种试样的电气强度、拉伸强度、密度、微观形貌以及耐烧蚀性能。结果表明:与模压法相比,冷等静压法制备的喷口材料中部的密度、电气强度、拉伸强度分别提高了4.3%、4.9%、14.3%,且耐烧蚀性能也有所提升。

内孔形式对聚四氟乙烯灭弧喷口烧结过程的影响

为了研究高压开关设备用聚四氟乙烯(PTFE)灭弧喷口结构形式对成型质量的影响,采用有限元法对不同内孔形式灭弧喷口制品的烧结过程瞬态热交换进行仿真分析,研究烧结温度场均匀性对熔融和重结晶过程的影响,并对烧结后的制品进行X射线检测分析。结果表明:相对于竖直结构的灭弧喷口,V型内孔结构的灭弧喷口内部温度场分布更加均匀,不易引起热量积聚。V型内孔结构对于减少灭弧喷口内孔膨胀及裂纹问题具有实际意义。

高压开关断路器用灭弧喷口材料电气强度测试条件研究

为了明确灭弧喷口材料电气强度的测试条件,本研究利用COMSOL有限元分析软件,建立了喷口材料电气强度测试模型,仿真计算了不同电极形状、环境介质、试样厚度下测试模型的静电场分布。结果表明:球形电极、等径电极优于非等径电极,环境介质采用变压器油最优,试样厚度采用1 mm较优。对比采用球形电极、等径电极在变压器油中对1 mm厚的喷口材料试样电气强度测试结果,采用球形电极时测得试样的电气强度较高且分散性更小,标准差仅为1.172 kV/mm。研究结果为喷口材料电气强度测试条件的选择提供了理论依据。

基于AlN填料的SF6断路器用耐烧蚀灭弧喷口材料性能研究

选用新型的氮化铝(AlN)无机填料进行灭弧喷口材料的基础配方试验和耐电弧烧蚀试验,研究AlN填料对聚四氟乙烯灭弧喷口材料性能的影响。结果表明:AlN填料的加入使灭弧喷口材料的热导率提高了18%,耐烧蚀性提高了15%,灭弧喷口材料的综合性能得到提升,具有良好的推广应用前景。

高压开关用灭弧喷口材料改进及制造工艺研究

灭弧喷口作为高压开关设备灭弧装置中控制电弧、创造高速气吹条件的核心绝缘部件,在开断过程中起着极为重要的作用。随着高压开关开断电弧能量的增大,灭弧喷口电气、机械等的性能要求越来越高。本文从灭弧喷口材料机理入手,研究了关键制造环节的工艺参数,以期形成完整的制造工艺,促进灭弧喷口实现批量化产业应用。

灭弧喷口材料低温性能

通过高速机械共混、冷压成型和高温烧结工艺,制备了不同质量分数的六方氮化硼/聚四氟乙烯灭弧喷口材料。采用万能拉伸试验机和邵氏硬度计测试了不同温度下喷口材料的力学性能,采用DSC-Ⅲ型高压试验操作台对喷口材料进行击穿强度测试。结果表明:在25℃环境下,喷口材料的拉伸强度、断裂伸长率随氮化硼含量增大而降低,击穿强度和硬度随氮化硼含量增大而增大。对于氮化硼质量分数为3%和9%的喷口材料,随着温度的降低,喷口材料的拉伸强度先升高后降低,断裂伸长率大幅度降低,硬度逐渐变大。

采用等静压压缩法成型的灭弧喷口

对LW31-252及LW17-126 SF_6断路器用灭弧喷口进行材料配方研制,性能试验,采用了等静压压缩法压制喷口坯料,提高了产品质量,降低了生产成本。

灭弧喷口裂纹缺陷超声检测技术研究

针对高压开关核心零部件灭弧喷口射线检测中对于裂纹类缺陷检测灵敏度偏低的问题,采用超声波检测技术,对厚度为10mm的灭弧喷口试样下底面宽度为0.1mm^0.5mm、深度为1mm^2mm的裂纹状缺陷进行了检测。提取功率谱峰值作为裂纹识别参数,成功检测出宽度0.3mm、深度1mm和宽度0.1mm、深度2mm的裂纹缺陷。研究结果对于提高灭弧喷口质量控制水平具有指导意义。

微纳米氮化硼改性聚四氟乙烯喷口材料耐烧蚀性能试验研究

为了获得耐烧蚀性能优异且综合性能较好的喷口材料配方,以微、纳米氮化硼为无机填料对聚四氟乙烯喷口材料进行填充改性,并对其关键性能进行测试分析。结果表明:当填料填充量低于5%时,纳米氮化硼填充喷口材料的力学性能远高于微米氮化硼填充喷口材料,其耐烧蚀性能和电气强度提升更为显著。

烧结工艺对聚四氟乙烯喷口制品性能的影响

为了研究烧结工艺对聚四氟乙烯喷口制品性能的影响,采用有限元法对370～335℃不同烧结时间下的烧结瞬态热交换进行仿真分析,分析不同烧结时间下制品温度均匀性的变化规律,并对制品端部及中间区域的密度、拉伸性能、压缩强度及电气强度等性能进行对比。结果表明:随着烧结时间的增加,温度分布曲线上高温平台与两端位置的温度差逐渐变小;整体而言,喷口材料的各项性能先快速增加而后降低,各点分散性则先减小后增加。适当的烧结时间有利于喷口制品重结晶,提升喷口制品性能。

外形结构对聚四氟乙烯喷口表面应力及性能的影响

为了研究不同外形结构对聚四氟乙烯喷口制品表面应力及性能的影响,采用有限元法对其重结晶区域的烧结瞬态热交换进行仿真分析,获得不同外形结构制品的温度分布及表面应力分布变化规律,对制品端部及中间区域的密度、拉伸性能进行对比试验,并对制品进行X光探伤检测。结果表明:柱形结构喷口内部存在较大面积的高温和大应力分布;锥形结构喷口各部分温度分布均匀且过渡平缓,大应力区域小,且密度及拉伸强度分布均匀,强度较高;而肩形结构喷口则在肩部区域存在温度骤降,并伴随表面应力集中现象,且在该区域的密度及拉伸性能也迅速降低,X光探伤发现该区域存在裂纹。因此,聚四氟乙烯喷口制品外形的均匀过渡,对于提升其整体性能,避免质量分布不均及烧结应力集中具有重要意义。

BN/PTFE喷口复合材料力学性能及失效机理研究

系统研究了不同含量氮化硼(BN)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的拉伸强度及断面微观形貌,分析了冷压–烧结工艺成型过程中BN/PTFE复合材料各组分的变化规律,提出了该类材料断裂失效机理,指出添加BN会使PTFE材料出现结合不良的微观界面,破坏PTFE材料结构完整性,影响应力在复合材料内的有效传导,从而导致力学性能下降,且随BN含量的增加,BN对基体结构完整性的破坏程度会愈发明显。

成型工艺对高压断路器用喷口性能的影响研究

为了提高高压断路器用灭弧喷口性能,试验对喷口模压成型工艺进行了研究。研究结果表明,随着压力的增大,喷口材料综合性能先上升后下降;在相同压力下,随着保压时间的延长,喷口材料性能先上升后趋于不变;喷口材料微观结构分析为其性能变化提供了合理的解释。