專利名稱:高電壓合成絕緣子的制作方法
本發(fā)明屬于“輸變電技術(shù)”領(lǐng)域中使用的絕緣裝置。
由于輸變電的容量日益增大，電壓不斷升高，長期使用的瓷和玻璃絕緣子在機械性能，電氣，特別是在污濕條件下的放電性能已不能適應(yīng)這一發(fā)展的需要。
目前，世界上很多國家都采用高分子合成材料和玻璃鋼復(fù)合材料來研制絕緣子。提出的主要方案是由高分子材料的傘盤，復(fù)合材料的棒心和金屬附件三種部件經(jīng)粘合后組成合成絕緣子，但需要解決的問題是1)傘盤它是絕緣子的外絕緣，因高分子合成材料耐受溫度不高，而傘盤又是長期處于大氣條件和電壓作用下，因此必須有好的耐天候老化性能，耐漏電痕跡和電腐蝕損性能，并有一定的彈性以適應(yīng)在機械荷載下絕緣子的彈性變形，以及易加工等。
2)棒心主要是承受機械荷載的部件，一般采用復(fù)合材料環(huán)氧玻璃纖維棒制成，其抗張強度比瓷高3-4倍，但它受潮后性能會降低。
3)金屬端頭，是合成絕緣子與桿塔和導(dǎo)線相聯(lián)接，并傳遞機械荷載的部件，因此與棒心材料聯(lián)接時必須牢固，并能充分發(fā)揮棒材高強度的性能以及防止其外表面被腐蝕。
國外進行這方面的研究已十年多，目前已由試驗階段進入到試用，取得了一定的進展。[其使用材料和結(jié)構(gòu)簡圖見附件1，2，3，4]1)傘盤方面?zhèn)惚P材料曾采用過聚四氟乙烯，雖然它有極優(yōu)良的耐天候老化性能、耐漏電起痕和電蝕損電壓水平(可達6～7kv，是高分子材料中最好的[附件4，5])，但其加工困難。目前采用較多的是脂環(huán)族環(huán)氧樹脂(西德，匈牙利)，乙丙橡膠和硅橡膠(美國)，但這種材料的耐漏電起痕性能一般較低，硅橡膠最高不超過4.0vk(附件6)。美國瑞侃公司曾介紹所生產(chǎn)的熱縮性材料(輻射交鏈)的漏痕電壓水平可達6～7kv(與聚四氟乙烯相當(dāng)，附件5)，但對進口的這種材料進行試驗，卻小于2.5kv(附件7)2)棒心材料主要是采用環(huán)氧玻璃纖維棒，其質(zhì)量較優(yōu)，性能較好，但同樣也存在受潮后性能降低的問題。
3)金屬端頭和棒心材料的聯(lián)連方式由于棒心材料為單向纖維增強材料，其縱向強度很高，而橫向局部擠壓強度及沿縱向纖維的剪切強度很低。加之外表面光滑，不易緊固、易滑動，很難于達到額定要求的荷載能力。為解決這一問題，國外提出了不少的金屬端頭的結(jié)構(gòu)形式[附件8]。但目前采用較多的是反錐體形結(jié)構(gòu)[附件1，3，4]，即將棒心材料兩端鋸開一定長度的裂口，再將棒心套入固定的金屬套筒內(nèi)，然后在棒心端部裂口處打入一金屬楔體，使棒心緊緊地擠壓在套筒內(nèi)而承受負(fù)荷。這種聯(lián)接方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)加工都較簡單，承受荷載也能達到較大，但其最大的缺點是棒心材料的完整性被破壞，使材料的強度降低，而且在受載后，棒心材料從端頭內(nèi)向外會產(chǎn)生較大的初始剛體滑動位移，要達到一定的初始拉張負(fù)荷后，滑動才會趨向穩(wěn)定受載，這給端頭的密封帶來了困難，要克服這一弊端，就要將套筒加長，增加密封長度以抵消初始滑動量，或者是預(yù)加拉伸荷載，使其剛體滑動消失達到穩(wěn)定受載后，再對端頭密封，這樣就給裝配帶來復(fù)雜性。
4)金屬端頭沒有采取很好的防腐蝕措施，使合成絕緣子應(yīng)用于直流電壓下會有困難。
