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化玻璃多层伞悬式绝缘子的绝缘体的制造方法

阅读:527发布:2022-11-30

专利汇可以提供化玻璃多层伞悬式绝缘子的绝缘体的制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种在输电线路上悬挂 导线 用的双层伞(或三层伞) 钢 化玻璃悬式绝缘子的绝缘体的制造方法。该方法为,首先将绝缘体的头部和绝缘体的一个伞盘共同作为一个独立的钢化玻璃元件制造,且将绝缘体的其余的每个伞盘也分别作为各自独立的钢化玻璃元件制造,然后将这些独立的钢化玻璃元件用电绝缘的胶粘剂粘接成为一个完整的绝缘体。这是至今为止唯一的制造多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的方法。,下面是化玻璃多层伞悬式绝缘子的绝缘体的制造方法专利的具体信息内容。

1.化玻璃双层伞盘形悬式绝缘子的绝缘体的制造方法,其特征在于,首先将所说的绝缘体的头部和所说的绝缘体的一个伞盘共同作为一个独立的元件用钢化玻璃制造,且将所说的绝缘体的余下的一个伞盘也作为一个独立的元件用钢化玻璃或其它绝缘材料制造,且在每个所说的独立的元件上都安排有供粘接用的粘接面的表面,且每个粘接面的表面都与位于另一个所说的独立的元件上的该表面的对应表面在形状和大小上相互吻合;然后将这两个独立的元件用电绝缘的胶粘剂通过所说的粘接面粘接成为一个完整的所说的绝缘体。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所说的电绝缘的胶粘剂是有机合成胶粘剂。
3.如权利要求2所述的制造方法,其特征在于,所说的有机合成胶粘剂是以室温硫化橡胶为主要成份的胶粘剂。
4.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于,所说的以室温硫化硅橡胶为主要成份的胶粘剂是单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂。
5.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所说的“将所说的绝缘体的头部和所说的绝缘体的一个伞盘共同作为一个独立的元件用钢化玻璃制造”是将所说的绝缘体的头部和所说的绝缘体的下伞盘共同作为一个独立的元件用钢化玻璃制造。
6.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所说的“将所说的绝缘体的头部和所说的绝缘体的一个伞盘共同作为一个独立的元件用钢化玻璃制造”是将所说的绝缘体的头部和所说的绝缘体的上伞盘共同作为一个独立的元件用钢化玻璃制造。
7.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所说的“其它绝缘材料”是普通玻璃。
8.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所说的“其它绝缘材料”是电瓷材料。
9.如权利要求3或4所述的制造方法,其特征在于,所说的“其它绝缘材料”是高温硫化硅橡胶材料。

说明书全文

化玻璃多层伞悬式绝缘子的绝缘体的制造方法

技术领域

发明提供一种在输电线路上悬挂导线并起绝缘作用的以钢化玻璃为制造材料的具有双层伞盘或三层伞盘造型结构的盘形悬式绝缘子的绝缘体的制造方法。
(为节省篇幅,本说明书有时将“盘形悬式绝缘子”简称为“悬式绝缘子”,省略“盘形”两字;有时将“伞盘”简称为“伞”,省略“盘”字;有时将“以钢化玻璃为制造材料的绝缘子”简称为“钢化玻璃绝缘子”;有时将“绝缘子的绝缘体”简称为“绝缘子”。)技术背景悬式钢化玻璃绝缘子一旦劣化即会自动破碎,自破后通常被称为残锤的遗留部分仍有一定的机械强度,可继续悬挂导线不使其脱落。在输电线路运行过程中,巡线人员无须任何仪器,单凭肉眼观察即可发现自破绝缘子并及时换新。这是悬式钢化玻璃绝缘子的优点。
而用电瓷材料制造的悬式绝缘子无此优点。线路检修人员必须定期逐片进行测试,才可寻找出劣化变质的绝缘子。
