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有机复合绝缘子芯棒透光性的研究
发布时间:2001-08-12 | 浏览:3387次关闭此页
电瓷 避 雷 器 杂 志
有机复合绝缘子芯棒
透光性的研究
陈 平1,吴亚民2
(1.大连理工大学,辽宁 大连 116023; 2.渭南方正电力器材制造有限公司,陕西 渭南 714000)
摘 要:对有机复合绝缘子用芯棒的组成及结构特性进行了论述。对芯棒的灯光透视试验及芯棒透光性问题进行了探讨,认为灯光透视检验不能作为复合绝缘子芯棒性能优劣的判断标准。
关键词:复合绝缘子芯棒;有机复合绝缘子;透光性;灯光透视检验
中图分类号:TM216 文献标识码:B
1 引言
复合绝缘子芯棒是有机复合绝缘子最重要的结构部件。它不仅起到电气内绝缘的作用,同时还起到承担外界机械荷载的作用。有机复合绝缘子的发展史表明,高性能的有机复合绝缘子必须有一个与之配套的高性能复合绝缘子芯棒[1]
随着世界电力工业的不断发展,有机复合绝缘子以其重量轻、抗污闪、抗湿闪电压高等一系列优异的性能,正逐步取代传统的瓷绝缘子和玻璃绝缘子。统计资料表明[2],有机复合绝缘子已经在世界上27个国家和地区使用。在国外,美国和加拿大等国是复合绝缘子的主要使用国家。我国的复合绝缘子发展迅速,目前使用量位居世界第二位。有机复合绝缘子在我国从20世纪80年代初开始,经历了小批量挂网运行、工业性试运行及大规模产业化三个阶段。现在我国的有机复合绝缘子生产厂有三十多家。能生产出35kV~500kV的有机复合绝缘子悬式交直流系列产品。在我国,复合绝缘子的使用量大约每年以8%的速度递增,目前已经超过了100万支。与之相配套的复合绝缘子棒也先后经历了普通复合绝缘子棒、耐高温复合绝缘子棒和耐高温耐脆断复合绝缘子棒。对复合绝缘子芯棒性能的测试手段与方法也在逐步完善。有关部门在制定行业标准中已经将芯棒的透光性列入了标准。在这里我们仅对复合绝缘子芯棒的灯光透视检验方法的局限性和相关问题进行讨论分析。
2 复合绝缘子芯棒的组成与结果特性
复合绝缘子芯棒[3~4]是由纤维和树脂基体构成的。它是由树脂浸渍的玻璃纤维经过加热的金属模具通过纤维的复合绝缘子固化工艺成型的。这种成型工艺的特点是可以制造任何尺寸与任何固定截面的芯棒。其生产效率高。但是由于复合绝缘子成型工艺的特点要求芯棒在模具中停留的时间短,因此要求基体树脂对纤维应有良好的浸渍性能。它主要取决于以下两个方面:一方面要求树脂基体的粘度低,有较好的贮存使用期和快速固化特性,也就是我们通常所说的具有潜伏性固化反映特性[5];另一方面要求纤维表面经过偶联剂等[6~7]处理剂预处理,这样不仅可以增加树脂的浸润性能,同时可以增加界面粘接性能,提高界面的介电性能和力学性能。
玻璃纤维是复合绝缘子芯棒的主体材料,约占整个芯棒体积比的70%以上。在芯棒中起到骨架的支撑作用,因此通常采用碱土金属元素含量在1%以下的无碱玻璃纤维,又称E-玻璃纤维。
