山东平邑供电公司武怀永

复合尽缘子重轻、防污性能好、防工钱破坏性能强等点，日益获得用户的接待，在城农网改造工程中成为尽缘子行的主力军。作为尽缘子主要应具有两项基本的要求，即外尽缘性能和稳定的力学性能，两者一样重要，缺一不成，因而研究复合尽缘子的力学性能是我们进一步拓展复合尽缘子市场的重要一环。复合尽缘子的外尽缘由硅橡胶来提供，其机械负荷主要由内部的玻璃纤维引拔棒提供，同时触及到金具与玻璃纤维引拔棒的毗连。是以对复合尽缘子力学性能的研究分析，是平安运行的要害。

1端部金具毗连结构与芯棒哄骗率

复合尽缘子主要靠单向玻璃纤维增强的树脂引拔棒（俗称芯棒）来承当机械负荷。玻璃钢引拔棒突出的性能特点即很高的拉伸强度和比强度。引拔棒中的玻璃纤维沿轴向承载标的目的的顺向排列，使其具有很高的轴向拉伸强度，一般可达1000MPa以上。因而直径仅18mm的引拔棒，其拉伸破坏强度即可到达250kN以上。又由于引拔棒的密度一般只为2.0g/cm3,因而其比强度（拉伸强度与重之比）为碳素结构钢的5～6倍。引拔棒的高强度、高比强度的特点，正是复合尽缘子强度高、重轻、杆径细的根蒂根基。

虽然复合尽缘子完全依靠玻璃纤维引拔棒来承当机械负荷，然而芯棒的强度其实不等于复合尽缘子的强度，这是由于芯棒必需经由过程尽缘子的端部附件传递负荷，才能与输电线路的杆塔及导线相毗连。而端部毗连处必然是机械应力集中的地方，分歧的毗连结构也会致使分歧的应力集中水平，是以复合尽缘子的机械强度现实上更多地不是取决于芯棒的机械强度，而是其端部毗连的机械强度，也就是芯棒的哄骗强度。采用一样芯棒而分歧毗连结构的复合尽缘子，其机械强度是分歧的，是以对芯棒的哄骗强度是分歧的。

国内外复合尽缘子依照毗连结构划分，主要有楔接式和压接式两类，今朝以压接式为主要采用形式。压接式生产自动化水平高，外形尺寸小，简洁美观，不管是金具加工仍是压接配合都较简单、清晰。我公司采用该种毗连结构已有4年了，从实验效果和运行后的抽检可以看出，毗连效果很好。压接式毗连区对芯棒和金具的尺寸精度、压接时芯棒损伤水平的探测、金具镀锌层等都有很高的要求。压接式属于非自锁性结构，必需完全靠预压力发生的金具塑性变形来抵御运行中可能泛起的任何滑移，而且由于芯棒与金具的热膨胀系数有较年夜差异，低温时芯棒尺寸的收缩比金具年夜，从而要求在压接生产进程中施加足够的预压缩力，以保证在低温情况下金具中仍有足够的压缩。高温时芯棒尺寸的膨胀又比金具年夜，从而加年夜了内应力，为解决这个问题，我们采用国内外早进的声发射探测的压接工艺，效果秀。

楔接式毗连结构有内楔和外楔之分，都是哄骗自锁原理。外楔式接头由于运行效果欠好，在运行中抽查发现了机械负荷较着下降的现象，从而被国内电力部门及生产厂家所遗弃。内楔式是在尾端启齿的金具上采用正向打楔的装配工艺，同时控制压楔的位移与压楔力，可以免毗连区在预拉伸负荷下的位移，实现较好的端部密封。而且内楔式属于自锁紧式结构，在持久的运行中，一旦碰着较年夜的冲击负荷或严重的低温等意外情况，芯棒发生细小的滑移时，自锁紧式结构可以保证芯棒重新夹紧。国内数十万只复合尽缘子采用这类结构形式，运行效果较好。可是由于该工艺破坏了芯棒，同时工钱影响较年夜，生产成本高，工艺复杂，只有少数厂家采用。