两厢比较,使用悬式钢化玻璃绝缘子节省了许多工作量,它的这一优点受到线路运行部的欢迎。
具有多层伞造型结构的悬式绝缘子(即双层伞或三层伞悬式绝缘子)的伞盘平直,基本没有棱和沟槽,所以空气动性能好,不易积尘,雨自然清洁性能好,便于人工清扫,而且多伞盘的造型也使它有较长的爬电距离,这些优点使它特别适合粉尘较多的工业污秽地区和沙漠地区。近四十年来,大量的双层伞悬式瓷绝缘子在中国电力部门获得广泛的应用;一些三层伞悬式瓷绝缘子目前正在推广。
但是多层伞悬式绝缘子的结构较为复杂,过去只能用电瓷材料制造,不能用钢化玻璃制造。这是因为电瓷绝缘子制造厂可以用多种方法对泥坯加工成型,从而制造出结构复杂的瓷绝缘子。而玻璃绝缘子制造厂通常只采用一种方法制造悬式钢化玻璃绝缘子,即将定量的高温熔融的玻璃液浇注到模具中,再使用模具压制成型。随后还有特殊的热处理淬火工序:对从模具中取出的玻璃件进行均匀加热再均匀冷却使之钢化。受到工艺的限制,过去的悬式钢化玻璃绝缘子都是单层伞结构。
过去延长单层伞悬式钢化玻璃绝缘子爬电距离的方法主要有两种,一种方法是在伞盘的下部布置几个较长的棱,这种造型的绝缘子在国外通常被叫做防雾型,在中国被称为钟罩型或深伞棱型。这种造型虽然有较长的爬电距离,但是它的空气动力性能差,容易在棱间沟槽中积尘,不宜在粉尘较多的工业污秽地区使用。另一种方法是尽量加大伞盘直径,这种大盘径绝缘子的伞盘平直,伞盘下部没有棱和沟槽,所以被叫做敞开型或空气动力型,有时也被形象地叫做草帽型或碟型,这种造型的绝缘子确实具有不易积尘和自洁性好的优点,但它只有一个伞盘,在伞盘直径相同的情况下爬电距离比多层伞悬式绝缘子小。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的制造方法,使用此方法可以制造出具有多层伞造型结构的悬式钢化玻璃绝缘子,它的形状与现有的多层伞悬式瓷绝缘子基本相同,既有良好的空气动力性能,适合于粉尘较多的工业污秽地区,又有一旦劣化即会自破的优点,还有较长的爬电距离。
(在本说明书的以下部分,有时将“多层伞盘形悬式钢化玻璃绝缘子”简称为“绝缘子”或“多层伞绝缘子”。)本发明的构思是,将待制造的多层伞绝缘子的绝缘体(玻璃件)划分为几个小部分(称为“元件”),这几个元件各是结构简单的易于加工制造的钢化玻璃件,分别用过去的技术来制造(将熔融的玻璃液浇注到模具中压制成型再钢化),冷却后再将这几个元件用电绝缘的胶粘剂粘接成为一个完整的绝缘体。
本发明的要点有两个,一是划分方法,二是选择胶粘剂。
以下说明本发明的方案。
悬式绝缘子的任务是用来悬挂导线(还起绝缘作用),承受导线重量引起的拉力。典型的悬式绝缘子是由帽、绝缘体的头部、钢脚和胶装材料(通常为泥)等组合起来承担拉力的。伞盘只起增加爬电距离的作用,没有承力任务。在输电线路运行过程中,伞盘通常只承受自身重力和风力,受力不大。
据此确定上述将多层伞绝缘子的绝缘体划分为几个小部分的具体方案如下:将绝缘体的头部和绝缘体中的一个伞盘共同作为一个独立的钢化玻璃元件制造,为了叙述方便,现将这一元件称为“主体元件”。主体元件与过去的单层伞悬式绝缘子的绝缘体比较相似,其头部的造型结构、制造方法以及与铁帽钢脚的胶装组合技术都与过去的单层伞悬式钢化玻璃绝缘子相同,仍要承受导线重量引起的拉力,也能够承受这个拉力。将绝缘体的其余的每个伞盘也分别作为各自独立的钢化玻璃元件制造(称为“伞盘元件”)。然后将这些独立的钢化玻璃元件(即主体元件和伞盘元件)用电绝缘的胶粘剂粘接成为一个完整的多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的绝缘体。
由于伞盘的受力不大,加以胶粘剂的粘接作用,在输电线路运行过程中被粘接到主体元件上的伞盘元件不会与主体元件发生松动脱离。由于使用的胶粘剂具有电绝缘性能,在输电线路运行过程中电弧不能击穿粘接面,所以被粘接到主体元件上的伞盘元件可以起到增加爬电距离的作用。由于主体元件和伞盘元件都是结构简单便于加工成型的独立的钢化玻璃件,故在生产工艺上切实可行。由于主体元件仍然以钢化玻璃制造,故其仍有一旦劣化即会自动破碎的特点。
附图说明