芯棒中的基本材料是树脂。主要将分散的玻璃纤维束纱粘接在一起形成整体芯棒。它一方面起到保护纤维免其裸露在外,同时又起到应力传递的作用。树脂基体材料一般是由环氧树脂、固化剂、偶连剂、稀释剂和内脱模剂等成分按照一定的比例及混料顺序混合均匀而成。树脂基体材料中的环氧树脂一般采用低粘度的双酚A型环氧树脂。它两端含有环氧基作为反应集团,使树脂固化。环氧树脂中间有苯撑骨架可以提供良好的耐热性能和机械强度,它还含有醚键,可以提供耐化学药品性和韧性(可以内旋转),此外环氧树脂侧链上还含有羟基,可以提供反应性和粘接性能,因此有万能胶之称。环氧树脂固化产物具有三维交联的网络结构,提供良好的机械、电气和耐化学介质腐蚀能力[8]。从树脂基体的粘度及固化物机电热性能考虑,固化剂一般采用低粘度的酸酐固化。酸酐固化剂可以在体系中羟基的作用下打开酸酐环,形成单酯,靠单酯中的羧基与环氧基进行开环固化反应。为了缩短固化反应时间,提高生产效率,因此通常使用促进剂。选择促进剂的原则是除了使固化物具有优异的机电热性能以外,还应该尽量使基体在室温下具有潜伏性,在高温下具有快速促进固化的反应特性。以便不影响树脂的贮存使用期。内脱模剂又称润滑剂,它主要作用是在固化反应成型过程中,使芯棒顺利地与成型用的金属模具迅速脱开[9]。在固化反应过程中,要求内脱模剂不参加树脂基体的固化反应,同时又要求它与金属模具表面具有良好的润滑性能。一般的选择原则为在常温下与树脂基体具有良好的相容性,当达到一定的固化温度时,随着树脂基体固化反应的进行,在凝胶点以前能够顺利地从树脂基体中迁移到芯棒的表面。内脱模剂是影响芯棒透明性的主要因素之一。
3 复合绝缘子芯棒透明性的分析讨论
3.1 灯光透视检验
把芯棒置于具有凹槽的桌面上,桌面下安装照明日光灯,光线应照在芯棒上。若芯棒内部有杂质、气泡、接头断面和裂纹,则应剔除。
3.2 复合绝缘子芯棒透明性能
按照光学原理[10],当一束光线进入一个复合介质中,看复合介质是否透明,透明度主要取决于组成该介质的各种介质折光指数(折射率)是否相同。对于复合绝缘子芯棒而言,它是否透明,那么就取决于组成该芯棒的玻璃纤维与树脂基体的折射率是否相同。一般而言,玻璃纤维与树脂的折射率是不同的。所以一般情况下,复合绝缘子芯棒是不透明的,但是当采用适当的树脂基体时,也就是恰好该树脂基体的固化物与玻璃纤维的折射率相同或相近时,该复合绝缘子芯棒就可以是透明的,为了提高复合绝缘子芯棒的透明性能,可以采用以下措施:一方面选取树脂基体固化物与玻璃纤维具有相同或相近的折射率,另一方面可以通过延长复合绝缘子芯棒在模具的成型时间。这样不仅可以增加树脂基体玻璃纤维的浸润时间,而且可以降低树脂基体的折射率,从而使复合绝缘子芯棒透明性增加。但是这样也会带来两个不利因素:一方面在模具中延长了时间降低了生产率,另一方面由于在模具中固化时间过长容易出现粘膜、堵膜具现象,特别是高分子基体材料过固化后易出现结果松散,从而影响复合材料的整体性能。从这种角度来讲,对于芯棒而言,偏面追求任何一项性能指标都是以牺牲其它性能指标为代价,所以复合绝缘子芯棒并不是越透明越好,透明度不能作为评判芯棒优劣的标准,进行灯光透视检查不是必须的。另外复合绝缘子芯棒从出厂到制造成有机复合绝缘子还要经过严格的机、电、热等性能的一系列检验。其中芯棒中若含有杂质、气泡、裂纹等,那么它对介电性能是极其敏感的。
编 号
外 观
吸红试管
水扩散试验
泄露电流(μA)
拉伸强度
(常温下,kN)
弯曲强度
(166℃下,MPa)
工频耐压
(绝缘长度550mm)
1#
透 明
15min后未渗透
20
180.2,芯棒断
255
两端施加电压170kV,持续15min后芯棒未发热
