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复合绝缘子发展与应用 

发布时间:2018/02/27

  为了提高绝缘子的机械强度、绝缘强度和耐污闪性能,提高生产效率和降低成本,克服电瓷和玻璃绝缘子固有的缺点,适应电力系统的发展,世界各国均着手研制以高分子有机材料基材料的复合绝缘子,用来代替传统的电瓷和玻璃绝缘子。自19世纪末出现高压输电线路以来,瓷绝缘子用于高压外绝缘领域已有100多年历史,随着电压等级的提高,绝缘子所受的机点负荷的加重,以及大气污染的加剧,瓷绝缘子在使用中暴露出性能上的缺陷。复合绝缘子的使用弥补了瓷绝缘子的缺陷与弱点。
  早在20世纪40年代中期,双酚环氧树脂绝缘子就开始用于户内绝缘。这种绝缘子重量轻,耐冲击能力强,易于加工成复合的绝缘结构。但由于其耐老化性能、耐漏电起迹及耐点蚀性能差,不能用于户外。20世纪50年代出现了性能更好的脂环族树脂绝缘子,60年代初,已有少量此类绝缘子运行于400kV输电线路以及500kV电站。60年代末70年代初,欧洲及美国开始制造用于输电线路的聚合物绝缘子。早众多的聚合物中,高温硫化硅橡胶在耐老化、耐恶劣环境方面优于乙丙橡胶等其他材料,得到了更为广泛的应用。
  随着时代的发展,复合绝缘子不断获得改进和改善。针对早期复合绝缘子在运行中所暴露的问题,除改善了伞裙的配方外,还增加了芯棒的机械强度和耐水解的性能,改进了粘接剂的材质和复合绝缘子两端的金具的密封结构和金具卡装结构,从而使复合绝缘子的整体性能得到了改善。
  我国电力部门及生产厂家在多年的悬挂式复合绝缘子应用与制造的经验中,也逐渐体会到复合绝缘子除耐污性能优异外的其他诸多优点,如重量轻、体积小、不易破碎、运输安装方便、生产工艺简单、废品率低、生产耗能低、生产过程对环境污染小等。在野外施工及运行维护时,电力部门对复合绝缘子的优点则有更深刻的认识,从而不断扩大了硅橡胶绝缘子的应用范围,在不少轻污秽区或清洁公司也开始推广使用复合绝缘子。
  复合绝缘子(compositeinsulator)又称合成绝缘子、非瓷制绝缘子、聚合物绝缘子、橡胶绝缘子等,其主要结构一般由伞裙护套(hosingandshed)、玻璃钢芯棒(FRPcore)和端部金具(end-fitting)三部分组成。其中伞裙护套一般由有机合成材料制成、如乙丙橡胶、高温硫化硅橡胶等;FRP芯棒一般是玻璃纤维做作增强材料、还氧树脂做基体的玻璃符合材料;端部金具一般是外表镀有热锌铝的碳素钢或者碳素结构钢。
  早期的复合绝缘子芯棒与伞裙的连接方法是利用伞裙套内径与芯棒外径的负公差,夸张套筒,将单个伞裙逐个挤套在芯棒上,芯棒与散套界面用介电类粘接剂密封粘接,由此形成早期的复合绝缘子生产工艺,第二带复合绝缘子为了保护芯棒免受外界潮湿大气的侵蚀,开始先在芯棒上包一层弹性材料护套,再用介电类粘接剂将伞裙护套、粘接在护套上,第三带工艺生产的复合绝缘子也有不少采用护套保护芯棒的方法,但是护套是由挤包机直接挤出包裹在芯棒上的。
  芯棒受力的合理与否,对绝缘子的机械寿命影响甚大,因此端部结构的合理设计与安装是关系复合绝缘子机械性能的关键。复合绝缘子的端部连接部分为内楔式、外楔式、机械挤压、胶装四种。经过多年的发展,国外已逐渐放弃了早期的内、外锲式的传统连接工艺,代之以机械挤压极粘接剂连接,而国内目前情况是以上四种工艺并存。
  复合绝缘子根据使用特点不同,其端部金具的结构也不同,国内用于输电线路的合成绝缘子大都采用“球头-碗头”的结构型式。金属端头的设计除了满足抗张强度、满足要求、与芯棒可靠连接以外,还需要满足在高电压下应用的特殊要求。复合绝缘子一般都制成棒形,自身电容小。因此绝缘子表面的电压分布很不均匀。这样,在正常工作时,产生的电晕将带来危害,因此需要采用均压措施,此外,合成绝缘材料不能耐受几十千安电流的电弧,在短路故障时会使靠近导线和杆塔处的伞盘烧毁,因此需要采用引弧措施,国内外普遍采用加装均压环的方法来均匀端部电场,减弱电晕,引开故障电弧。
  复合绝缘子的均压环是复合绝缘子的一个组成部分,其作用是:控制绝缘子内部电场强度,避免内部局部放电,减小外部、特别是金属连接部件表面的局部电场强度,减小无线电干扰,引开工频电弧,避免烧损绝缘子表面,以及尽量减小靠近端部表面的局部电场强度,提高其抗污闪性能。为了完成不同的作用,均压环的设计可以是不同的,目前还没有统一的标准。
  复合绝缘子是需要长期运行的外绝缘器件,设计要求其使用寿命一般至少为30~50年。在长期运行中,复合绝缘子承受的载荷形式是变化的但主要的基础负荷是拉伸载荷,因此,对长期机械性能的研究主要是拉伸性能的研究。复合绝缘子长期拉伸性能的一个最大特点是当载荷超过强度极限时,强度随时间推移而下降,即具有强度蠕变的特性。为了保证绝缘子在长期运行后的强度仍能满足运行线路的负荷要求,必须对绝缘子强度蠕变特性进行充分的研究,以保证绝缘子的长期安全运行。