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复合绝缘子脆断新论
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复合绝缘子脆断新论

January 20, 2016 • Columns, Insulator / 绝缘子, 最近文章汇总

在我的上一个专栏文章中,我评述了最近一篇关于 复合绝缘子疲劳强度的波兰学者的研究成果。 如我当时所说,该研究的芯棒受损类型让我想到了脆 断现象。但是,令人惊奇的是,本例的所有测试都是在 干燥和无污染的环境下进行的。 虽然只是一个罕见的实例(估计几率为万分之一),脆断 问题一直受到绝缘子用户和生产商的高度关注。确实, 因为该问题对架空线的机械性能有潜在灾难性的影 响,很多供电公司在其电力网中广泛使用合成绝缘子方 面仍持保守态度。 多年以来,很多研究者已经尝试寻找脆 断的确切原因,很多研究成果也已发 表。例如,野外的类似故障模式在实验 室条件下被成功复制,主要实现方式 是玻璃纤维棒置于静态拉张应力和酸 性环境下,电场和动态机械负荷也被考 虑到。IEEE和CIGRE还成立了专门的小 组来研究这个问题。在1992年,CIGRE 工作组22.03发表了一篇指导文章叙述 了如何正确识别这种现象。 后来,在2002年,一个特别工作组 在“IEEE输电学报”上发表了一篇类似 的总结性论文。文章对脆断故障进行 了描述并进行了深入地分析。因为,一直以来普遍存在 一种观点,即脆断现象的基本原因是化学变化,因此,在 研究文献中也通常称为应力蚀损开裂。 在IEEE工作组记录的案例中,有一例故障被认为是均压 环的松动所导致的导线震动。同样,此案例中的机械应 力只被视为间接原因。最终的破坏被认为是由化学反应 引起的。 在2000年,已故的ClaudedeTourreil和其同事总结 了此研究课题的现有观点,并列出了与脆断破坏过程相 关的潜在酸性物质源 - 包括内部源和外部源。但是,他 个人认为,芯棒内部产生的酸和在生产玻璃纤维中使用 固化剂产生的酸可能是故障的主要因素。Claude的观 点是基于可信的实地观测,即报道的一些现场脆断故 障中并没有发现明显的伞盘或密封系统的破坏。此外, 有很多受损绝缘子的芯棒完全外露,但是仍旧没有脆 断的倾向出现,因此脆断现象看起来显然是随机的。 随后,在 INMR Vol.10,No.2的专栏文章中,Ravi Gorur 批评了当时的脆断假设,而且,根据他在亚利桑那州立 大学实验室进行研究的结果,他认为其中的一些理论 必须彻底抛弃。他还说明即使是用耐腐蚀玻璃纤维制造 的 芯 棒( 所 谓 的 E C R 芯 棒 ),如 果 不 能 保 护 它 们 不 受 环境的影响,它们也易受到脆断破坏的影响。他还意识 到除了酸性物质之外还可能存在其它的诱因。这包括 水的作用及粘合树脂和玻璃纤维的配方,尤其是后者 中的硼成分。他同时指出电场强度不像是故障过程的 重要因素。
基于以上最新研究成果,有必要将读者的注意力引向 另一篇中国学者发表的论文。它们标题是《复合绝缘子 用环氧玻璃钢芯棒表面微裂纹所致脆断的研究》,它与 波兰学者的文章一起发表在TDEI的同一专刊上。论文主要作者是另一个INMR专栏作者梁 曦东。
很长一段时间以来,中国是全世界最 大的复合绝缘子使用国,截至2008 年运行中的绝缘子保守估计为400到 50 0万支(很可能更多)。仅此事实就 说明该国的复合绝缘子研发应该是巨 大的。 该论文将关注点指向表面微裂纹,这 种裂纹可能是在注射成型过程中对玻 璃纤维芯棒进行砂光以提高与聚合物 护套的附着力时形成,注射成型是复 合绝缘子典型生产过程的一个常规步
骤 。有 人 指 出 ,这 种 生 产 工 艺 又 可 能 进 一 步 成 为 脆 断 的 诱因,即形成集中的机械应力。 此结论很显然已经在大量的实验室研究和现场观测中 被论述。梁曦东和他的同事通过人工微裂纹对绝缘子 芯棒进行了应力腐蚀测试,并证明随着裂纹的加深,脆 断的时间也加快。另一个影响因素似乎是裂纹相对于 芯棒轴心的倾角。实验数据看起来很有说服力。 因此,这项中国学者的最新研究成果与波兰学者的研 究成果一致,并说明机械缺陷是脆断形成和后续发展 的主要因素,这也解释了脆断问题的随机性表象。最 后,还值得指出的是这些最新发现与瓷绝缘子的开裂 极其相似,它们也是由各种材料的缺陷引起的微裂纹 所诱发的。 不管哪一个是正确的 - 脆断的机械或化学成因 - 很显 然的是脆断现象的根本原因还远未弄清并需要更多的 研究。
Prof. Stanislaw Gubanski Chalmers University of Technology

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