阻燃矿用轻型橡套软电缆

　　核心词：矿用 橡 电缆 
　　挂网绝缘子在长期运行中会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响,在电气上承受强电场、雷电冲击电流、工频电弧电流的作用,在机械上承受长期工作荷重载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用,其绝缘性能和机械承载能力的好坏将直接影响到整条线路的安全稳定。目前我国架空线路广泛使用的绝缘子主要有三种即瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子,研讨三种挂网绝缘子在运行中出现的问题及对策措施,对提高电网线路运行可靠性很有必要。瓷绝缘子无机绝缘材料是采用高质量的塑性黏土加石英砂和微晶化岗岩,经过一定配方,使介质特性改善,在绝缘子表面覆以厚薄均匀而光亮的瓷釉,经过1300℃左右烧结,使之成为耐压强度高、绝缘性能好的的瓷质材料。泥坯经高温烧结成一种多晶体,其显微结构由多晶体、玻璃相和气孔组成,是一种非均质材料。但这种高硅质瓷质绝缘子的抗弯和抗拉强度较低,在介质材料配方中增加适量的氧化铝,瓷绝缘子抗弯和抗拉强度得到了明显提高。玻璃绝缘子用的介质材料是细粒石英砂、白云石、石灰石和长石等矿物原料,以及纯碱、碳酸钾、氟硅酸钠和芒硝等化工原料,按钢化玻璃的配方要求配制,经过1500℃左右高温熔融成透明的玻璃体后,进行钢化技术热处理,使制品预应力均匀分布,这样就提高了它的机电强度和冷热性能。复合绝缘子硅橡胶伞裙为高分子聚合物,主要成份是聚硅氧烷,是以Si-O键为主链的有规则重复排列的长键有机基聚合物,硅橡胶分子主链中的Si-O链的离解能比一般高分子有机材料高得多,其有机侧基无不饱和链,因此硅橡胶的化学稳定性高,具有优良的耐高温性和耐热氧化性,可以在200℃下长期工作,有优异的耐臭氧老化性和耐紫外线光照,户外暴晒若干年后性能无变化。
　　1、阻燃矿用轻型橡套软电缆:使靠近导线的瓷绝缘子承受绝缘子串中最高的电压
　　挂网运行绝缘子串对地及导线的电容不对称分布,使得绝缘子串中靠近导线的瓷绝缘子承受的电压最高,中间瓷绝缘子的分布最小,靠近横担接地侧的瓷绝缘子电压分布又比中间高。玻璃绝缘子介电常数为7-8,是瓷绝缘子的1.2～1.6倍,这使得玻璃绝缘子有较大的主电容,当绝缘子成串使用时,每片绝缘子对地和对导线的旁路电容的影响相对较小,故成串的电压分布也较瓷绝缘子更为均匀,有利于降低靠导线侧和接地侧绝缘子所承受的电压。而复合绝缘子在工频电压下表面场强和电压分布极不均匀,靠芯棒和金具连接处场强最高达6.5kV/cm,靠近高压端第一个伞裙上的分布电压最高。玻璃绝缘子的电击穿强度为1350～1700kV/cm,是瓷绝缘子的3.4～4.3倍,所以在机械强度和击穿电压相同的情况下,玻璃绝缘子的厚度比瓷绝缘子小,重量轻。工频闪络试验表明,复合绝缘子的工频干闪电压比瓷绝缘子串的略高,而工频湿闪电压比瓷绝缘子的高15%。

雷电冲击闪络试验表明,复合绝缘子的雷电冲击50%放电电压比瓷绝缘子约高5%。玻璃绝缘子在遭受雷电弧冲击后,表面剥落一层玻璃,新表面仍是光滑的玻璃体,绝缘强度不会下降,仍可长期运行。而瓷绝缘子在经电弧烧伤后,表面的釉层剥落,露出瓷体,容易积污,导致绝缘性能下降,所以遭雷击烧伤的瓷绝缘子必须更换。质量良好的复合绝缘子在雷击后一般只留下白色电弧痕迹,并不影响其使用,也不需要更换。瓷质、玻璃绝缘子串与复合绝缘子串的雷电冲击放电特性,均由其两端金属间的距离决定,在相同的环境条件情况下,绝缘子串两端金属间的干弧距离相同,其冲击放电电压值基本相同,如绝缘子串安装有均压环,干弧距离就是环间距离,此时的冲击放电在均压环间发生,与绝缘子串是否瓷质、玻璃或硅橡胶材质无关。