以下结合附图对将绝缘体划分为几个小部分的具体方案予以详细说明:图1是本发明第一个具体划分方案的附图,是一个双层伞盘形悬式绝缘子结构示意图。
图2是本发明第二个具体划分方案的附图,是一个双层伞盘形悬式绝缘子结构示意图。
图3是本发明第三个具体划分方案的附图,是一个双层伞盘形悬式绝缘子结构示意图。
图4是本发明第四个具体划分方案的附图,是一个双层伞盘形悬式绝缘子结构示意图。
图5是本发明第五个具体划分方案的附图,是一个三层伞盘形悬式绝缘子结构示意图。
过去这些多层伞悬式绝缘子的绝缘体由电瓷材料制造,在本发明中由钢化玻璃制造。
作为本发明第一个具体划分方案的图1是一个典型的双层伞盘形悬式绝缘子的示意图。图中,1铁帽、2钢脚、3胶装材料(水泥)、4绝缘体的头部、5粘接面、6上伞盘、7下伞盘。图中,下伞盘7和绝缘体的头部4被制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件。上伞盘6被单独制造成一个独立的钢化玻璃元件。粘接面5的形状是一个圆台(见立体几何学)的侧面,由胶粘剂填充其中承担粘接与绝缘任务。
作为本发明第二个具体划分方案的图2也是一个典型的双层伞盘形悬式绝缘子示意图。图中,1铁帽、2钢脚、3胶装材料(水泥)、4绝缘体的头部、5粘接面、6上伞盘、7下伞盘。图中,上伞盘6和绝缘体的头部4被制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件。下伞盘7被单独制造成一个独立的钢化玻璃元件。粘接面5的形状是一个圆台的侧面,由胶粘剂填充其中承担粘接与绝缘任务。
作为本发明第三个具体划分方案的图3是一个双层伞盘形悬式绝缘子示意图。图中,1铁帽、2钢脚、3胶装材料(水泥)、4绝缘体的头部、5粘接面、6上伞盘、7下伞盘。图中,下伞盘7和绝缘体的头部4被制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件。上伞盘6被单独制造成一个独立的钢化玻璃元件。粘接面5的形状是一个圆台的侧面,由胶粘剂填充其中承担粘接与绝缘任务。与图1的绝缘子相比较,本绝缘子有两个特点,一是上伞盘6具有比下伞盘7更大的直径,以便获得更大的爬电距离;二是上伞盘6的靠近粘接面5的部分被特意加厚,优点是可以扩大粘接面5的面积和纵向距离,以增加粘接面的粘接力和电气强度,缺点是稍许减少一点爬电距离。在本图中,上伞盘6是一个没有头部的伞盘,其造型极为简单,制造非常容易,所以其伞盘直径可以作的比过去的钢化玻璃绝缘子(伞盘与头部一体)的伞盘直径更大,从而获得更长的爬电距离,这也是本发明的优点之一。
作为本发明第四个具体划分方案的图4是一个双层伞盘形悬式绝缘子示意图。图中,1铁帽、2钢脚、3胶装材料(水泥)、4绝缘体的头部、5粘接面、6上伞盘、7下伞盘。图中,上伞盘6和绝缘体的头部4被制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件。下伞盘7被单独制造成一个独立的钢化玻璃元件。粘接面5的形状是一个圆台的侧面,由胶粘剂填充其中承担粘接与绝缘任务。与图2的绝缘子相比较,本绝缘子的特点是上伞盘6具有比下伞盘7更大的直径,而且它的下伞盘7的靠近粘接面5的部分被特意加厚。
作为本发明第五个具体划分方案的图5是一个三层伞盘形悬式绝缘子示意图。图中,1铁帽、2钢脚、3胶装材料(水泥)、4绝缘体的头部、5粘接面、6上伞盘、7粘接面、8中伞盘、9下伞盘。图中,下伞盘9和绝缘体的头部4被制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件。上伞盘6和中伞盘8被分别作为各自独立的钢化玻璃元件制造。粘接面5的形状和粘接面7的形状各是一个圆台的侧面,都由胶粘剂填充其中承担粘接与绝缘任务。
对于三层伞盘形悬式绝缘子,除图5的方案之外,也可以将中伞盘或上伞盘与绝缘体的头部安排在一起,共同制造成一个独立的钢化玻璃元件,即主体元件,并相应地将其余的伞盘安排为伞盘元件各自独立制造。在参照上述五个附图的情况下,这两种具体划分方案是很容易作出的,故不再给出附图一一说明。至此,本说明书一共给出了七个具体划分方案。