5)粘合劑和組裝工藝合成絕緣子是由三種材料分別加工后組成，其傘盤也是制成單個，分別套于棒心材料上，因此需將各部件用粘合劑粘合成一整體。要保證絕緣子的質(zhì)量，必須有良好的粘合劑和合理的組裝方法。如在南非220kv線路使用的合成絕緣子因粘合不良曾連續(xù)出現(xiàn)過幾次事故。
國內(nèi)研制戶外用合成絕緣子在70年代初即已開始，當(dāng)時由于材料的限制，只采用單一的環(huán)氧樹脂，由于機械強度不高，耐老化性能不好，易開裂，故已被淘汰。近年來有少數(shù)單位在開展采用二種絕緣材料組合制成戶外用合成絕緣子的研制。
鐵道科學(xué)院已制成25kv隧道用合成絕緣子，其棒心材料系采用聚脂樹脂玻璃纖維棒，傘盤材料曾采用過聚四氟乙烯，硅橡膠，氟材料，最后制成的絕緣子是采用加成型硅橡膠，傘盤是直接套加棒心上，金屬端頭與棒心的聯(lián)接方式是采用國外的反錐體結(jié)構(gòu)，但作了改進。此外，華東電力試驗研究所等單位也在進行戶外用高電壓合成絕緣子的研制，他們是采用硅橡膠作為傘盤材料，棒心材料是采用環(huán)氧玻璃布層壓板加工成棒材。這種方法耗廢原材料較多。
本發(fā)明就是針對上述情況，對合成絕緣子的材料，結(jié)構(gòu)和工藝進行研究而制成的一種高電壓合成絕緣子。其特征是1)本發(fā)明使用的傘盤材料是采用我國能大量生產(chǎn)的硅橡膠為基材加入大量三水合氧化鋁作填料，并加入適當(dāng)?shù)淖贤馕談?，其配方如下硅橡膠100份;三水合氧化鋁50～300份;
過氧化三異丙苯1～5份;三棒化二銻1～30份;
二氧化鈦1～20份;甲基硅油2～20份;
紫外吸收劑UV-9適量。
同時采用了熱混煉工藝，使在配有大量三水合氧化鋁為填料時不需要使用密煉機。
用這種方法配制出的以硅橡膠為基材的絕緣材料有較好的電性能，其耐漏電痕和電蝕損電壓水平已達到大于6.0kv[附件10]，而且保持了硅橡膠的柔軟，有彈性和耐天候老化等特點[見附件11]。其加工簡單。在熱煉后，用模具熱壓成形，制成單個傘盤。
2)本發(fā)明在棒心材料外部擠包了護套，棒心是采用國產(chǎn)環(huán)氧玻璃引撥棒制成，為了防止在運行時水分和潮氣的浸入，在棒心材料外部擠包硅橡膠護套，裝配時，此護套和傘盤本身的套筒一道伸入金屬端頭的內(nèi)部，金屬端頭裝配完成后，在金屬端頭內(nèi)部灌注粘合劑，這使棒心材料完全處于保護中。
3)本發(fā)明使用的金屬端頭，系采用一種有別于其他金屬端頭的結(jié)構(gòu)形成[見附件8]，它解決了目前國內(nèi)外所使用的金屬端頭存在的問題。
這種結(jié)構(gòu)能使端頭和棒心聯(lián)接處產(chǎn)生很大的分布壓力和摩擦力，以平衡作用于絕緣子上的拉張載荷，卻不損壞棒心材料，因此其受力合理，構(gòu)造緊密等。特別是隨著張力載荷的增大，能自動調(diào)節(jié)對棒心的緊固力，其自鎖能力高，且不損壞棒心材料，能使棒心材料高抗張強度得以充分發(fā)揮。當(dāng)裝備緊密后，在額定荷載作用下，不會產(chǎn)生滑移，便于密封和保持密封的完好，它可以滿足各種高噸位等級對端頭裝置的要求，其結(jié)構(gòu)裝配剖面圖如圖1，其部件如圖2所示。
該端頭裝置是由45＃優(yōu)質(zhì)碳素鋼或鑄鐵制作的外套筒(1)，螺紋絲扣拉環(huán)(4)和A3鋼(或熟鐵或鋁合金)制成的內(nèi)錐套(2)，硅橡橡或一般橡膠制成的密封墊圈(3)等四部分套裝構(gòu)成。
