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复合绝缘子 FRP 芯棒试验

August 21, 2015 • Columns, Reporting from CIGRE, 最近文章汇总

复合绝缘子芯棒必须能够承受所有的机械应力,包括外部的弯曲、拉伸和压缩力以及电气设备在充满气体的情况下能承受的内部压力。现有的IEC 62217标准涵盖了棒和管必须做的设计试验,并规定了两个测试程序,以验证所有用特殊工艺制做的芯棒质量以及不同材料结合后的质量是否满足要求。因为这些试验很容易实施,所以将它们作为例行试验。在这些试验中,考虑了机械强度试验并规定了施加作用力的方法(例如96小时的负荷—时间试验)。 制造工艺 实心棒型绝缘子和支柱绝缘子的芯棒通常用拉挤 工艺进行制造(见图一)。相比之下,诸如变压 器或避雷器之类电气设备的套管,会采用更高的 工艺,如湿绕法或真空浸渍来进行制造。而现 在又发展起来一种新的工艺,综合了前述两种方 法,被称为拉绕法。
图一: 拉挤过程的简要示意图 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 CHINA02ss 20150820002

图一: 拉挤过程的简要示意图

原材料 用于高电压设备中的芯棒,其原材料由纯环氧树 脂或以环氧树脂为基体的混合物所组成。在芯棒 生产中,最常用的固化剂为酸酐类固化剂。对于 防止棒型绝缘子的芯棒脆断,目前很多用户明确 指定芯棒使用的玻璃纤维必须是耐电解腐蚀的玻 璃纤维(即E-CR- 玻璃)。对于支柱绝缘子和空 心绝缘子,一般使用电气性能优异的玻璃纤维( 或E玻璃)。对于设备绝缘子,特别是断路器套 管,目前采用聚酯纤维或芳纶纤维。
以下将根据对棒形绝缘子的具体测试情况,对其 各种工艺和材料的不同组合进行介绍。
图二: 典型的芯棒脆断 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 CHINA02ss 20150820001

图二: 典型的芯棒脆断

 
棒形复合绝缘子脆断的试验程序 通过对几起由脆断引起的绝缘子事故(见图二) 的详细调查,提出了防止今后此类事情发生的意
标准的有了新的进展,
而这个标准对使用高压户外高分子材料提出 了最低要求,同时提出了相应的试验程序。此 外,IEC TC36WG 12准备制定一个标准,为了防止复 合绝缘子芯棒的脆断,在制造、试验和诊断三个方面 提供了进一步的指导意见。
针对绝缘子芯棒脆断的问题进行了一个有趣的试 验:利用一个常规方法对硅橡胶护套和E玻璃纤维芯 棒的绝缘子进行一个测试,来评估芯棒的耐酸性能 (在含酸容器内进行拉伸试验)。此试验现已持续 了将近12个月,但芯棒仍未发生故障。图三表明了 由于酸的作用,芯棒的颜色发生了变化。将试样从 酸容器里取出检查,发现硅橡胶非常干燥,并且形 成裂缝(图四),这说明由于酸的作用,试样具有 一定的脆性。但是那些裂缝还没有到达芯棒。目前 试验仍在继续进行中。这个结果证明:完好的护套 是不太可能发生脆断的。
芯棒微裂纹、玻璃纤维与环氧树脂界面及 耐水解性 IEC62217给出了评价上述三种问题的方法,目前公认 的试验思路是使用染料渗透试验和沸煮芯棒后的电压 试验。 在IEC61109(1992年)第1版里,染料渗透试验使用的 是品红溶液(乙醇制)。由于品红是公认的致癌性物 质,IEC62217引入了次甲基染料(即astrazon染料 或basonil染料),并允许使用甲醇和乙醇。这导致 无法比较不同的试验结果,而国际大电网会议工作组 B2.21一直在研究这个问题。
图三: 含有护套的试品 图四: 护套上的裂缝 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 Screen Shot 2015 08 20 at 10

图三: 含有护套的试品 图四: 护套上的裂缝

  通过不同厂家和不同实验室的一系列试验,调查研究了 染料溶液类型对最后结果的影响。在标准实验条件下, 替代染料的试验结果与“旧式”品红为基础的试验结果 进行了比较。然而这些试验还没有完成,但我们已经注 意到了a s t r a z o n 染料与品红的有类似的试验结果的趋 势,而测试中使用b a s o n i l 染料则使试验结果更为严重 (见图五)。因此,提出了一个问题:b a s o n i l 染料是 否能代表水渗透进芯棒。这些测试即将完成,测试修改的相应建议将被送到IEC TC36WG12。 结论 鉴于上述情况,IEEE 和 CIGRE 将结合现有的和即将出 版/修改的标准,为成功地测试芯棒材料提供相关的数据 和方法,以确保复合绝缘子能够安全和可靠地运行。
图五: basonil 染料结果(左)和 astrazon 染料结 果(右) 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 复合绝缘子 FRP 芯棒试验 Screen Shot 2015 08 21 at 9

图五: basonil 染料结果(左)和 astrazon 染料结 果(右)

 

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