瓷绝缘子和玻璃绝缘子表面能比较高,属亲水性,被水浸润后形成连续水膜,易形成导电通路,致使沿面泄漏电流较大,抗污闪能力差。同时玻璃绝缘子的自洁性能比瓷绝缘子好,雨水可将其表面的污秽冲刷干净,其积污量比瓷绝缘子小。复合绝缘子的伞盘具有良好的憎水性,因而具有很高的污闪电压,为同等条件下瓷绝缘子的3～4倍,能有效地防止污闪事故的发生。在污秽比较严重的地区,若要选用玻璃绝缘子,优先选用表面光滑易清扫的空气动力型玻璃绝缘子。玻璃绝缘子经过钢化,在表层形成很大的压应力足以阻止表面微裂纹的形成和扩展。试验表明,瓷的拉伸强度为39.23MPa,而钢化玻璃的拉伸强度可达88.26MPa。复合绝缘子的芯棒由环氧玻璃纤维制成,其拉伸强度为980～1176MPa,是普通钢的1.5倍,是高强瓷的3～4倍。相对瓷、玻璃绝缘子,复合绝缘子轴向拉力特别强,并具有较强的吸振能力,抗震阻尼性能很高。瓷绝缘子的劣化失效表现形式为经过长时间运行后,材料老化,其绝缘性能降到很低甚至为零。
　　2、阻燃矿用轻型橡套软电缆:玻璃绝缘子的劣化失效为零值自爆
　　玻璃绝缘子劣化失效表现为零值自爆,"自爆"是玻璃钢绝缘子劣化失效的唯一表现形式。复合绝缘子劣化失效的表现形式为伞裙硅橡胶蚀损以及隐蔽"界面击穿",憎水性减弱或消失,导致复合绝缘子电气绝缘性能降低。玻璃绝缘子的自爆率不同于瓷绝缘子的劣化率和有机复合绝缘子的老化率,玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露,随着运行时间的延长,自爆率呈逐年下降趋势;瓷绝缘子的劣化率属后期暴露,随着时间延长,在机电联合负荷的作用下,其劣化率会逐渐增加;有机合成绝缘子由于有机材料本身的老化特性,其老化率及劣化率随着运行时间延长会增大。瓷绝缘子瓷件吸湿性劣化,由于制造方面的原因,原料配方不当,粉碎粒度不均匀,烧烤火力不足等可能会造成吸湿性气孔,这些细微气孔若和瓷裙表面的釉面的微裂隙相吻合,就会不断的从空气中汲取水分,使绝缘电阻逐年下降,最终形成低值或零值瓷瓶;瓷绝缘子内在缺陷造成的劣化,因制造原因筛选不好和烧结不好,造成瓷质中含有导电物质、溶洞、针孔、小裂纹、冲撞性损伤等形成瓷绝缘子的隐性劣化;瓷绝缘子热膨胀造成的劣化,瓷的热膨胀系数3-5×10-61/℃;水泥则为10×10-61/℃;金属则为12×10-61/℃,当这些材料紧密粘接各自不能自由膨胀时,一旦温度出现急剧变化,将有可能产生很大温差应力,导致水泥开裂或瓷件裂纹;瓷绝缘子浇装水泥化学膨胀造成的劣化,水泥是绝缘子的粘结剂,浇装完水泥体积随着硬化将缩小,随后在运行中又吸收水份和二氧化碳并逐步时体积增大,这种现象称为化学膨胀,亦称为饱和膨胀,水泥的弹性系数不超过瓷的1/3,故应力很小,在一定温度条件下,高硅质瓷的绝缘子水泥膨胀大0.3%,可引起瓷头炸裂,高铝质瓷绝缘子水泥膨胀大0.5%,可引起瓷头炸裂,导致绝缘击穿;过电压造成的瓷绝缘子劣化,瓷绝缘子承受外部过电压(雷电)和内部过电压(操作谐振)会产生闪络放电,因电弧引起的表面灼伤,使绝缘电阻下降,在电场中表面污脏可使电弧沿表面放电,造成跳闸,每施加一次高电压,可使电瓷件受到陡波冲击,产生类似材料的疲劳,导致绝缘子劣化,特别是在污湿状态下,瓷瓶串中又有零值、低值绝缘子存在时,改变了电压分布,使它加速达到疲劳极限和环境极限导致闪络跳闸。玻璃绝缘子对钢化后的玻璃料的化学均一性要求很高,若玻璃件中含有微粒杂质是导致自爆的主要原因,钢化后的玻璃件,其表面层形成压应力,内层形成张应力。两层应力在玻璃件内呈相对平衡和均匀分布。杂质若在张应力区或张、压应力的交界处,则容易自爆;如果玻璃在熔制过程不均匀,矿用橡套电缆在液流作用下或搅拌过程中,均化时形成而尚未扩散的细小条纹或钢化玻璃在冷却、成型时产生细小条纹,导致内应力集中,是致使玻璃绝缘子在钢化时或钢化后产生自破的又一内因。玻璃绝缘子自破的另一个原因与受力的大小有关,玻璃是脆性材料,它不像金属材料那样在破坏前有一个塑性变形的过程,玻璃绝缘子在外力作用下,当承受的应力大于允许的弹性极限时,就要破碎。
