有機(jī)復(fù)合絕緣子芯棒透光性的研究

1、吳亞民2（1．大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116023；）

2．渭南方正電力器材制造有限公司，陜西 渭南 714000）摘 要：對有機(jī)復(fù)合絕緣子用芯棒的組成及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了論述。對芯棒的燈光透視試驗(yàn)及芯棒透光性問題進(jìn)行了探討，認(rèn)為燈光透視檢驗(yàn)不能作為復(fù)合絕緣子芯棒性能優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子芯棒；有機(jī)復(fù)合絕緣子；透光性；燈光透視檢驗(yàn)中圖分類號：TM216文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B1 引言復(fù)合絕緣子芯棒是有機(jī)復(fù)合絕緣子最重要的結(jié)構(gòu)部件。它不僅起到電氣內(nèi)絕緣的作用，同時(shí)還起到承擔(dān)外界機(jī)械荷載的作用。有機(jī)復(fù)合絕緣子的發(fā)展史表明，高性能的有機(jī)復(fù)合絕緣子必須有一個(gè)與之配套的高性能復(fù)合絕緣子芯棒

隨著世界電力工業(yè)的不斷發(fā)展，有機(jī)復(fù)合絕緣子以其重量輕、抗污閃、抗?jié)耖W電壓高等一系列優(yōu)異的性能，正逐步取代傳統(tǒng)的瓷絕緣子和玻璃絕緣子。統(tǒng)計(jì)資料表明，有機(jī)復(fù)合絕緣子已經(jīng)在世界上27個(gè)國家和地區(qū)使用。在國外，美國和加拿大等國是復(fù)合絕緣子的主要使用國家。我國的復(fù)合絕緣子發(fā)展迅速，目前使用量位居世界第二位。有機(jī)復(fù)合絕緣子在我國從20世紀(jì)80年代初開始，經(jīng)歷了小批量掛網(wǎng)運(yùn)行、工業(yè)性試運(yùn)行及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化三個(gè)階段?，F(xiàn)在我國的有機(jī)復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠有三十多家。能生產(chǎn)出35kV～500kV的有機(jī)復(fù)合絕緣子懸式交直流系列產(chǎn)品。在我國，復(fù)合絕緣子的使用量大約每年以8%的速度遞增，目前已經(jīng)超過了100萬支。與之相配套的復(fù)合絕緣子棒也先后經(jīng)歷了普通復(fù)合絕緣子棒、耐高溫復(fù)合絕緣子棒和耐高溫耐脆斷復(fù)合絕緣子棒。對復(fù)合絕緣子芯棒性能的測試手段與方法也在逐步完善。有關(guān)部門在制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)將芯棒的透光性列入了標(biāo)準(zhǔn)。在這里我們僅對復(fù)合絕緣子芯棒的燈光透視檢驗(yàn)方法的局限性和相關(guān)問題進(jìn)行討論分析。

2、復(fù)合絕緣子芯棒的組成與結(jié)果特性復(fù)合絕緣子芯棒是由纖維和樹脂基體構(gòu)成的。它是由樹脂浸漬的玻璃纖維經(jīng)過加熱的金屬模具通過纖維的復(fù)合絕緣子固化工藝成型的。這種成型工藝的特點(diǎn)是可以制造任何尺寸與任何固定截面的芯棒。其生產(chǎn)效率高。但是由于復(fù)合絕緣子成型工藝的特點(diǎn)要求芯棒在模具中停留的時(shí)間短，因此要求基體樹脂對纖維應(yīng)有良好的浸漬性能。它主要取決于以下兩個(gè)方面：一方面要求樹脂基體的粘度低，有較好的貯存使用期和快速固化特性，也就是我們通常所說的具有潛伏性固化反映特性