2#
透 明
15min后未渗透
17
189.8,芯棒断
252
两端施加电压170kV,持续15min后芯棒未发热
3#
非透明
15min后未渗透
18
179.7,芯棒断
258
两端施加电压170kV,持续15min后芯棒未发热
4#
非透明
15min后未渗透
20
181.8,芯棒断
256
两端施加电压170kV,持续15min后芯棒未发热
3.3 透光性试验的局限性
表1列出了透明芯棒与非透明芯棒常规性能指标对比。表1#芯棒选用的玻纤为重庆国产,树脂为岳化,固化剂为日本MNA,脱膜剂为美国1846N;2#芯棒选用的玻纤为PPG公司,树脂为无锡,固化剂为日本MNA,脱膜剂为美国1846N;3#芯棒选用的玻纤为重庆国产,树脂为岳化,固化剂为国产906,脱膜剂为荷半152B;4#芯棒选用的玻纤为日本东纺,树脂为无锡,固化剂为日本MNA,脱膜剂为1890M。
实际生产过程和一些性能测试结果表明,芯棒的透明性与芯棒的机、电、热等性能指标不存在必然的联系,因此芯棒的透视检查不是必须的,当然也不是说灯光透视检查毫无用途。以其实验的操作可行性而言,它是一种芯棒外观的快速检验方法。所以,芯棒只要通过其机、电、热性能测试,就应该视为合格,这也与JB5892及IEC1109中有关芯棒部分相一致。而不应将芯棒本身是否有透明作为芯棒质量好坏和优劣的评价标准。
4 结论
(1)复合绝缘子芯棒是由浸渍树脂的玻璃纤维经过加热的金属模具通过复合绝缘子成型工艺制成的。
(2)复合绝缘子芯棒的性能不仅取决于玻璃纤维种类,还取决于树脂基体的固化剂、促进剂等。
(3)复合绝缘子芯棒的透光性能受到纤维、树脂基体的种类及其成型工艺等多方面的影响。
(4)灯光透视检查是一种方便快捷的外观检验方法。
(5)灯光透视检查对于非透光性复合绝缘子芯棒无效,且与芯棒性能无必然联系,因此不能作为芯棒好坏的评判标准。
参考文献:
[1]陈平,刘丽丽.有机复合绝缘子用耐酸性玻璃钢引拨芯棒研究进展[J].纤维复合材料,2001,18(2):39~42.
[2]王 ,梁曦东,周远翔,等.提高绝缘子可靠性及其降低成本的技术进展[J].绝缘材料通讯,2002,(4):26~29.
[3]刘丽丽,陈平.耐酸性玻璃钢复合绝缘子芯棒的研制[J].纤维复合材料,2002,19(1):30~32.
[4]陈平,韩冰,程子霞.玻璃纤维增强耐酸高浸改性环氧基复合绝缘子芯棒的研究[J].复合材料学报,2002,17(2);12~15.
[5]陈平.酸酐/环氧树脂潜伏性快速固化体系的研究[J].中国胶粘剂,1994,3(2):7~11.
[6]陈平,刘旺年.环氧树脂[M].北京:化学工业出版社,1999.
[7]陈平,陈辉.偶联剂对玻璃纤维/环氧基复合材料性能的影响[J].复合材料学报,1993,10(4):65~69.
[8]陈平,陈辉.偶联剂对玻璃纤维/环氧基复合材料介面介电性能的影响[J].复合材料学报,1996,13(3):1~4.
[9]陈平,路明坤.纤维/树脂基复合材料用内脱模剂效果的理论评价方法[J].纤维复合材料,1996,13(2):8~11.
[10]陈季丹,刘子玉.电介质物理[M].北京:机械工业出版社,1984.
 
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