具体实施方式

在本说明书中,“粘接面”是指两个钢化玻璃元件通过胶粘剂相互接触的部分。严格来讲,一个粘接面由两个表面和位于它们中间的间隙里的胶粘剂(胶层)组成,这两个表面也可叫做一对表面,分别位于两个被粘接的钢化玻璃元件上,互为对应表面。显而易见,本发明所提供的方法要求任何一对表面都应在产品设计时预先安排好它们的形状和大小,使之互相吻合,以便于顺利地进行胶接。(此处所说的吻合是指有益于胶接的工艺性吻合,不一定百分之百地在几何学上一致。它涉及到诸如粘接面的间隙的宽窄和夹、注胶孔洞、溢胶孔洞和沟槽等内容,属于胶粘剂行业的已有技术,本说明书不详细介绍。)就主体元件来讲,其上有特意安排好的粘接面的表面,这些表面的形状和大小与位于伞盘元件上的它的对应表面相吻合,这是主体元件与过去的单层伞悬式绝缘子的绝缘体的根本区别。由于两者的基本结构相同,因此完全可以把主体元件视为一个完整的单层伞悬式钢化玻璃绝缘子(在与铁帽和钢脚等组装之后)。
在上述五个附图中,粘接面都被设计成圆台的侧面形状,也就是通常所说的锥形套筒式粘接,这种形式的粘接面不易松动,而且在钢化玻璃元件存在尺寸偏差的情况下,容易调整获得预期的粘接面间隙(即胶粘剂的胶层厚度),在粘接操作时也比较容易校正各元件的同心度,还便于在粘接操作时排出胶粘剂中的气泡。如果将粘接面选为圆柱的侧面形状,或者阶梯圆柱的侧面形状,也并非不可。就粘接面的形状而言,还有许多方案可以选择,比如,可以在粘接面的两个表面上作出凹形键槽,嵌入钢化玻璃制作的键,共同用胶粘剂粘接固定;或在粘接面的两个表面上分别作出数个吻合对应的凹槽和凸齿,互相嵌入,用胶粘剂粘接固定;或将粘接面设计成棱柱或棱台的侧面形状。这些方案的目的通常有两个,一是扩大粘接面的面积以增加粘接力,二是避免两个被粘接的元件相互之间发生旋转松动。机械领域的技术人员对这些方案都很熟悉,本说明书不再列举。
以下介绍本发明使用的胶粘剂。
以聚酰亚胺为主要成份的胶粘剂。聚酰亚胺既是制造胶粘剂的原料,也是制造绝缘漆(漆包线漆)的原料,其体积电阻率一般为1015-1016Ω·cm,击穿强度在70kV/mm左右。此类胶粘剂的剪切强度一般为10-20MPa,可用来粘接玻璃。参考产品为上海市合成树脂研究所生产的30号胶。此胶需要较高的固化温度(280℃下2小时),对大多数制造绝缘子的钢化玻璃来讲,尚未达到使其退火的程度,但使用时宜仔细谨慎。
以硫磺为主要成份的胶粘剂。该类胶粘剂属于热熔胶类型的天然无机胶粘剂,须自行配制。配方比例如下:硫磺粉92克,液体聚硫橡胶8克。制备及使用方法:先将硫磺加热到150℃熔融,再将液体聚硫橡胶倒入,边搅拌边缓慢升温(最高不要超过190℃,并注意防火及劳动保护。),当温度高于160℃后,硫磺的粘度会随温度的升高而逐渐变大,这就使液体聚硫橡胶比较容易搅散到硫磺当中,至液体聚硫橡胶全部搅散到硫磺中后应停止升温,立即将胶液分别涂于已预热的两个被粘接的玻璃元件的粘接面上,再趁热将两个表面紧密接触粘合(注意排出空气),然后静置在室温环境中自然降温固化。被粘接表面应先行粗化处理(喷砂),并确保清洁干燥无油脂。硫磺胶粘剂可以添加填料(后述)。此类胶粘剂的主要性能指标为:剪切强度不小于2MPa,击穿强度不小于12kV/mm,体积电阻率不小于1011Ω·cm。制造成的绝缘子的最高使用温度92℃。硫磺胶粘剂属于已有的成熟技术,多用于过去的低压绝缘子制造和化工耐酸防腐,为这些专业的技术人员所熟悉。
以环树脂为主要成份的胶粘剂。环氧树脂胶粘剂具有良好的绝缘性能和粘接强度,经常在变电站用于粘接修补误碰击破的绝缘子。参考产品为中国科学院长春应用化学研究所生产的羧基丁腈增韧环氧树脂粘合剂,主要由E-44环氧树脂、液体羧基丁腈橡胶和固化剂等组成。其性能指标为:体积电阻率2.1×1015Ω·cm,击穿强度38kV/mm,剪切强度30MPa。
以聚酯为主要成份的胶粘剂。聚氨酯既是制造胶粘剂的原料,也是制造绝缘漆的原料。在建筑行业,聚氨酯胶粘剂是制造玻璃幕墙时粘接密封大面积玻璃板的胶种之一。在汽车制造业,聚氨酯胶粘剂足粘接密封风挡玻璃的胶种之一。聚氨酯的体积电阻率一般为109-1013Ω·cm,击穿强度为10-24kV/mm。此类胶粘剂的剪切强度一般为0.5-8MPa。参考产品为上海新光化工厂生产的101胶。涂胶前宜先在待粘接的玻璃表面涂底涂剂(又称底漆),以提高粘接强度。底涂剂属于胶粘剂行业的已有技术,不详细介绍。
