一種新型的合成絕緣子金具的設(shè)計(jì)

一種新型的合成絕緣子金具的設(shè)計(jì)

1合成絕緣子的缺陷合成裝置已經(jīng)安裝了10多年，重量輕、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工方便、環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在電氣系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長,合成絕緣子逐步暴露了一些缺陷,不僅有質(zhì)量問題及工藝缺陷,甚至個(gè)別產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也存在一些問題。對(duì)此,必須引起高度重視。作者以多年研制合成絕緣子的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為:所暴露的缺陷中以金具的缺陷最為嚴(yán)重,主要原因是人們對(duì)它的關(guān)注遠(yuǎn)不如對(duì)合成絕緣子外絕緣的關(guān)注,加之生產(chǎn)廠家對(duì)金具的結(jié)構(gòu)及工藝也重視不夠所引起。因此,迫切需要對(duì)合成絕緣子的金具結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行分析研究,并設(shè)計(jì)新的合成絕緣子金具,以防止合成絕緣子金具故障。2外錐套管體套合結(jié)構(gòu)的確定金具是合成絕緣子的重要部件整支合成絕緣子要依靠它支撐;掛線懸吊和傳遞很大的拉張載荷要求連接牢固,并在工作時(shí)絕對(duì)安全可靠。結(jié)構(gòu)緊密且便于密封,不能受潮,并能適應(yīng)不同電壓等級(jí)合成絕緣子所提出的不同拉張載荷噸位的要求。國內(nèi)外合成絕緣金具結(jié)構(gòu)大致分為四種,即粘接型、機(jī)械連接型、壓接型和機(jī)粘結(jié)合型,這些金具結(jié)構(gòu)各有利弊。但隨著電壓等級(jí)逐漸向超高壓和特高壓方向發(fā)展,相應(yīng)其對(duì)金具的拉張載荷的噸位要求也越來越大,以上的金具結(jié)構(gòu)都難以適應(yīng)。通過反復(fù)試驗(yàn)、修改和篩選,最終決定采用目前的這種外錐套筒體套三內(nèi)園環(huán)錐舌片錐套套合結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)其工作安全可靠,穩(wěn)定性好,優(yōu)于前述各種金具結(jié)構(gòu)。由圖1可見,該金具是由外錐套筒、內(nèi)錐套、球窩帽等元件組成。內(nèi)錐套是由三錐舌片構(gòu)成。即將內(nèi)錐套按圓心角α=120°等分套筒,開出三條與套筒軸線平行的寬度為2mm的貫通切口,由錐套小端貫穿到大端,在此處內(nèi)孔保留1.5mm的薄層,分成三片的錐套在大端處上相連。金具主要依靠?jī)?nèi)園三錐舌片與棒芯材料表面間所產(chǎn)生的摩擦力F來平衡棒芯所受到的外加張力P,要使產(chǎn)生的摩擦力F足以平衡外加張力P,這就要求三錐舌片對(duì)棒芯產(chǎn)生的正壓力要大,而正壓力的產(chǎn)生,則靠外錐筒體在棒芯受拉后產(chǎn)生對(duì)內(nèi)錐舌片的擠壓力R來提供,進(jìn)而通過內(nèi)園環(huán)舌片傳遞到棒芯上,從而將棒芯夾緊,它能隨著拉張載荷的增大自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)棒芯的緊固力,自鎖的能力相當(dāng)高,并能確保金具內(nèi)棒芯材料頭部的完好無損。其受力情況如圖2所示。3棒芯壓毀試驗(yàn)結(jié)果棒芯材料采用環(huán)氧樹脂玻璃纖維單向增強(qiáng)引拔棒(GRP棒芯),為橫觀各向同性體,當(dāng)其在端頭受力后,處于兩向受壓一向受拉的應(yīng)力狀態(tài),其受力情況如圖3所示。