內(nèi)錐套整體加工成型后，按園心角α＝120°等分套筒，開三條與套筒軸線平行，寬度為δ＝1.5～2毫米貫通切口，由錐端的小端E一直貫穿到大端D，在錐套的大端(D)，靠近內(nèi)孔壁處，保留1×(1.5-2)毫米的薄層，使分成三片的錐套在錐端大端(D)處相聯(lián)不脫開，但保持內(nèi)錐套仍是不完全分開的相聯(lián)的整體(見圖3)。
裝配程序如圖2中所示，它將絕緣子的棒心端頭按一定長度插入外套筒的A孔至螺紋退刀槽C的上沿，再將內(nèi)錐套(2)套裝在棒頭上，用油壓機或其他機械施力于內(nèi)錐套的大端端環(huán)橫截面D上，使內(nèi)錐套小端端口E楔入達到外套筒的棒頭插入口A相接近或齊平，再將密封墊圈(3)填入外套筒(1)的螺絲端B口的凹槽內(nèi)，然后旋上螺紋絲扣拉環(huán)(4)至到壓緊密封墊圈(3)，裝配即完畢。但應(yīng)注意，在將棒心端部插入外套筒時，應(yīng)使護套和傘盤本身的套筒埋入端頭外套筒內(nèi)長度不小于1.0厘米。
這種結(jié)構(gòu)形式的端頭除可用于本發(fā)明外，還可用于復(fù)合材料加長使用的聯(lián)接件，以及作為材料試驗機拉伸復(fù)合材料施力的夾具，以測定復(fù)合材料的各種不同直徑棒材的實際拉伸機械強度極限值[見附件12]。
4)本發(fā)明傘盤與護套間和硅橡膠護套與棒心材料間應(yīng)用下述粘合劑單個傘盤間及其與護套的粘合劑采用通式(R′O)aSi(100R″)b、式中a+b＝4，a，b為1-4的正整數(shù)，R′可為烷基，芳基，烯丙基，乙烯基，R″可為烷基，芳基的兩種或兩種以上混合物作交聯(lián)劑，有機錫化合物作為促進劑固化端羥基硅氧烷。
環(huán)氧玻璃纖維棒和硅橡膠護套間采用乙烯基三乙氧基硅烷和四丁基鈦酸脂混合物作底膠進行粘合，粘合劑的配方如下端羥基硅氧烷 100份;
二甲氧基二乙酰氧基硅烷，二特丁氧基硅烷混合物1～4份;
二月桂酸二丁基錫 0.05～5份;
經(jīng)處理的4＃白炭黑 5～30份。
5)由于合成絕緣子的材料在制造及組裝過程中會在其內(nèi)部殘留空氣縫隙，在運行中將產(chǎn)生局部放電而導(dǎo)致絕緣的電老化而損壞，因此本發(fā)明采用下列工藝過程首先將棒心材料進行真空處理，其方法是將棒材置于盛有(JHG-200J)低粘度高溫硫化硅橡膠的容器中進行真空處理，真空度為10-2-10-3，持續(xù)時間為30-120分鐘，當(dāng)無氣泡出現(xiàn)時，取出棒心在110°-140℃下進行硫化1-2小時，擠包護套完成后在組裝前再對已擠包護棒的棒心在硅油中進行真空處理，真空度和時間同上述。
在棒心材料表面用擠管機擠包厚度為1-4毫米厚的硅橡膠護套以保護棒心材料不受水份，潮氣的侵入。
將單個傘盤依次套上帶有護套的棒心材料上并固定位置，然后將其放置在容器中，先進行真空處理，真空度為10-2-10-3毫米汞柱，時間為30-120分鐘，再用空氣壓縮機以1-4個大氣壓力將粘合劑灌注于傘盤與護套和傘盤相互間，直至粘合劑灌滿至頂端，取出后靜置72小時，使其固化，然后進行金屬端頭組裝。
6)為了使合成絕緣子金屬端頭不被腐蝕和能應(yīng)用于直流電壓下，本發(fā)明在金屬端頭外表面噴涂耐鹽，耐酸的＃8401涂料，在涂料中加入金屬粉末以使金屬端頭的表面電導(dǎo)不降低。
7)本發(fā)明在其合成絕緣子兩端加掛直徑為200-500毫米的金屬環(huán)，以改進沿絕緣子的電壓分布，同時引離強電弧，而避免傘盤和金屬端頭被燒損。
根據(jù)上述方法制成的高電壓合成絕緣子具有1)機械強度高，可以制成高噸位荷載的絕緣子;
2)耐污濕下的放電性能好，很容易解決污穢地區(qū)的絕緣問題;