2复合尽缘子的机械强度与蠕变特征

瓷尽缘子的机械强度用机械破坏负荷一个参数就能够了，而复合尽缘子仅用额定机械负荷一个参数却不够，还需要加上机械强度的蠕变斜率来配合评价。

所谓机械强度的蠕变，就是当对复合尽缘子施加一个低于其短时破坏负荷的机械拉力时，复合尽缘子显然不会立即断开，但经过一按时间后，虽然该拉力一直恒定并未增加，但复合尽缘子却断了。施加的机械负荷越高，复合尽缘子所维持的时间就越短，施加的机械负荷越低，复合尽缘子所维持的时间就越长。好比在100的破坏负荷下，复合尽缘子在1min左右就断了，在60的破坏负荷下，复合尽缘子至少能维持96h以上才断，在40的破坏负荷下，复合尽缘子可以维持50年左右才断。这类机械强度随加载时间延长而下降的现象就是蠕变现象。

复合尽缘子存在机械强度的蠕变现象，是由于承当机械负荷的芯棒的复合结机关成的。在芯棒中所采用的无碱玻璃纤维直径约5～20mm，而玻璃纤维所占体积达50～70甚至更高一些。因而在直径18mm的芯棒中就有上百万根玻璃纤维，这上百万根玻璃纤维是不成能同时断裂的。首先由于在复合尽缘子的毗连结构中，不成避免的存在着应力集中问题，即在芯棒内部各点所遭到的机械应力分歧，在芯棒内部这上百万根玻璃纤维的状态也分歧。有的纤维弯有的纤维直，即使芯棒遭到的是宏观上平均的拉伸负荷，这些纤维的受力状态也必然很不不异。再说这上百万根玻璃纤维自己的破坏强度也不会完全不异，即使遭到不异的拉力，这些纤维也不会同时被拉断。基于以上分析，我们可以看到在复合尽缘子上施加一个低于其短时破坏强度的机械负荷时，尽缘子虽没有立即断裂，但芯棒内部的某些纤维由于遭到跨越其自己强度的负荷已断了。这些断了的纤维原先承当的负荷只好转移给四周的纤维，从而加年夜了四周纤维的平均应力。若四周的纤维能够承当这些附加的负荷，则芯棒的内部破坏进程就遏制了，若四周的纤维承受不了这些附加的负荷，芯棒的的纤维就继续断裂，需要更年夜范围内的纤维来承当。从而浮现出断裂纤维逐渐增多，残剩纤维平均受力逐渐加年夜，芯棒的整体强度逐渐下降的蠕变现象。

玻璃纤维引拔棒的蠕变现象其实不可怕，由于在负荷低于一定的机械负荷之下没有或少少有纤维断裂，蠕变进程就遏制了。而设计进程中已留下了足够多的裕度，芯棒的破坏强度很高，运行中尽缘子的日常机械负荷又很低，一般不足以引发芯棒的蠕变破坏。

3分歧毗连形式对复合尽缘子机械负荷的影响

从今朝的研究分析可以发现，复合尽缘子机械负荷的控制要害，是金属附件与芯棒的毗连区的控制，我们前面已分析过存在的毗连形式。外楔式毗连形式与压接式采用的原理不异，都是给芯棒一个预应力，从而在两者之间发生静磨擦力实现机械负荷的传递。但外楔式的楔片在庞大的压力作用下与金具的内腔发生了较强的份子运动，由因而统一种材料，随着时间的延续，两者就成了一个整体。又由于芯棒和金具有着分歧的膨胀系数，在膨胀系数纷歧致的情况下，就发生了芯棒与金具的滑移。一旦泛起滑移，其机械负荷就会进一步的下降，同时引发端部封口区的护套断裂，密封损坏又引发进水，给芯棒的水解缔造了条件，致使芯棒进一步破坏，后致使尽缘子在毗连区的断裂。

