有关硅橡胶复合绝缘子的几个问题

• 内楔式结构是将芯棒端部锯开一条缝，压入一个金属内楔， 靠内楔将芯棒端部撑大，锥形金属腔在芯棒承载时将撑大 的芯棒端部卡住，当芯棒向外移动时，内楔子随芯棒运动， 将芯棒越卡越紧，因而也具备有预紧力自锁的特点。内楔 式接头的缺点是破坏芯棒的完整性，但由于生产厂家对内 楔式端部的工艺条件做得成功合适，因此目前内楔式端部 连接的接头机械强度高且稳定，其产品目前乃在挂网运行 中。
我国生产的复合绝缘子的端部金具的连接方式主要有外楔式、内楔式及 压接式三种方式： • 金具是复合绝缘子芯棒的连接部件及机械负荷的传递部件，金具及其 与芯棒连接的质量的好坏将直接影响芯棒强度的发挥及复合绝缘子的 机械性能。特别是金具与芯棒之间界面密封性能的好坏将直接决定芯 棒的寿命的长短， • 外楔式结构是将一组金属楔压入金具锥腔与芯棒之间，靠金属楔与芯 棒间的压应力所产生的摩擦力承担机械负荷。外楔式结构的优点是不 破坏芯棒的完整性，缺点是对金属腔、外楔及芯棒园周的尺寸要求较 高。工艺难度较大，因此接头的机械强不易稳定，分散性也较大，因 此目前外楔式产品大多数都已退出运行。
世界上220kv以上复合绝缘子大部分是整体挤包穿伞工艺生产的。一些国
外订单中也提出，132kv以上复合绝缘子要求整体挤包穿伞工艺生产的。
• 2001年INMR编辑、撰稿人CiaudeDeTourreil先生（国际 大电网会议CIGRE绝缘子工作组主席，2000年10月应邀 到清华大学及电科院就复合绝缘子在国际范围内的应用及 研究状况、发展趋势以及相关的试验标准作了深入系列的 报告。其间在清华大学梁曦东教授的陪同下到淄博泰光公 司参观指导。）在淄博泰光电力器材有限公司考察时介绍， 世界上220kv以上复合绝缘子大部分是整体挤包穿伞工艺 生产的。一些国外订单中也提出，132kv以上复合绝缘子 要求整体挤包穿伞工艺生产的。国家电力公司电网建设分 公司、华东分公司、辽宁分公司、山东分公司、河北电力 公司等通过考察、试验分析对比，都主要选择了质量稳定 的整体挤包穿伞工艺生产的复合绝缘子。
有关硅橡胶棒形复合绝缘子的 几个问题简介
内容摘要
本文简略地介绍了硅橡胶复合绝缘子的优异 特性、及其发展使用概况，分析比较其伞 裙护套的两种主要成型工艺的优缺点，指 出在当前的技术条件下，整体挤包穿伞工 艺是生产质优价镰的可靠工艺！
目 录
• • • • • • • • • • 一：复合绝缘子的几个问题简介 1-1：有机外绝缘是输变电外绝缘发展的趋势 1-2：复合绝缘子的主要部件及其作用 1-3：复合绝缘子的优异特性 1-4：伞裙护套的成型工艺简介 1-5：关于界面问题 二：复合绝缘子的运行事故分析， 2-1：国际大电网会议的调查结果 2-2：我国的运行情况介绍 三：结论
一：复合绝缘子的几个问题简介 1-1:有机外绝缘是输变电外绝缘发展的趋势
1：随着电力系统的电压等级的不断提高，对绝缘子的要求也越来越高，
