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技术答疑

复合绝缘子比陶瓷绝缘子好吗?复合绝缘子需要注意什么?

合成绝缘子也有人称为有机复合绝缘子、橡胶绝缘子或非瓷绝缘子,它是由两种以上的有机合成材料组成的复合结构绝缘子,现在以线路棒形悬式合成绝缘子为例进行讨论。
合成绝缘子的基本结构包括芯棒、伞裙护套、粘接层和金具。

芯棒是复合绝缘子机械负荷的承载部件,同时又是内绝缘的主要部分,要求它有很高的机械强度、绝缘性能和长期稳定性,现在芯棒材料采用树脂增强的单向玻璃纤维引拔棒。

伞裙护套是复合绝缘子的外绝缘部分,其作用是使高压绝缘子具有足够高的防湿闪和污闪的外绝缘性能,以及保护芯棒免遭外部大气的侵袭。伞裙护套长年暴露在户外大气中,经受日晒、雨淋、酷暑、严寒等各种恶劣气候条件,承受自然(飞尘、盐碱及海污)和工业污染,它在脏污潮湿条件下可能遭受火花放电或局部电弧的烧蚀。通常要求伞裙护套材料必须具有优良的耐污闪性、耐漏电起痕性和耐电蚀损性,以及耐臭氧耐高低温等大气老化作用。复合绝缘子的优异耐污闪能力主要是由伞裙护套材料决定的。它也直接关系到长期运行下的老化问题,伞裙护套是合成绝缘的重要外绝缘部件。

粘接层是芯棒和护套间的界面,它贯通于两端金具之问,是复合绝缘子内绝缘的另一个主要部分,如界面粘接不好就成为内绝缘的弱点。

金具是复合绝缘子的机械负荷的传递部件,它与芯棒组装在一起构成复合绝缘子的连接件,通过此连接件与杆塔和导线连接,并传递机械负荷。金具结构的好坏直接影响芯棒强度的发挥及绝缘子的机械性能。
从四部分的作用可以看出,复合绝缘子的复合绝缘结构的主要特点是充分发挥了芯棒材料机械强度高和伞裙护套材料耐大气老化性能好的优点,因而绝缘的结构是很合理的。
 
复合绝缘子从结构到材料都完全不同于传统的瓷或玻璃绝缘子,性能上也具有不同于瓷或玻璃绝缘子的显著特点,概括起来有以下几点:
  • (1)复合绝缘子所用的玻璃钢芯棒的轴向抗拉强度很高,一般在600MPa以上,是瓷的5~10倍,与优质炭素钢的强度相当。另外,芯棒材料的比重仅为2.0,比钢轻得多;伞裙材料的比重也小于2.0,因而复合绝缘子能比较容易地制造出规定机械负荷数百千牛的强度等级,质量仅有盘形悬式绝缘子的10%~15%。超高压线路在山区施工及事故抢修中,合成绝缘予具有质量轻,不怕摔损,深受运行和施工人员的欢迎。
  • (2)复合绝缘子属于棒形绝缘子结构,其内、外极间距离几乎相等,一般不发生内部绝缘击穿,也不需要检测零值的维护工作。
  • (3)复合绝缘子的伞裙护套材料都是有机高分子材料,表面能低,呈现很强的憎水性。落在裙表面的水分都凝成许多彼此分离的细小水珠,而不形成连续的水膜导电层,因而泄漏电流小,难以形成局部电弧,不容易发生沿面污秽闪络。另外由于芯棒强度高,悬式绝缘子的杆径和伞径都比瓷绝缘子串小得多,形状系数大,在表面同样脏污和表面电导率相同的条件下,它的表面电阻比形状系数小的瓷绝缘子串高。绝缘子污闪电压和表面电阻有直接关系,表面电阻大,泄漏电流小,相应的污闪电压也就高。试验室试验结果和运行经验都证实复合绝缘子的污闪性能高,很少发生污闪事故。
  • (4)运行维护简便。污闪性能高,不必进行污秽清扫,又不要检测零值,目前国内各种电压等级下的复合绝缘子都没有进行传统的、繁重的清扫和检零维护工作,使维护工作量大大减少。
另外,复合绝缘子的制造工艺流程简单,建厂投资低。复合绝缘子的加工成形温度都低于200℃,比电瓷烧成温度1270℃低得多,能耗显著降低,是一种节能产品。与瓷绝缘子比较,复合绝缘子的售价逐年降低,随着电压等级的升高,要求绝缘子的机械强度也相应提高,但瓷绝缘子制造上的难度也会增大,成本相应提高。目前国内500kV、220kV和1l0kV复合绝缘子的售价已低于相同电压等级的瓷质绝缘子,基本相同。如再考虑到复合绝缘子的安装运输费用低和运行维护简便,可以节省施工和维护费用,以及再计及减少大面积污闪事故的损失,复合绝缘子的综合经济效益和社会效益是无法估量的。