另一方面要求纖維表面經(jīng)過偶聯(lián)劑等

處理劑預(yù)處理，這樣不僅可以增加樹脂的浸潤性能，同時(shí)可以增加界面粘接性能，提高界面的介電性能和力學(xué)性能。玻璃纖維是復(fù)合絕緣子芯棒的主體材料，約占整個(gè)芯棒體積比的70%以上。在芯棒中起到骨架的支撐作用，因此通常采用堿土金屬元素含量在1%以下的無堿玻璃纖維，又稱E-玻璃纖維。芯棒中的基本材料是樹脂。主要將分散的玻璃纖維束紗粘接在一起形成整體芯棒。它一方面起到保護(hù)纖維免其裸露在外，同時(shí)又起到應(yīng)力傳遞的作用。樹脂基體材料一般是由環(huán)氧樹脂、固化劑、偶連劑、稀釋劑和內(nèi)脫模劑等成分按照一定的比例及混料順序混合均勻而成。樹脂基體材料中的環(huán)氧樹脂一般采用低粘度的雙酚A型環(huán)氧樹脂。它兩端含有環(huán)氧基作為反應(yīng)集團(tuán)，使樹脂固化。環(huán)氧樹脂中間有苯撐骨架可以提供良好的耐熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，它還含有醚鍵，可以提供耐化學(xué)藥品性和韌性（可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)），此外環(huán)氧樹脂側(cè)鏈上還含有羥基，可以提供反應(yīng)性和粘接性能，因此有萬能膠之稱。環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物具有三維交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供良好的機(jī)械、電氣和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕能力

從樹脂基體的粘度及固化物機(jī)電熱性能考慮，固化劑一般采用低粘度的酸酐固化。酸酐固化劑可以在體系中羥基的作用下打開酸酐環(huán)，形成單酯，靠單酯中的羧基與環(huán)氧基進(jìn)行開環(huán)固化反應(yīng)。為了縮短固化反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，因此通常使用促進(jìn)劑。選擇促進(jìn)劑的原則是除了使固化物具有優(yōu)異的機(jī)電熱性能以外，還應(yīng)該盡量使基體在室溫下具有潛伏性，在高溫下具有快速促進(jìn)固化的反應(yīng)特性。以便不影響樹脂的貯存使用期。內(nèi)脫模劑又稱潤滑劑，它主要作用是在固化反應(yīng)成型過程中，使芯棒順利地與成型用的金屬模具迅速脫開

在固化反應(yīng)過程中，要求內(nèi)脫模劑不參加樹脂基體的固化反應(yīng)，同時(shí)又要求它與金屬模具表面具有良好的潤滑性能。一般的選擇原則為在常溫下與樹脂基體具有良好的相容性，當(dāng)達(dá)到一定的固化溫度時(shí)，隨著樹脂基體固化反應(yīng)的進(jìn)行，在凝膠點(diǎn)以前能夠順利地從樹脂基體中遷移到芯棒的表面。內(nèi)脫模劑是影響芯棒透明性的主要因素之一。

3、復(fù)合絕緣子芯棒透明性的分析討論

燈光透視檢驗(yàn)把芯棒置于具有凹槽的桌面上，桌面下安裝照明日光燈，光線應(yīng)照在芯棒上。若芯棒內(nèi)部有雜質(zhì)、氣泡、接頭斷面和裂紋，則應(yīng)剔除。