使用一百多年的瓷绝缘子的缺点也日益清楚地暴露出来，诸如笨重易 碎、运输安装不便、耐污性能差、容易发生内击穿形成零值瓶、运行 维护工作量大、制造工艺复杂成品率低、能耗大对环境污染严重等等。 也随着有机复合材料的出现，复合绝缘子在50年代就有人开始研究， 60年代后期开始试用，70年代后期总结、改进，80年代后期开始大 量使用，90年代以来各种输变电有机外绝缘产品迅速增多。30多年来 大量的工作集中在伞裙、芯棒的研究，制造工艺的改进、试验及使用 标准的制定方面，如今复合绝缘子已被各国电力部门所接受，进入了 推广应用的新时期！ 2：早期复合绝缘子通常称为第一代复合绝缘子，其伞裙、护套使用材料 主要是脂环族环氧树脂、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯 及室温硫化的硅橡胶等。它们在运行中都暴露出伞裙护套的老化、漏 电起痕及污闪电压下降快，同时其芯棒水解脆断、芯棒与护套界面击 穿、机械强度下降等等！
（2）泄漏距离长。复合绝缘子的硅橡胶伞裙比瓷绝缘子的伞裙薄得多， 同样的绝缘高度可容纳的伞裙数可增加一倍左右，伞裙多泄漏距离当然
Байду номын сангаас
大得多，当然污闪电压也就增高很多。
（3）复合绝缘子的等效直径比瓷、玻璃绝缘子小得多，由 于复合绝缘子的表面电阻与等效直径成反比，即 R=∫dR=ρL∕πD等；式中：R---表面电阻；ρ---表面电阻率；L-----爬电距离；D等—等效 直径。即使在表面憎水性丧失及电阻率相同的情况下，
520
0.1/0,1
盐密/灰密 (mg/cm2) 污闪电压 绝缘子类型 泄漏距离 (cm) （KV）
0.4/2.0 327
0.4/2.0 131
391
142
110KV复合绝缘子 244 0.1/0.4 0.2/1.0
7片X-4.5瓷瓶串 203 0.1/0.4 0.2/1.0
盐密/灰密 (mg/cm2) 污闪电压 （KV）
2：污闪电压高。主要有下述三个因素：
• （1）复合绝缘子伞裙护套均采用硅橡胶材料制成的，硅 橡胶表面能呈低于水滴内聚能状态，固能表现出其憎水性。 在污湿条件下在伞裙护套表面均呈细水珠状态难以形成导 电水膜，表面电阻高，泄漏电流小，局部电弧难以形成发 展，故污闪电压高。硅橡胶中含有一定数量的小分子，当 硅橡胶表面脏污后，小分子能从硅橡胶内部扩散到外表面 并进一步扩散到污秽层表面，污秽层表面上的小分子中的 cH3使污秽层表面的表面能呈低能状态，从而也具有憎水 性，这种特有的性能就是憎水性的迁移。德国科学家对在 户外运行了6~12年的硅橡胶复合绝缘子进行试验结果表明， 硅橡胶中的小分子没有明显地减少。说明其憎水性及其憎 水性的迁移特性没有变化，但最近的试验表明，在高温下 硅橡胶中的硅氧烷分子可解裂成小分子，而小分子也会解 裂成更小分子而挥发掉，这证明温度对硅橡胶表面的憎水 性迁移的速度有影响。
200.7
185.6
73.7
58.3
3：无需检测零值。复合绝缘子属于棒形绝缘结构，其内、外极间距离几 乎相等，一般不发生内部绝缘击穿，也就不需要检测零值的维护工作。 运行维护简便。污闪性能高，不必进行污秽清扫，大大减少运行维护的 工作量。
4：优异的抗老化耐高低温性能、良好的耐漏电起痕及抗电蚀性能，是硅
3：德国Rosenthal 公司进行了两项重大技术改进，使复合绝缘子技术进 入了成熟时期，其生产的复合绝缘子称为第二代复合绝缘子。
Rosenthal公司的两项技术改进为：A）采用耐水解芯棒并加厚护套的厚度，改进端部与金 具联接面的密封工艺， 以防止水分进入，确保芯棒不发生水解脆断。B）伞裙护套采 用高温硫化的硅橡胶原料，改进配方以提高伞裙护套的耐漏电起痕及耐电蚀的性能。 为此以高温硫化硅橡胶伞裙护套的复合绝缘子进入技术上成熟时期。 1-2：复合绝缘子的主要部件及其作用 图一：硅橡胶复合绝缘子的照片