丙烯酸酯为主要成份的胶粘剂。参考产品为四川省正光公司生产的NJ-1高强结构胶,其剪切强度大于30MPa(钢),适合于玻璃材料的粘接,体积电阻率不小于1×1012Ω·cm,击穿强度不小于50kV/mm。
以聚硫橡胶为主要成份的胶粘剂。聚硫橡胶的体积电阻率一般为1012-1014Ω·cm,击穿强度为15-20kV/mm。此类胶粘剂的拉伸强度一般为1-2MPa。与聚氨酯胶粘剂相似,聚硫橡胶胶粘剂在建筑业和汽车业是粘接玻璃幕墙、风挡玻璃的胶种之一。涂胶前宜先在待粘接的玻璃表面涂底涂剂,以提高粘接强度。参考产品为化工部锦西化工研究院生产的JLC-3501电绝缘用室温固化密封剂,主要由液态聚硫橡胶和环氧树脂等组成。
以酚-缩醛为主要成份的胶粘剂。此类胶粘剂的剪切强度一般为10-20MPa。酚醛树脂的体积电阻率一般为1012-1013Ω·cm,击穿强度为10-16kV/mm。聚乙烯醇缩丁醛的体积电阻率一般为1010Ω·cm,击穿强度为16kV/mm。参考品为上海振华造漆厂生产的缩醛烘干胶,主要由聚乙烯醇缩丁醛、201酚醛树脂和乙醇组成。
以室温硫化橡胶为主要成份的胶粘剂。室温硫化硅橡胶的绝缘性能一般为:体积电阻率1013-1015Ω·cm,击穿强度17-24kV/mm。在建筑行业,室温硫化硅橡胶胶粘剂也是制造玻璃幕墙的胶种之一,而且有取代聚氨酯胶粘剂和聚硫橡胶胶粘剂的趋势。单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂对玻璃有很好的粘合力,剪切强度一般为0.3-11MPa。单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂应用于本发明时,在粘接操作完成后,应静置15天左右才可达到粘接面深部完全固化。参考产品为上海橡胶制品研究所生产的D06RTV硅橡胶胶粘剂。
以乙烯-醋酸乙烯共聚树脂(EVA)为主要成份的热熔胶类胶粘剂。此类胶粘剂对玻璃的粘接强度一般为1.5-3MPa,体积电阻率一般不小于1015Ω·cm,击穿强度一般不小于15kV/mm。参考产品为上海印刷技术研究所生产的偏转线圈定位用热熔胶。此类胶粘剂在粘接操作时应先将被粘接的玻璃件预热。
上述胶粘剂共九种,它们的性能、制造方法和使用方法都是已公开的成熟技术,为胶粘剂行业的技术人员所熟知。所说的参考产品都是公开销售的产品,除本说明书给出的数据外,还可向生产厂家查询更详细的资料。
在本发明中,粘接面中的胶层与空气的接触部分很小,绝大多数胶层是不接触空气的,故其受环境和电晕电弧的破坏速率很轻微,一般情况下这些胶粘剂均可维持数年的运行寿命。为了延长胶层寿命,同时也为了预防胶层受潮或被意外事故引燃(比如硫磺胶粘剂有可能被雷电弧引燃),可在胶层与空气接触部位涂敷耐老化耐高温且绝缘防潮的涂料将胶层遮盖住(应完全遮盖并超过)。以氢氧化粉和气相二氧化硅粉为填料的单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂即可当作涂料使用来执行此任务,参见后述的有关本发明最佳实施例部分。
在选用胶粘剂制造多层伞悬式钢化玻璃绝缘子时应注意一定要向胶粘剂的生产厂家直接订货,订货时应讲明用途和技术要求,请生产厂在胶粘剂的原料选用、生产工序管理方面精心,保证胶粘剂的纯度,减少杂质。必要时可以添加诸如二氧化硅粉、母粉等填料以提高胶粘剂的电绝缘性。如果厂家原先添加的填料的电绝缘性不好、容易吸潮,应替换成二氧化硅粉、云母粉等。还应请生产厂调整胶粘剂的粘度,以便在粘接玻璃元件时容易将胶涂匀并排出气泡,填实间隙。在实施本发明的初期,应请胶粘剂生产厂派技术人员进行指导,这是因为每种胶粘剂产品都有自己特定的严格的粘接工艺要求,特别是对于待粘接玻璃表面的预处理要求,包括打磨、喷砂、清洁、脱脂、干燥、涂底涂剂以及粘接面的间隙配合等。