復(fù)合絕緣子芯棒透明性能按照光學(xué)原理

當(dāng)一束光線進(jìn)入一個(gè)復(fù)合介質(zhì)中，看復(fù)合介質(zhì)是否透明，透明度主要取決于組成該介質(zhì)的各種介質(zhì)折光指數(shù)（折射率）是否相同。對于復(fù)合絕緣子芯棒而言，它是否透明，那么就取決于組成該芯棒的玻璃纖維與樹脂基體的折射率是否相同。一般而言，玻璃纖維與樹脂的折射率是不同的。所以一般情況下，復(fù)合絕緣子芯棒是不透明的，但是當(dāng)采用適當(dāng)?shù)臉渲w時(shí)，也就是恰好該樹脂基體的固化物與玻璃纖維的折射率相同或相近時(shí)，該復(fù)合絕緣子芯棒就可以是透明的，為了提高復(fù)合絕緣子芯棒的透明性能，可以采用以下措施：一方面選取樹脂基體固化物與玻璃纖維具有相同或相近的折射率，另一方面可以通過延長復(fù)合絕緣子芯棒在模具的成型時(shí)間。這樣不僅可以增加樹脂基體玻璃纖維的浸潤時(shí)間，而且可以降低樹脂基體的折射率，從而使復(fù)合絕緣子芯棒透明性增加。但是這樣也會(huì)帶來兩個(gè)不利因素：一方面在模具中延長了時(shí)間降低了生產(chǎn)率，另一方面由于在模具中固化時(shí)間過長容易出現(xiàn)粘膜、堵膜具現(xiàn)象，特別是高分子基體材料過固化后易出現(xiàn)結(jié)果松散，從而影響復(fù)合材料的整體性能。從這種角度來講，對于芯棒而言，偏面追求任何一項(xiàng)性能指標(biāo)都是以犧牲其它性能指標(biāo)為代價(jià)，所以復(fù)合絕緣子芯棒并不是越透明越好，透明度不能作為評判芯棒優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行燈光透視檢查不是必須的。另外復(fù)合絕緣子芯棒從出廠到制造成有機(jī)復(fù)合絕緣子還要經(jīng)過嚴(yán)格的機(jī)、電、熱等性能的一系列檢驗(yàn)。其中芯棒中若含有雜質(zhì)、氣泡、裂紋等，那么它對介電性能是極其敏感的。

透光性試驗(yàn)的局限性表1列出了透明芯棒與非透明芯棒常規(guī)性能指標(biāo)對比。表1#芯棒選用的玻纖為重慶國產(chǎn)，樹脂為岳化，固化劑為日本MNA，脫膜劑為美國1846N；2#芯棒選用的玻纖為PPG公司，樹脂為無錫，固化劑為日本MNA，脫膜劑為美國1846N；3#芯棒選用的玻纖為重慶國產(chǎn)，樹脂為岳化，固化劑為國產(chǎn)906，脫膜劑為荷半152B；4#芯棒選用的玻纖為日本東紡，樹脂為無錫，固化劑為日本MNA，脫膜劑為1890M。實(shí)際生產(chǎn)過程和一些性能測試結(jié)果表明，芯棒的透明性與芯棒的機(jī)、電、熱等性能指標(biāo)不存在必然的聯(lián)系，因此芯棒的透視檢查不是必須的，當(dāng)然也不是說燈光透視檢查毫無用途。以其實(shí)驗(yàn)的操作可行性而言，它是一種芯棒外觀的快速檢驗(yàn)方法。所以，芯棒只要通過其機(jī)、電、熱性能測試，就應(yīng)該視為合格，這也與JB5892及IEC1109中有關(guān)芯棒部分相一致。而不應(yīng)將芯棒本身是否有透明作為芯棒質(zhì)量好壞和優(yōu)劣的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1）復(fù)合絕緣子芯棒是由浸漬樹脂的玻璃纖維經(jīng)過加熱的金屬模具通過復(fù)合絕緣子成型工藝制成的。

（2）復(fù)合絕緣子芯棒的性能不僅取決于玻璃纖維種類，還取決于樹脂基體的固化劑、促進(jìn)劑等。

（3）復(fù)合絕緣子芯棒的透光性能受到纖維、樹脂基體的種類及其成型工藝等多方面的影響。

（4）燈光透視檢查是一種方便快捷的外觀檢驗(yàn)方法。

（5）燈光透視檢查對于非透光性復(fù)合絕緣子芯棒無效，且與芯棒性能無必然聯(lián)系，因此不能作為芯棒好壞的評判標(biāo)準(zhǔn)。