内楔式毗连结构采用自锁原理，其错误谬误是生产时要先对芯棒锯一个缝，其实也就下降了芯棒自己的机械强度。在锯开的缝中心打进一个楔片，对芯棒发生了一个很年夜的应力。另外在锯缝的时辰其对称性不轻易控制，不合错误称的芯棒所受的应力不平均，更轻易损坏。由于采用自锁式结构，因而一般不会泛起抽芯现象，但不合错误称轻易造成一半芯棒断裂。金具的加工要求高，装配的手工工序多而且严酷，所以很少采用。

压接式是今朝国内外配合认可的很受接待的毗连形式，其原理是金具平均的周边压力，使金具发生塑性变形，给芯棒一个预应力，从而在芯棒和金具之间发生静磨擦力，实现毗连。由于金具内腔与芯棒是无锥度的配合，芯棒遭到四周平均的预压力，应力集中现象获得很好的控制。该工艺操作机械化水平高，金具小巧美观，生产成本低，获得了普遍运用。

4复合尽缘子的芯棒脆断

玻璃属于典型的脆性材料，因而玻璃纤维引拔棒在受拉力断裂时与受力标的目的垂直且滑腻平整的断口形态，被描写为脆性断裂或脆性破坏。玻璃纤维引拔棒这类纤维增强类复合材料的正常断裂形态，凡是是增强玻璃纤维在芯棒中分歧位置的断裂，并同时伴有年夜的纤维与基体树脂的分手分层现象，断口粗拙，就好象折断的竹竿或甘蔗那样，被称为分层破坏。可是玻璃纤维引拔棒或复合尽缘子在一定条件下却可发生脆性断裂，断口平整而滑腻，就好象没有任何纤维，断面垂直于芯棒轴向的受力标的目的。复合尽缘子的这类脆性断裂之所以非分特别遭到关注，其实不是一种怪异的断裂形式，而主要是在完全意外的的情况下发生的。所谓意料之外，一方面是指脆性断裂的负荷远低于正常断裂负荷，好比在正常破坏负荷的30以下就可能发生脆性断裂；从另外一方面说，脆性断裂的时间有不成预见性。凭据运行经验，脆性断裂的时间无纪律可寻，长的可以运行数年，短的也就是几个月就断裂了。

基于以上两点，对复合尽缘子的脆性断裂，从生产研究人员到广年夜的电力用户都很重视脆性断裂问题。凭据多年的研究发现，基本认定是应力侵蚀酿成的，在酸性溶液与机械负荷的配合作用下，酸性溶液侵蚀耐酸性能其实不好的玻璃纤维，使纤维发生细小的裂纹。假若纤维已存在细小的裂纹可以促使细小裂纹进一步加年夜，在其实不高的外在平均机械应力作用下，纤维细小裂纹尖真个机械应力却可以年夜年夜增加，使纤维起头断裂，造成纤维裂纹的不竭扩大，裂纹前真个应力侵蚀进一步加重，从而使芯棒在很低的负荷下就发生了断裂。至于酸性溶液普遍认为是由于复合尽缘子的护套或端部密封失效，致使外界水份进进，水份在强电场作用下，或在局部发生微弱的放电而发生的。

从以上的分析可以看出，提高复合尽缘子的耐应力侵蚀性能的途径有两种。其一是提高复合尽缘子的护套性能和端部密封水平，完全避免水份的侵进；另外一途径是提高复合尽缘子用玻璃纤维引拔棒的耐应力侵蚀性能，好使用耐酸芯棒。

尽缘子的断裂会造成导线落地，脆性断裂的严重性不言而喻。但脆性断裂的发生几率极低，在国内运行的上百万只复合尽缘子中几只断裂，因而复合尽缘子是可以值得相信的产物，非凡是今朝生产厂家在芯棒的采用、护套的生产和端部的密封上都有了年夜幅度的提高，只要生产和使用部门协作一致，一定会对脆性断裂事故获得控制。

从以上分析可以得出采用进步前辈的有运行经验的毗连方式，严酷的生产工艺治理，做好对芯棒的庇护，采用耐酸性芯棒，复合尽缘子就会有靠得住的机械性能。