由第二強(qiáng)度理論知:假設(shè)為受壓應(yīng)力)由上式可見其相當(dāng)應(yīng)力被減小了,而且第一主拉應(yīng)力σ1將由受力纖維承擔(dān),所以不易破壞棒芯材料。而且棒芯被錐片包圍著環(huán)向受壓,且通過面積傳力,將使每點(diǎn)上的壓強(qiáng)不大,而且分布較均勻,因此,不易將棒芯壓毀,只可能將棒芯越壓越密實(shí),通過大量的試驗(yàn),已完全證實(shí)了這一受力分析。表1為棒芯Υ24mm的500kV-16T合成絕緣子試驗(yàn)結(jié)果,從表1中可以看出,其指標(biāo)全部達(dá)到要求,測(cè)得的極限拉伸負(fù)荷為23.5T比額定拉伸負(fù)荷的值高46%,說明了合成絕緣子有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備。這種結(jié)構(gòu)的合成絕緣子克服了棒芯材料橫向局部抗壓強(qiáng)度低的弱點(diǎn),又能充分發(fā)揮和利用棒芯材料縱向拉伸強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),且隨著外部拉伸載荷的加大,錐舌片對(duì)棒芯的夾持自鎖能力也隨之增大。4片錐套套合的金具由上所述,外錐套筒體套三內(nèi)園環(huán)錐舌片錐套套合的金具能自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)棒芯的緊固力,自鎖能力很高。但若選材不當(dāng)及組裝時(shí)工藝不嚴(yán)謹(jǐn),仍會(huì)造成金具的故障。4.1對(duì)摩擦系數(shù)的要求由靜摩阻力計(jì)算F=fN可知,要使產(chǎn)生的摩擦力F足以平衡外加張力P(即F=P),除了要求三錐舌片對(duì)棒芯產(chǎn)生的正壓力N要大外,對(duì)摩擦系數(shù)f也有嚴(yán)格的要求,而摩擦系數(shù)f與錐舌片選用的材料和GRP棒芯材料的性質(zhì)有關(guān)。前者則與錐舌片所選擇的錐度有關(guān),后者則與錐舌片選用材料有關(guān)。設(shè)外錐套筒對(duì)三內(nèi)園環(huán)錐舌片每片上的合壓力為R,由圖2可知,每錐舌片對(duì)棒芯產(chǎn)生的正壓力N1=Rsinα,產(chǎn)生的摩擦力F1=Rcosα由F=P,得由上式可得到所需的摩擦系數(shù)f值,即根據(jù)⑷式,這就為選擇錐舌片材料或錐度提供依據(jù)。4.2外錐套壓裝力的調(diào)整金具在組裝時(shí),棒芯要按一定長度插入外錐套筒,再將內(nèi)錐套套裝在棒的頭部,施力于內(nèi)錐套大端截面上使錐內(nèi)套小端楔入達(dá)到外錐套筒的棒頭入口相接近或平齊,此時(shí)施力必須要有足夠的緊固力,一般采取與額定破壞荷載相等的壓裝力。而合成絕緣子實(shí)際破壞負(fù)荷都大于額定破壞負(fù)荷。為此,可以增加對(duì)內(nèi)錐套的壓裝力,從而達(dá)到有效地防止滑移,增加安全的目地。內(nèi)外錐套組裝完畢后,將灌封膠填入外錐套筒上、下端部,再旋上球窩帽直至壓緊,保證金具內(nèi)不進(jìn)潮氣防止銹蝕并能保護(hù)棒芯與外界隔絕不受潮氣及臭氧的侵蝕。同時(shí)在金具外表面噴涂既導(dǎo)電又防腐的含炭涂料,防止金具腐蝕。檢查合成絕緣子金具組裝效果,除了進(jìn)行鹽霧試驗(yàn),冷熱試驗(yàn)外,還采用機(jī)-電試驗(yàn)來檢驗(yàn)密封度和荷載力,采用X射線透視法進(jìn)行內(nèi)檢查。5合成絕緣子金具故障因素所設(shè)計(jì)的合成絕緣子金具結(jié)構(gòu)可適應(yīng)于各電壓等級(jí)各噸位的要求,已用于線路安全運(yùn)行十多年,未發(fā)生金具事故,經(jīng)受了惡劣的自然環(huán)境和施工安裝操作的考驗(yàn),實(shí)踐證明是十分安全可靠的。隨著生產(chǎn)廠家增多,近年來合成絕緣子金具故障時(shí)有發(fā)生,主要有以下因素造成:一是金具內(nèi)錐套材料的性能不穩(wěn)定(選材不嚴(yán)格)及內(nèi)錐套舌片的錐度不符合設(shè)計(jì)要求,且配合不當(dāng)造成金具的滑動(dòng)。二是金具內(nèi)的灌封膠