本发明的工序过程为:先按上述七个绝缘体划分方案中的任何一个进行设计,然后用过去的方法分别制造出主体元件和伞盘元件(包括浇注模压成型、钢化处理、热冷冲击试验及放置数月以发现残次品等),再对主体元件和伞盘元件上待粘接的表面进行研磨喷砂等粗化处理(如果需要的话),然后挑选主体元件与伞盘元件进行预配合,对预配合良好的成组元件应在其上画出标记并配套放置以免混乱,然后进入粘接操作工序(包括涂胶前先对待粘接的表面进行清洁脱脂干燥处理以及涂底漆、涂胶、粘合、定位、在要求的条件下固化、清理溢出的胶粘剂、涂遮盖胶层的涂料等等)制造出完整的绝缘体。后面的工作与传统的绝缘子生产步骤相同,大致包括将绝缘体与钢脚和铁帽组装成一体,养护,出厂试验等项内容。
将以上所介绍的九种胶粘剂中的任何一种与七个绝缘体划分方案中的任何一个相组合,都构成本发明的一个实施例,不再一一予以说明。
以下介绍本发明的最佳实施例。
对于双层伞悬式绝缘子,以图3所介绍的绝缘体划分方案为最佳划分方案。在大多数情况下,悬式绝缘子是铅直悬挂的,考虑到伞盘自重的影响,它比图2和图4所介绍的方案粘接面不易脱胶。另外,它比图1所介绍的方案粘接面的机械强度和电气强度高。对于三层伞悬式绝缘子,以图5所介绍的绝缘体划分方案为最佳划分方案。与另外两种未给出附图的划分方案相比较,它不易脱胶,理由同上。综合来讲,无论对于双层伞还是三层伞悬式绝缘子,将绝缘体的头部和下伞盘共同作为一个独立的钢化玻璃元件制造,并将其余的每个伞盘分别作为各自独立的钢化玻璃元件制造,都是最佳划分方案(不易脱胶)。
在上述九种胶粘剂中,单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂是最佳胶粘剂。其优点在于:具有优秀的电绝缘性、良好的耐电晕性和耐电弧性,且不易燃烧。当它以氢氧化铝粉为填料的时候,它的阻燃性能和耐漏电起痕性能可以进一步提高。当它以气相二氧化硅为填料的时候,它的物理强度可以进一步提高。
对玻璃具有有良好的粘接性能,而且粘接工艺简单,无须在粘接前对待粘接的玻璃表面进行喷砂等粗化处理,无须涂底漆(清洁、脱脂和干燥还是必要的),也无须加热加压即可固化。单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂可直接使用,无须在使用前调配。
有良好的填充密封能力,在粘接面间隙较大的情况下也能获得理想的粘接效果。从而放松了对玻璃元件尺寸偏差的要求,降低了制造难度,提高了成品率。
目前已有许多公开销售的高强度、低模量、高伸长率和高压缩强度的单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂产品。良好的弹性使其在大幅度延伸或压缩的情况下仍具有卓越的密封粘接性能,不会因热涨冷缩而与被粘接的玻璃元件脱胶。
此外它还有良好的化学稳定性、卓越的耐候性、很宽的使用温度范围、抗紫外线、抗臭氧。
室温硫化硅橡胶胶粘剂已经在建筑行业和电力行业使用数十年,分别用于玻璃幕墙,有机复合绝缘子和增爬裙等方面,预期寿命达到30年,与现有的玻璃绝缘子的寿命接近。
由于它本身就是耐老化耐高温且绝缘防潮的材料,故将其应用于本发明时,不必再在胶层与空气接触部位涂敷其他涂料。
无论对于双层伞还是三层伞悬式绝缘子,将绝缘体的头部和下伞盘共同作为一个独立的钢化玻璃元件(即主体元件)制造,并将其余的伞盘也分别作为各自独立的钢化玻璃元件(即伞盘元件)制造,然后用单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂来粘接伞盘元件与主体元件使之成为一个完整的绝缘体,这一制造多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的绝缘体的方法即为本发明的最佳下面有几点说明。
最近数十年,有机合成胶粘剂迅速发展,新品种不断推出,性能不断改进,粘接理论的研究也日趋完善。在本说明书上述的九种胶粘剂中,有八种属于有机合成胶粘剂。它们在综合性能指标和粘接操作方便程度上都好于天然无机胶粘剂(硫磺胶粘剂近年已基本被绝缘子制造业淘汰)。因此,在本说明书所说的电绝缘的胶粘剂中应该首先选择有机合成胶粘剂,在有机合成胶粘剂中又以单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂为首选。
