我国带电作业用绝缘杆材的现状和前景

在带电作业技术领域里，绝缘工具是保证作业安全的重要器件。而用于制造绝缘工具的绝缘杆（管）材，其电气性能，机械特性是否优良，是关系到带电作业绝缘工具质量的最基本因素。
    几十年来，我国带电作业使用绝缘工具的材料不断更新，当前，使用较广泛的是固体复合绝缘材料，而固体复合绝缘材料由于其制造加工工艺以及使用的玻璃纤维、环氧树脂的配方等原材料不同，而所加工制造的产品在质量上有很大的差异。
    因此要制造出具有优良的电气性能及机械特性的绝缘杆（管）材，必须在选择原材料上把关；制造加工艺要先进，同时要做到全过程质量管理，才能使产品质量稳定，以确保生产出性能优良的绝缘杆材。
    1．我国绝缘杆材的发展历史
    （1）绝缘杆材的兴起与发展阶段
    我国的带电作业于1954年在鞍山电业局首先开展，从开展带电作业以来，绝缘材料的使用就与带电作业技术紧密相连，随同发展。
    从我国开展带电作业40余年的历史来看，用于制造绝缘工具的绝缘材料也大致经历了四个发展阶段：
    1）环氧纸棒阶段
    这一阶段为我国开展带电作业初期，为50年代初至50年代末，开始采用环氧纸棒（管）为主体，也采用桦木杆（棒）。这一时期所使用的绝缘材料也可称为“木质绝缘工具”。
    2）环氧玻璃布卷制管阶段
这一阶段，是在1960年前后，环氧树脂复合材料在我国问世。我国相继在西安、营口等地建立了绝缘材料厂，生产出了环氧树脂（酚醛树脂）玻璃布卷制管材。
    为了适应带电作业对绝缘材料长度的要求，这类绝缘材料在制造方法上也衍生了除机制卷管以及人工卷管，而其中最有代表性的绝缘材料为“3640环氧管材”。
    随着生产的发展以及我国标准化工作进程的加快，在这一阶段时期里，我国相继建立了绝缘材料的制造标准，即JB888-66、JB1680-75、GB5131.2-85以及后来公布实施的GB13398-92标准。迷些国家标准及行业标准对规范这类绝缘材料的制造以及试验，起到了很好地推动作用。
    这一阶段的绝缘材料为管材，由于其密度大低，且管内、外不够光滑，防潮性能差。绝缘管材一旦受潮，容易产生管内、管外的沿面放电，受潮的绝缘管材一旦用于带电作业，将会导致人身及设备事故，因此这类绝缘材要求放置至特殊的工具保管室中存放。
    3）防潮泡沫填充环氧杆阶段
    80年代末，借鉴国外经验，武汉高压研究所、河北省电力工业局江西5727厂联手研制防潮泡沫填充环氧杆，经过联合攻关，终获成功。并于1992年7月通过了原能源部组织的技术鉴定。这一科研成果使我国的带电作业绝缘杆材上了一个台阶。即材料的密度首次达到了1.75g/cm3，而且通过了IEC60855标准的淋雨试验项目。
    4）玻璃纤维增强环氧复合绝缘杆阶段
    1994年以后，西安秦光电工技术研究所和陕西秦川电力器材开始研制和生产新一代“高强度、充填泡沫绝缘材料”，这种绝缘材料采用引拔、缠绕一体化热固成型的新工艺，然后管内填充聚氨脂泡沫。
    而引拔、缠绕工艺的思路是解决绝缘材料的密度，成型材料的抗弯特性。由于绝材料的致密性增高，绝缘材料的渗水性大大降低，防潮性能也得到很大的提高，同时由于绝缘材料的密度增加，除了纵向玻璃纤维还有螺旋状玻璃布带的缠绕，使得抗弯性能有了较大地提高，同时，使得机械老化特性也得到很大地提高。引拔、缠绕工艺标志着我国带电作业用绝缘杆材制造技术跃上了一个新的台阶。
    2．我国绝缘杆材的现状
    （1）目前绝缘杆材发展的特点
    目前，我国生产绝缘杆材的厂家众多，且良莠不齐，有国有企业大型绝缘材料厂生产，也有私营小手工作坊生产，所生的各个阶段的产品均出现在市场上，但销售人格却有很大的差异。许多使用者，由于缺乏必要的检验手段，也无法确定其质量优劣，如果选择不当，误将质量低劣的绝缘材料用于重要部位，则会造成重大事故，甚至会危及人身及设备安全。表1列出了我国各个阶段绝缘杆（管）材的主要指标。
表1 我国各阶段绝缘杆（管）材主要指标
技术参数 第二阶段3640卷制管 第三阶段3640防潮杆 第四阶段玻璃纤维增强环氧杆
密度/h/cm3 1.4 1.76 2.02
吸水率/% 0.3 0.049 0.041
抗弯/N/cm2 18.0×103 33.0×103 36.36×103
*体积电阻/Ω.cm 1014/107 1.14×1014/1.53×1012 8.215×015/1.4285×1014
50Hz介损 0.03 0.028 0.00317
*注：——“/”上方数据为常态体积电阻；下方数据为潮湿状态下的值。
    从表1所列数据可以看出，第四阶段的玻璃纤维增强绝缘杆材较第二阶段卷制管材的密度几乎提高了50%；吸水率降低了一个数量级；抗弯强度几乎翻一番。这说明，第四阶段绝缘材料无论的电气性能还是机械特性都有了质的提高。
    回顾我国绝缘杆（管）材的生产及使用历史，前几个阶段生产的产品之所以达不到1992年公布实施的国家标准GB13398—92和国际电工委员会标准IEC60855—85，其主要原因是生产工艺落后，在卷制管的生产工艺中，无论是机械卷制，模压和手工卷制，其浸渍了的玻璃纤维布经纬秆维相等，在相交、相叠的卷制过程中存在很多间隙，在固化成型的过程中排气性很差，尤其是在工艺过程中的覆盖气泡和热反应气泡不能很好地排出。固化成型后，绝缘结构内存在许多空气隙、气泡或分层等缺陷，当电场达到一定强度时，例如在500kV的相电压下绝缘杆高压端电场强度可达2000kV/m以上，经过一段时间后绝缘工具端部温度逐渐升高，并往下延伸，这种由于绝缘结构内部产生的局部放电，最终会导致绝缘材料的碳化，而失去绝缘性能。
    国内有某些生产厂为了达到通过淋雨试验的目的，试图在绝缘杆材表面喷涂防水绝缘漆的办法，而试验结果表明，尽管性能好的防水绝缘漆解决了淋雨状态下的电性能，但由于绝缘材料的密度达不到要求，它的吸水率达不到要求，而且机械强度也达不到相关标准要求。因此，要发展-我国带电作业用绝缘杆材，重要的是解决绝缘材料的密度问题，而提高绝缘材料的密度，关键问题是加工工艺。要合理配制纵向玻璃纤维用量，对纵向纤维施加一定量的引拔力，可大大增强材料的密度，而辅之以一定的螺旋缠绕，可提高材料的抗弯，抗扭性能，在一定的张力之下通过抗压，高温固化，能有效地排出工艺气泡，进一步减少热反应气泡。
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