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专题讨论硅橡胶复合绝缘子的书

February 25, 2016 • Columns, Transient Thoughts, 最近文章汇总

本书重点集中在 复合长棒绝缘子、支柱 绝缘子以及支撑型支柱 绝缘子设计很强的 机械性能,并且使我们 想起了当今越来越多地 采用有限元建模(FEM) 解析方程的价值。
我最近偶然读到一本关于复合绝缘子的新书,书名为硅橡胶复合绝缘子,由Pfisterer公 司的前任CEO Konstantin Papiliou和INMR专栏作家Frank Schumck合著,后者是该 公司的研发部主管。该书由Springer出版,约500页的篇幅涵盖了现代硅橡胶复合绝缘 子的材料、设计以及许多引人关注的应用。 书的前几章重点集中在复合长棒绝缘子、支柱绝缘子以及支撑型支柱绝缘子(绝缘横担) 设计的机械性能。这些设计提供了一个很好的平衡,使我们想起了随着越来越多地采用有 限元建模(FEM),当今解析方程的价值。使我印象特别深刻的一个例子是,解析模型有能 力预测长棒形复合绝缘子在弯曲以及承受最大拉力负荷时,其外部纤维所承受的应力。 怀着特殊的兴趣,我仔细研读了关于绝缘横担的一章,它由一个起拉撑作用的支柱绝缘 子构成,沿水平方向或者沿略微上仰的角度方向安装在耐张支撑架上。这种安装方式是 从IEEE关于支撑型支柱绝缘子导则中的一个例子拓展而来,该导则是以Tony Baker为 主席的工作小组的成果。我从中受到了两点启发:首先是意识到,刚性绝缘横担的负载 曲线对于任何张力的不平衡都非常敏感。举例来说,小到400牛顿(0.4kN)的不平衡 将使此类结构在零水平负载下,如低风速条件下,其垂直负载能力从70kN降至40kN。 在悬式绝缘子被固定在杆塔上的传统线路中,悬垂段的热-机特性允许绝缘子在更长的 档距中沿线摆动。优点是减少这些档距中的导线下垂,但代价是增加所有其他档距中导 线的下垂。用基于真实绝缘子串长度的代表档距模型来预测导线下垂的减少程度,实际 效果只有预测的一半,这就是为什么不应该用这种方法进行这样的计算。以我最近研究 的一条线路的多档距精确计算为例,在导线温度为100°C时,附着点两侧的平均张力差 值为220N,最大值为950N。这950N的不平衡会导致刚性设计的垂直额定负载等级降 低到不可接受的水平。书中举的例子解释了为什么这对刚性负载设计来说是个问题,以 及为何通常采用旋转的绝缘横担来代替悬式绝缘子。 另一个有用的启发源于该书中关于90年代在瑞士建造的一条400kV线路的内容。为了满 足在已有线路走廊上重建新线路所受到的约束条件,计划采用安装支撑型支柱绝缘子的 400kV紧凑型线路,来代替现有的120kV线路。吸引我注意的是在400kV线路上方的双极 66kV交流(两相平衡)线路,向瑞士联邦铁路供电。通常来说,较低压线路位于下方, 事实上在诸如美国的地区,电气规范中强制要求最高电压等级的线路安装在杆塔的最高 位置。遗憾的是,这些规范忽略了一个事实,即最高电压线路上方的防雷用架空地线的 电位是零。在诸如这基很高的杆塔上,较低电压线路的防雷性能通常也很差。然而,牺 牲低压线路(即在甚至适中的雷电流侵袭下,所有的相导线均发生闪络)能为高压线路 提供卓越的保护。从这一点来说,低压线路的功能十分类似于下行的接地线,它将提高 邻近相线的耦合电压从而降低相对杆塔的电位差。 如果今天建设一条类似的线路,很可能有强烈的动力取消杆塔顶部的一对架空地线。取 消之后的机械负载曲线表明,这么做将减轻2576kg的垂直负载和1708kg的倾覆力矩, 后者位于线路的最高点,即高出地面36m。你也许反对上述做法,因为铁路系统会因为 其轻轨线路的可靠性较差而遭到惩罚。然而在66kV等级,使用横截面足够和能够屏蔽顶 部相导线额定电荷的线路避雷器则非常实用。这样做能够有效地将顶部的±66kV线路转 变为架空地线,与此同时提高铁路的可靠性。
本书重点集中在 复合长棒绝缘子、支柱 绝缘子以及支撑型支柱 绝缘子设计很强的 机械性能,并且使我们 想起了当今越来越多地 采用有限元建模(FEM) 解析方程的价值。
在该书的后续部分,有一个章节关于工频电弧的影响,这一精心撰写的章节解释了电荷 在损伤陶瓷绝缘子的釉面(200库伦)和降低其强度(1000库伦)中起着重要的作用。 书中还提供了电弧运动的清晰图像,展示了开口均压环,而不是闭合均压环,在引导电 弧离开绝缘子表面向预期的稳定方向发展时所起的作用。我目前正在研究非常洁净的 FRP棒 - 带电作业工具 - 在低温条件下电场应力低于1kV/cm的闪络问题,并从该书关 于水滴变形和电晕的描述中得到了启发。基于作者在测试方面的丰富经验,书中也有一 些关于145kV避雷器外套实用挠度试验的细节。这使我更好地理解了避雷器在设计上的 进步,采用由两部分组成的组件,绝缘聚合物支柱绝缘子和避雷器串联,形成外部有间 隙的设计,满足了电气和机械性能的双重要求。
Dr. William A. Chisholm W.A.Chisholm@ieee.org 硅橡胶复合绝缘子,硅橡胶,复合绝缘子,绝缘子 硅橡胶复合绝缘子 专题讨论硅橡胶复合绝缘子的书 silicon

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