由于用本发明制造的绝缘子在结构上与过去的悬式钢化玻璃绝缘子有区别(有粘接面),因此过去颁发的有关悬式钢化玻璃绝缘子的试验标准不会完全适用。应该在保证产品质量电网安全的前提下调整试验标准的内容。
本说明书使用的科技术语“胶粘剂”是指集粘接和密封两种功能于一身的材料,这类材料的产品名称很多,如密封胶、胶粘剂、粘合剂、粘接剂、密封胶粘剂、胶、胶液、灌封胶粘剂、灌封密封胶、胶泥、胶膏、胶水、胶浆、腻子等等。另外,在中国,硅橡胶(Siliconerubber)有时也被翻译成硅橡胶或聚硅氧烷橡胶。希望不因这些名称的不同而对本发明的权益进行曲解。
由于本发明的诞生,有可能使钢化玻璃绝缘子的制造材料发生一些变化。如前所述,伞盘元件不承担导线重量,不需要很高的机械强度,因此可以使用不作钢化处理的普通玻璃来制造,从而降低生产成本。此时要注意制造伞盘元件与主体元件的两种材料应有相近的热膨胀系数,还应选择弹性好的胶粘剂并适当安排胶层厚度。(当然,本发明仍然主张尽可能使用钢化玻璃而不是普通玻璃来制造伞盘元件,这是因为钢化玻璃耐冷热急变性能远优于普通玻璃,可以降低绝缘子在瞬间大电弧烧灼下的损坏率。)。
还可以使用电瓷材料来制造伞盘元件。电瓷是良好的绝缘体,有良好的耐冷热急变性能,许多电瓷材料与钢化玻璃有相近的热膨胀系数。当钢化玻璃生产设备紧张而电瓷生产设备闲置时,用电瓷材料来制造伞盘元件可以满足短期大批量定货要求。虽然上述九种胶粘剂都可用于涂釉的电瓷材料(伞盘元件)与钢化玻璃材料(主体元件)之间的粘接,但仍宜选择弹性好的胶粘剂并适当安排胶层厚度。
还可以使用高温硫化硅橡胶材料来制造伞盘元件。高温硫化硅橡胶是制造有机复合绝缘子的伞裙套的材料,也是制造增爬裙的材料,不仅适合于制造本发明的伞盘元件,还可因此而提高制成的绝缘子的抗污闪性能。此时应以室温硫化硅橡胶胶粘剂进行粘接,其它胶粘剂不宜使用。
无论使用上述三种材料中的哪一种来制造伞盘元件,用本发明制造的绝缘子的主体元件必须用钢化玻璃制造。此时在绝缘子中承担主要绝缘任务和主要机械任务的仍是钢化玻璃,绝缘子仍然具有很高的电气强度、机械强度以及一旦劣化即会自动破碎的特点,因此仍可将整个绝缘子视为钢化玻璃绝缘子。此时的绝缘子可以被称为“以钢化玻璃为主要制造材料的绝缘子“。
至此,本说明书已经结合附图介绍了将绝缘子划分为几个元件的具体方案,还介绍了九种适用的胶粘剂。根据已介绍的内容,玻璃绝缘子行业的技术人员与胶粘剂行业的技术人员协作即可制造出多层伞悬式钢化玻璃绝缘子。
本说明书的以下部分主要是对粘接面和胶粘剂的电气与机械性能进行分析,用以解除尚不熟悉胶粘剂的钢化玻璃绝缘子制造业人员对本发明的怀疑与偏见(对胶粘剂的性能不信任)。由于要说明的是倍数级上的裕度,所以允许有一定的误差或使用近似模型。以下仅对双层伞悬式绝缘子进行分析,其方法与结论也适用于三层伞悬式绝缘子。
前面已经提到,主体元件可被视为一个完整的绝缘子(在与铁帽和钢脚等组装之后),该绝缘子是完全按已有技术制造的,因此就其本身来讲具有可以充分信赖的机械电气性能。用电绝缘的胶粘剂将钢化玻璃(或普通玻璃等)制造的伞盘元件粘接到该绝缘子上,并不会产生负作用而降低其机械电气性能。即使万一粘接面劣化脱胶,单凭主体元件仍可保证输电线路在一般天气下安全运行。这是首先应该明确的。
用胶粘剂将伞盘元件粘接到主体元件上的唯一目的是加大爬电距离,提高绝缘子的抗污闪能力。按目前公认的电工理论,只须分析工频电压下的状态即可。
下面进入对粘接面的电气性能的具体分析。
当我们考虑粘接面的电气强度时,主要分析沿圆台的母线方向是否会发生电气击穿以及沿此方向流过的泄漏电流是否会造成过高的温升。
在输电线路实际运行时,加在不同绝缘子两端的电压是不相同的,它依线路电压等级和绝缘子位置等多种因素而变化。为了留有足够的裕度,现假定加在粘接面圆台母线两端的电压为22kV(工频交流有效值,下同)。此值大于正常情况下500kV输电线路中承担电压最大的一整片绝缘子所承担的电压21.5kV,它也大于500kV以下各电压等级输电线路中任何一整片绝缘子所承担的电压。