我国当前的芯棒均采用环氧树脂增强引拔的耐酸玻璃纤维芯棒，具有良 好耐酸蚀性能，具有较强的抗脆断的能力，它大大地提高了复合绝缘子 的使用寿命。
•
芯棒是复合绝缘子机械负荷的承载部件，同时又是内绝缘的主要部 分，它要求有较高的长期稳定的机械强度及绝缘性能，同时也要求有 较高的抗疲劳、抗老化的性能。芯棒采用环氧树脂增强的单向玻璃纤 维引拔棒。玻璃纤维是增强材料，起骨架作用，环氧树脂是基体材料， 它将玻璃纤维粘接成一整体，同时也起到保护玻璃纤维不受酸碱的侵 蚀。 • 伞裙护套是复合绝缘子的外绝缘部分，其作用是使复合绝缘子具有足 够高的防湿闪及污闪的能力，同时也起着保护芯棒免遭外部大气的侵 袭。伞裙护套长年暴露在户外大气中，经受日晒、雨淋、酷暑、严寒 等各种恶劣气象条件，承受自然（飞尘、盐碱及海水盐雾）污染和工 业污染，它在污秽潮湿的情况下可能遭遇火花放电及电弧的烧蚀。为 此要求伞裙护套必须具有优越的耐污闪、耐漏电起痕和耐电损蚀性能， 以及耐臭氧紫外线、耐高低温等大气老化作用。由于吸收国外成功经 验，我国复合绝缘子的伞裙护套一开始就采用高温硫化的硅橡胶为原 材料，其抗污闪及抗老化的性能是诸种有机绝缘材料中最好的，完全 能够满足作为电力系统外绝缘的要求。
以上的意思主要是指整体挤包穿伞成型工艺及整体注射成型工艺，各种 工艺都有其优缺点，但它与护套材料和运行环境有很大的关系。美国可 靠公司采用挤包穿伞工艺已有20多年经验，这种方法极灵活，可按用户 要求的爬距、伞片形状和间距任意设计，同时产品不会有产生漏电痕迹 和腐蚀的纵向模线。
德国Hoechst Ceram Tec 公司（1995年10月）的交 流输电线路用复合绝缘子技术条件中的4.2《外套》 有这样的论述：芯棒应由外套复盖，---外套应由 具有公称厚度3mm的高温硫化（HTV）硅橡胶制 作，---所要求的爬电距离由装配以各个数量同样 的由HTV硅橡胶制作的模塑的伞来达到。----使用 来形成该完整外套的注射模塑过程应仅作为可采 用来考虑，在这个情况下外套模塑成一个单件， （就是本文中的整体注射成型）。多级模塑（即 分段整体注射成型）可能会在接缝处引起缺陷和 残余强度，并因而是不能采用的。
由于声发射监控技术的采用，压接质量才有保证，所以当前国内主要厂 家均采用压接式接头。
• 压接式接头结构是采用一定的机械挤压设备将横向挤压力作用在端部 金具上，使金具产生一定的塑性变形，在金具与芯棒的接触面上产生 一定的预压应力。当复合绝缘子承载时，由此压应力转换成切向摩擦 力承受载荷。这种连接结构的优点是接头金具的体积小，保证了芯棒 的完整性，且生产效率较高，但其要求金具的材料与芯棒材料的物理 性能必须有密切的配合及严格准确的监控手段才行 。 • 运行经验表明，复合绝缘子寿命最重要的制约因素是两端金具的密封 质量，它决定复合绝缘子芯棒是否受大气中有害气体腐蚀而不是硅橡 胶材料本身的老化。复合绝缘子两端金具与芯棒的密封质量也是防止 芯棒脆断的主要措施之一。
其表面电阻也要高得多，这样表面的泄漏电流就小得多， 所以污闪就不易发生。有下述的试验数据为证。从表中试 验数值可知,复合绝缘子的污闪电压是瓷绝缘子的2倍以上。
表1
110KV-220KV线路用绝缘子污闪电压比较表
绝缘子类型 泄漏距离 (cm)