摘 要：复合空心绝缘子的机械性能,主要决定于其内部的环氧玻璃纤维缠绕管(以下简称缠绕管)。通过分析缠绕管的受力状态及试验结果,说明不同缠绕角度的缠绕管,机械性能不同。提出应根据复合空心绝缘子用途来选择适当缠绕角度的缠绕管,能较大提高性能价格比。
关键词：复合空心绝缘子;缠绕角;应力;性能价格比
分类号：TM216 文献标识码：A
文章编号：1003-8337(2000)01-0003-04
1 引言
复合空心绝缘子与瓷空心绝缘子相比具有以下优点:重量轻(比同电压等级瓷质的轻1/3～4/5)、防爆性能好以及优良的电气性能,特别是可达到很高的污秽等级。目前,国外已开始在断路器、套管、互感器等多种电力设备上使用,是替代瓷空心绝缘子的新一代产品。由于不同电力设备对空心绝缘子的机械性能有不同的要求,如灭弧室对内压力要求高,支柱绝缘子和互感器承受弯曲负荷大,传统的瓷质绝缘子在252kV等级以上很难满足电力设备的高性能、特别是高强度的需求。为此,尽快开发高电气性能、高机械强度的复合空心绝缘子,开拓复合绝缘子市场是当务之急。复合空心绝缘子内层采用环氧玻璃纤维缠绕管,它承担了主要的机械负荷。因此要开发高电气性能和高强 度的复合空心绝缘子首先要解决满足电气性能要求且具有很高机械强度的缠绕管。
某500kV互感器用空心绝缘子要求额定弯曲负荷达到240kNm,内压力2.6MPa。目前国内材料弯曲破坏强度最高(高强度铝质瓷)不超过140MPa,且制造工艺复杂、费用高、重量重;同时由于大型瓷件存在一定分散性,用高铝瓷制成的大型空心瓷件弯曲破坏强度一般只能达到30MPa～50MPa。因此,若用瓷制造,瓷壁厚度就需50mm以上。
缠绕管材料弯曲强度一般都在200MPa～400MPa,其工艺简单、质量稳定,制品性能分散性小。经过十几年的配方和工艺改进,缠绕管的电气性能逐步稳定。已在有载分接开关、氧化锌避雷器的隔弧筒上得到应用。缠绕管的电气性能见表1。但其制成的大型空心管件能否满足复合空心绝缘子机械性能要求,即其破坏值能达到多少,尚未明确。为此对几种形式的缠绕管进行了机械性能测试,根据试验结果和进一步的分析说明缠绕管材料制品是可设计的,改变缠绕管的绕制角度可以相应的调节其机械性能,在不增加壁厚或减小壁厚时(费用不变或降低)还能满足复合空心绝缘子机械性能要求,达到确保质量,降低成本,从而提高性能价格比。
2 试验情况与讨论
国内环氧玻璃纤维缠绕管都是采用湿法绕制工艺,即用不间断玻璃纤维(纱)先浸渍环氧树脂;再卷绕在钢制芯轴上,卷绕一定厚度后再通过高温固化成型。玻璃丝(纱)绕制方向与芯轴的夹角称为缠绕角。对A、B两厂同样规格,不同绕制角度的缠绕管进行了内压力试验和弯曲破坏试验,数据见表2。从表2可以看出,两厂同类型的缠绕管破坏强度值偏差不大,并且随缠绕角度减小弯曲强度增加,缠绕角度减少30°左右后,同规格缠绕管弯曲强度可以增加4倍～5倍,同时内压力也均通过试验,满足要求。
表1 某环氧玻璃纤维缠绕管电气性能参数
项 目单 位指 标
密 度g/cm31.9～2
吸水率%0.02
耐热等级级B～F
介 损 0.02
体积电阻Ωm2.6×1012
垂直层向耐电压kV≥70 (30mm)
平行层向耐电压kV≥20 (3mm)
表2 不同缠绕角度的缠绕管机械性能测试结果
规 格内压力
0.5MPa弯曲破
坏力
kN弯曲破
坏强度
MPa缠绕角
A厂170/150
×800均通过7.2323075°～80°
7.1329
34.6714340°～45°
32.72140
B厂170/150
×1200均通过7.053475°～80°
6.8033
29.7514040°～45°
30.14142
在CELLPARK公司缠绕管资料中耐内压力强度和弯曲强度简图(见图1)也表明了这一观点。看来这种现象不是偶然的。为此对复合空心绝缘子在悬臂弯曲和内压力试验中的受力状态进行了分析。
3 缠绕管的受力状态分析
3.1 悬臂弯曲受力分析
空心绝缘子弯曲强度与绝缘子材质、胶装比和结构参数有关。在胶装比合理的状况下,复合空心绝缘子弯曲负荷下的危险端面发生在下法兰与缠绕管交接处,根据弯曲强度计算公式,若缠绕筒的结构参数不变(指内外直径不变),缠绕管的破坏强度就由缠绕管材质的弯曲破坏强度σmax决定。
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