若按现有的双层伞悬式瓷绝缘子的实际大小制造双层伞悬式钢化玻璃绝缘子,在上述绝缘体的划分方案中任何一个粘接面的圆台的母线长度都可做到12mm。若选择胶粘剂的击穿强度大于10kV/mm(这对于上述九种胶粘剂是很容易作到的),则圆台母线的击穿电压大于120kV,是上述22kV的5.45倍,可以满足实际运行的需要。
下面考虑流过粘接面的泄漏电流及其引起的温升。为简化起见,我们假定粘接面是一个横截面为环形的空心圆柱,其柱高(母线长度)为12mm,环形宽度(即胶层厚度)为0.5mm,环形的内圆直径为110mm。若选择胶粘剂(胶层)的体积电阻率为1×1010Ω·cm(对于上述九种胶粘剂这也是很容易作到的,而且通常认为这是电绝缘材料的标准下限,若再低即被视为半导体材料),可以算出该空心圆柱沿母线方向的体积电阻为6.9×109Ω。现仍假定加在母线两端的电压为22kV,则穿过该空心圆柱(胶层)的泄漏电流为3.19×10-6A,电功率为7×10-2W(瓦),发热点均匀分布在整个粘接面上,还可算出粘接面的面积(空心圆柱的侧面积)约为41cm2,则每2cm2粘接面的电功率为3.4×10-3W,是一个同等面积的手电筒灯泡(按0.55W计)的160分之一。这样小的电功率不会给粘接面造成显著的温升而使胶层劣化。由此可见,若选择胶粘剂的体积电阻率在1×1010Ω·cm以上,不会有能使胶层劣化的电热问题发生。
应该指出,上述粘接面圆台母线两端电压为22kV的假定比实际情况要大很多。在输电线路实际运行时,按本发明所提供的方法制造的绝缘子,粘接面总是与主体元件上的伞盘相串联(还与它所粘接的伞盘元件相并联)共同承担加在绝缘子上的电压。除非在某种特殊情况下主体元件上的伞盘丧失了绝缘能力(比如大雾环境污闪事故发生前的瞬间,仅仅是瞬间,该伞盘有可能完全被电弧短接),粘接面不会单独承担本应由整片绝缘子(两个伞裙)共同承担的电压,电发热情况比上述分析还要小很多。
有时人们将悬式绝缘子看作是一个电容器,铁帽和钢脚分别是电容器的两个电极,关注该电容器的电场情况。此时悬式绝缘子的基本电场在铁帽的内部,在钢脚上端与铁帽内壁之间。用本发明所提供的方法制造的绝缘子,处在基本电场中的介质仍是钢化玻璃。粘接面位于边缘电场中。所以胶粘剂介电常数的大小不会引起该电容器的电位梯度和电容量发生较大变化。
下面对粘接面的机械性能进行分析。
伞盘在输电线路运行过程中只承受自身重力和风力。若按现有的双层伞悬式瓷绝缘子的实际大小制造双层伞悬式钢化玻璃绝缘子,输电线路设计人员可以算出,对于一个伞盘,即使在风速高达35m/sec(35米/秒)的情况下,这两个力的合力也不会超过200N(约20kgf)。如果将对胶粘剂的粘接强度的要求选择为0.25MPa(25N/cm2,约2.5kgf/cm2,对于上述九种胶粘剂这也是很容易作到的),粘接面的面积仍按41cm2计,则整个粘接面的粘接力,即它所能承受的机械载荷超过1000N(约100kgf),是200N的5倍,可以满足需要。
由于风的多变性,粘接面在实际运行时的受力方向极其复杂。而胶粘剂的粘接强度又可细分为剪切强度、拉伸强度等多种。由于本发明采用的锥形套筒式粘接面是一种较好的结构形式,又有5倍的裕度,所以本说明书对粘接强度、剪切强度、拉伸强度这些技术术语不作细致的区分。
综上所述,如果选择的胶粘剂具有粘接强度大于0.25MPa,体积电阻率大于1×1010Ω·cm且击穿强度在10kV/mm以上,应用于本发明即可保证输电线路的安全运行。对于上述九种胶粘剂来讲,这些都是很容易作到的。
通过以上分析还可看出,能够胜任于本发明的胶粘剂类别和产品是非常多的,绝不仅限于上述九种,每位熟悉胶粘剂行业的技术人员都可补充许多。这是因为一方面粘接强度大于0.25MPa的要求对于胶粘剂产品比较宽松,玻璃又是一种易于粘接的材料;另一方面制造有机合成胶粘剂的原料多为橡胶和树脂类高分子聚合物,它们大都属于电绝缘材料。
由于多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的优点是显而易见的,本发明又是至今为止唯一的制造多层伞悬式钢化玻璃绝缘子的方法,故对其优越性不再赘述。
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