3)在任何電壓等級下都可做成單支絕緣子，而且可以橫掛，這樣將會引起桿塔的重大革新，從而可以節(jié)約輸電線路建設(shè)的投資;
4)它的重量輕，且具有柔軟性，給運輸安裝帶來極大的方便，避免了損耗;
5)制造時溫度低，小于200℃，因此可以節(jié)約大量能源等優(yōu)點。
附圖1中0為合成絕緣子本體局部剖面圖，1為外錐套，2為內(nèi)錐套，3為墊圈，4為螺絲紋扣拉環(huán)。
附圖2中0為合成絕緣子本身局部圖，1為外錐套，2為內(nèi)錐套，3為橡膠墊圈，4為螺絲紋扣拉環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種由傘盤、棒心和金屬端頭三個部件經(jīng)過粘合后組裝成的合成絕緣子，其特征是該傘盤材料是由硅橡膠加大劑量的三水合氧化鋁，經(jīng)過熱混煉而制成的；該金屬端頭的結(jié)構(gòu)是由金屬外錐套和金屬內(nèi)錐套制成的，并且在金屬端頭外表面噴涂了滲合著金屬粉末的#8401涂料。該粘合劑是由端羥基硅氧烷加二甲氧基二乙酰氧基硅烷和二特丁氧基二乙酰氧基硅烷的混合物等組成。
2.如權(quán)利要求
1所述的合成絕緣子，其特征是該合成絕緣子的傘盤材料配方成分比為硅橡膠比三水合氧化鋁＝1∶(0.5-3);其熱混煉溫度范圍為80℃-180℃。
3.如權(quán)利要求
1所述的合成絕緣子，其特征是該合成絕緣子的金屬端頭外錐套由＃45鋼或鑄鐵制成，內(nèi)錐套是由熟鐵或A3鋼或鋁合金制成，且按園心角α＝120°等分成三條寬度為δ＝1.5-2毫米的貫通的切口并在其大直徑端靠近內(nèi)孔壁處保留1×(1.5-2)毫米的薄層彼此相連不脫開。
4.如權(quán)利要求
1所述的合成絕緣子，其特征是該合成絕緣子的粘合劑配方成分比為端羥基硅氧烷比二甲基二乙酰氧基硅烷與二特丁氧基二乙酰氧基硅烷的混合物＝1∶(0.01-0.04)。
5.一種制造合成絕緣子的工藝方法，其特征是該工藝方法是將棒心材料置于盛有(JHG-200J)低粘度高溫硫化硅橡膠的容器中，然后進行硫化處理，再將擠包護套的棒心材料放入盛有硅油的容器中進行第二次真空處理，其后再將傘盤套裝在有護套的棒心材料上，接著進行真空處理，同時用高壓灌注粘合劑。
6.如權(quán)利要求
5所述的制造合成絕緣子的工藝方法，其特征是所述的真空處理的真空度為10-2～10-3毫米水銀柱;時間為30～120分鐘。
7.如權(quán)利要求
5，6所述的制造合成絕緣子的工藝方法，其特征是所述的粘合劑粘合方法中灌注粘合劑的壓力為1-4個大氣壓力。
專利摘要
一種由傘盤，棒心和金屬端頭三部分組成的高電壓合成絕緣子。該絕緣子根據(jù)棒材的特點和應(yīng)力分析設(shè)計了一種新結(jié)構(gòu)形式的端頭；其傘盤材料是采用本發(fā)明研制的以硅橡膠為基材的合成絕緣材料，耐漏電起痕和電蝕損水平大于6.0kV。該絕緣子系由新工藝方法將三部分粘合而成，具有機械和污濕下放電性能好，重量輕，有柔軟性，不易損壞，在任何等級下都可制成單支，制造時溫度不超過200℃，可節(jié)約能源等優(yōu)點。
文檔編號H01B19/00GK85101712SQ85101712
公開日1986年9月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者黃齊蒿, 歐陽民康, 華南屏, 郭慎遠, 粟福珩, 姚立寧, 涂勝金, 郭小清 申請人:武漢水利電力學(xué)院, 湖北省化學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan