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复合绝缘子的力学性能研究

复合绝缘子的力学性能研究


?  复合绝缘子重量轻、防污性能好、防人为破坏性能强等优点,日益得到用户的欢迎,在城农网改造工程中成为绝缘子行业的主力军。作为绝缘子主要应具备两项根本的要求,即外绝缘性能和稳定的力学性能,二者同样重要,缺一不可,因而研究复合绝缘子的力学性能是我们进一步拓展复合绝缘子市场的重要一环。复合绝缘子的外绝缘由硅橡胶来提供,其机械负荷主要由内部的玻璃纤维引拔棒提供,同时涉及到金具与玻璃纤维引拔棒的连接。因此对复合绝缘子力学性能的研究分析,是安全运行的关键。

  1 端部金具连接结构与芯棒利用率

  2 复合绝缘子的机械强度与蠕变特性

  瓷绝缘子的机械强度用机械破坏负荷一个参数就可以了,而复合绝缘子仅用额定机械负荷一个参数却不够,还需要加上机械强度的蠕变斜率来共同评价。

  3 不同连接形式对复合绝缘子机械负荷的影响

  从目前的研究分析可以发现,复合绝缘子机械负荷的控制关键,是金属附件与芯棒的连接区的控制,我们前面已经分析过存在的连接形式。外楔式连接形式与压接式采用的原理相同,都是给芯棒一个预应力,从而在二者之间产生静摩擦力实现机械负荷的传递。但外楔式的楔片在巨大的压力作用下与金具的内腔产生了较强的分子运动,由于是同一种材料,随着时间的延续,二者就成为了一个整体。又由于芯棒和金具有着不同的膨胀系数,在膨胀系数不一致的情况下,就发生了芯棒与金具的滑移。一旦出现滑移,其机械负荷就会进一步的降低,同时引起端部封口区的护套断裂,密封损坏又引起进水,给芯棒的水解创造了条件,导致芯棒进一步破坏,后导致绝缘子在连接区的断裂。

  4 复合绝缘子的芯棒脆断

  玻璃属于典型的脆性材料,因而玻璃纤维引拔棒在受拉力断裂时与受力方向垂直且光滑平整的断口形态,被描述为脆性断裂或脆性破坏。玻璃纤维引拔棒这种纤维增强类复合材料的正常断裂形态,通常是增强玻璃纤维在芯棒中不同位置的断裂,并同时伴有大量的纤维与基体树脂的分离分层现象,断口粗糙,就好象折断的竹竿或甘蔗那样,被称为分层破坏。但是玻璃纤维引拔棒或复合绝缘子在一定条件下却可发生脆性断裂,断口平整而光滑,就好象没有任何纤维,断面垂直于芯棒轴向的受力方向。复合绝缘子的这种脆性断裂之所以格外受到关注,并不是一种独特的断裂形式,而主要是在完全意外的的情况下发生的。所谓意料之外,一方面是指脆性断裂的负荷远低于正常断裂负荷,比如在正常破坏负荷的30%以下就可能发生脆性断裂;从另一方面说,脆性断裂的时间有不可预见性。根据运行经验,脆性断裂的时间无规律可寻,长的可以运行数年,短的也就是几个月就断裂了。

  基于以上两点,对复合绝缘子的脆性断裂,从生产研究人员到广大的电力用户都很重视脆性断裂问题。根据多年的研究发现,基本认定是应力腐蚀造成的,在酸性溶液与机械负荷的共同作用下,酸性溶液腐蚀耐酸性能并不好的玻璃纤维,使纤维产生微小的裂纹。假若纤维已经存在微小的裂纹可以促使微小裂纹进一步加大,在并不高的外在平均机械应力作用下,纤维微小裂纹尖端的机械应力却可以大大增加,使纤维开始断裂,造成纤维裂纹的不断扩展,裂纹前端的应力腐蚀进一步加剧,从而使芯棒在很低的负荷下就发生了断裂。至于酸性溶液普遍认为是由于复合绝缘子的护套或端部密封失效,导致外界水分进入,水分在强电场作用下,或者在局部发生微弱的放电而产生的。

  从以上的分析可以看出,提高复合绝缘子的耐应力腐蚀性能的途径有两种。其一是提高复合绝缘子的护套性能和端部密封水平,彻底防止水分的侵入;另一途径是提高复合绝缘子用玻璃纤维引拔棒的耐应力腐蚀性能,好使用耐酸芯棒。

  绝缘子的断裂会造成导线落地,脆性断裂的严重性不言而喻。但脆性断裂的发生概率极低,在国内运行的上百万只复合绝缘子中仅有几只断裂,因而复合绝缘子是可以值得信赖的产品,特别是目前生产厂家在芯棒的采用、护套的生产和端部的密封上都有了大幅度的提高,只要生产和使用部门协作一致,一定会对脆性断裂事故得到控制。

  从以上分析可以得出采用先进的有运行经验的连接方式,严格的生产工艺管理,做好对芯棒的保护,采用耐酸性芯棒,复合绝缘子就会有可靠的机械性能。

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