复合绝缘子注意事项
 
  • 复合绝缘子的金属附件金属附件是构成复合绝缘子的一种器件,它与支持结构物、导线、设备的部分或另一只绝缘子相连接。
  • 连接区 :芯棒和金属附件之间传递负荷的区段。
  • 联接 :联接是金属附件一部分,通过这个部分可以将负荷由外部附件传递到高压绝缘子上。
  • 起痕:起痕是由于在绝缘材料的表面上形成通道并且发展而形成的一种不可逆的劣化现象,这种通道甚至在干燥的条件下也是导电的。起痕可以产生在与空气相接触的表面上,也可产生在不同绝缘材料之间的界面上。
  • 树枝状通道:树枝状通道是由材料内部形成的微细通道,是一种不可逆的劣化现象,这种通道可能导电也可能不导电,这些微通道能够在整个材料上逐渐延伸直至产生电气破坏。
  • 蚀损:蚀损是在复合绝缘子表面上出现了材料的损失,是一种不可逆的和不导电的劣化现象。这种蚀损可能是均匀的、局部的或者是树枝状的。
  • 注 :复合绝缘子如同瓷绝缘子一样在局部闪络后通常会出现“树枝状的很浅的表面痕迹。这种痕迹只要是不导电就无妨碍 ,当它是导电时就应属于起痕。
  • 粉化 ( 灰 化):粉化是伞套材料填充物的某些颗粒形成粗糙或粉状表面的现象。
  • 裂纹:裂纹是指深约0.0 1m m-0.1 m m的表面微小裂缝。
  • 开裂:深度超过1m m的任何表面裂缝。
  • 水解现象:由液态或气态形式的水渗透而产生的水解现象,它可能在悬式绝缘子材料内部发生,可导致电气上和(或)机械上的劣化。

复合绝缘子的芯棒与伞套
复合绝缘子(或合成绝缘子) compositein sulator
复合绝缘子至少由两种绝缘件:即芯棒和伞套所构成,并带有金属附件例如复合绝缘子可由各单个伞裙安装在芯棒上构成,此时中间伞套可有也可没有;或者,可将伞套整件或分成数件,直接模压或浇注在芯棒上。
 
复合绝缘子的芯棒:芯棒是复合绝缘子的内绝缘件,是设计用来保证其机械特性的,芯棒通常由玻璃纤维浸渍于树脂制成,以达到*大拉伸强度
芯棒直径:对圆形高压绝缘子截面芯棒是其几何直径;
对非圆形横截面芯棒是2甲 A /a,A为横截面面积。
复合绝缘子伞套和伞裙(合称伞套):伞套是高压绝缘子的外部绝缘件,用来提供必要的爬电距离和保护芯棒不受气候影响。由绝缘材料制成的中间伞套是伞套的一部分。
复合绝缘子的界面:界面是复合绝缘子不同材料或不同部件之间的表面。在大多数的复合绝缘子中存在有许多界面,如:
  • — 玻璃纤维和浸渍树脂之间的界面;
  • — 填充料粒与聚合物之间的界面;
  • --芯棒与伞套之间的界面;
  • --伞套的各个部分之间;伞裙之间,或伞套与伞裙之间界面;
  • 一 伞套、芯棒与金属附件之间的界面。
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硅橡胶复合绝缘子的特征
硅氧烷健的化学特征:
化学性能稳定的化学键,硅橡胶的主链是由硅氧烷(Si-O)链构成的。由于这种键上的Si、O的负电性分别为1.8与3.5,差异很大,它具有离子键性质。这样,Si-O的键能比C-C键能高(见表1)。另外,①由于主链离子键的性质,而使侧链甲基C-H的离子性质减弱,不容易受其它分子攻击,所以其化学稳定性好;②由于Si不会形成双键和三键,所以难以形成主链分解的起点(由于这一原因致使Si-C键相当稳定),进而导致硅橡胶的主链更加稳定

高柔软性聚合物:硅氧烷的键角(Si-O-Si)大(130°-160°),其自由度比有机聚合物(C-C,C:110°)的高。而Si-O键距离(1.64A)也比C-C的(1.5A)大。也就是说,聚合物分子整体运动容易(容易变形)。
由于聚硅氧烷呈螺旋结构,主链上的硅氧烷键因离子键引力向内,外侧是侧链相互作用弱的甲基,所以聚硅氧烷分子间引力变小。

硅橡胶复合绝缘子的特性
硅橡胶有如下特征,它可用于高压电绝缘场合。
 
  • 耐热和耐寒性:由于硅橡胶的键能高、化学稳定性好,所以其耐热性比有机聚合物的好。再者,由于分子间相互作用力弱,所以玻璃化温度低,耐寒性也好。因此,在地球上的任何地区使用,其特性都不会变化。
  • 复合绝缘忆防水性:由于聚硅氧烷的表面为甲基基团,所以它具有疏水性,因而可用于防水。
  • 电性能:硅橡胶分子中的碳原子数比有机聚合物的少,所以其抗电弧性、耐漏电性非常好。加之,即便燃烧也会形成绝缘的硅,所以其电绝缘性优异,复合绝缘子型号很多,在选型时也应参照多种因素。
  • 复合绝缘子耐天候性:由于硅氧烷键能比紫外线能大,所以不容易产生因紫外线导致的老化。在耐臭氧性加速老化试验中,有机聚合物在数秒至数小时时间内就会因老化而产生龟裂,而硅橡胶即使老化4周后只是强度稍有下降,并没有产生龟裂,即它的耐臭氧性好。酸雨是PH值约5.6的离子混合液,在人工酸雨试验(500倍)中采用了表3中的溶液。硅橡胶具有表4所示的优良的抗化学药品性,虽然将硅橡胶放在酸雨之类的混合液中也可能有不同的变化,但恐怕影响不大。

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