　　3、阻燃矿用轻型橡套软电缆:外层承受拉应力；在加热过程中
　　导致玻璃绝缘子自爆的第三个原因是激烈的温差,因为玻璃的导热性能很差,玻璃在急剧的冷却过程中,使内层产生压应力,外层承受张应力;而在受热过程中,外层承受压应力,内层承受张应力。而抗张强度又远小于抗压强度,所以玻璃绝缘子急冷比急热更容易自爆。复合绝缘子在电气和环境应力的联合作用下,表面的干带电弧引起材料的蚀损或起痕、水分、电蚀、环境因素等化学污染都能造成硅橡胶材料的电气破坏。复合绝缘子的憎水性丧失原因主要是电老化,风吹过复合绝缘子串形成涡流,使较重的粉尘和其他污秽物飘落在绝缘子表面,在紫外线和机械力的联合作用下造成表面轻微腐蚀,表面粗糙度增加,形成隐形细小的龟裂,表面上附着了污秽层。不断扩散的低分子聚合物迁移伞套表面并植入污秽层内,使污秽物表面覆盖着很薄的硅氧分子聚合物。在恶劣天气中,如大雾、露、高湿度天气,小水珠与粉尘的湿沉降相结合形成污水滴,穿过硅氧分子聚合物层形成导电层,促使泄漏电流由电容性演变成电阻性。由于污秽层的不均匀分布和湿润使绝缘子表面产生局部多点高压部位,从而发生点状放电。放电消耗了小水滴周边的聚合物薄层,损坏了硅橡胶的憎水性。表面憎水性的破坏造成水珠连成水膜,形成连续的导电层,使泄漏电流进一步增大。不同干燥区形成了不均匀的电压分布,会产生电弧放电,使表面进一步丧失憎水性,干燥区将进一步延伸,放电和局部电弧使绝缘子表面严重蚀损,造成伞裙表面老化。周而复始放电最终会造成绝缘子表面永久性劣化,憎水性永久性丧失。盘形悬式瓷绝缘子在长期挂网运行中,个别绝缘子会出现劣化,变成低值或零值绝缘子。当该串绝缘子遭受雷击或污闪时,零值、低值的绝缘子被击穿,系统瞬间接地短路所流过很大的泄漏电流和工频续流会从零、低值绝缘子钢帽-钢脚内部路径通过,在极短的时间内使钢帽内瓷体、胶合水泥等微裂纹内部的水分、气体等急速热膨胀,钢帽无法承受系统短路电流从内部通过时所产生的热膨胀应力,造成老化绝缘子的头部瞬间过热而爆炸,引起绝缘子串断裂。玻璃绝缘子发生自爆后,在遭受雷击时其电弧电流将钢帽边缘和钢脚杆径直接连通,不可能绕道钢帽内部形成通道。同时玻璃绝缘子的玻璃件由于其独特的内在结构和先进的制造工艺保证,玻璃体伞盘自爆后,钢帽及钢脚连接体残锤的碎玻璃因自破时产生一种膨胀力,将钢脚卡死在钢帽内,不会发生松动或脱落,因此玻璃绝缘子零值自爆后,遭遇雷击闪络不会引起掉串和导线落地事故。复合绝缘子掉串通常是由芯棒脆断引起,这种现象在超高压线路中尤为突出。造成芯棒断裂的主要原因是绝缘子高压端部密封性能不良,芯棒截面受到酸性物质的腐蚀。复合绝缘子沿面场强和分布电压将显得极不均匀,导线侧约6%长度的绝缘子串上要承受25%～30%的运行电压,导线端高电场和电场畸变引起硅橡胶电蚀穿孔、漏电起痕、接头密封损坏,潮湿的大气中放电产生的酸液侵入芯棒的玻璃纤维后造成芯棒酸蚀碳化,导致复合绝缘子发生脆断事故。
　　4、阻燃矿用轻型橡套软电缆:应仔细检查新安装的瓷绝缘子的外观
　　对新安装的瓷绝缘子要进行认真外观检查,使用5000MΩ绝缘摇表逐片测量,对低于500MΩ的绝缘子坚决剔除;加强定期监测,应在瓷绝缘子投运后1～3年内进行测零和测量分布电压,发现零值和低值绝缘子必须立即更换;定期抽查绝缘子,进行电气试验和拉力试验,试品应选取山头、大跨越、风口、河湖湿地区、严重污秽区、雷击区、鸟害区、腐蚀区的绝缘子做试验样本,有代表地进行分析,对危险点采取必要的技术措施;加强对瓷绝缘子的盐密和灰密监控测量,根据饱和盐密配置外绝缘,根据测量结果指导盐密清扫或喷涂PRTV涂料。加强定期监测,应在钢化玻璃绝缘子投运后1～2年内,内部缺陷劣化高发期,对自爆进行认真统计,发现自爆率成上升趋势,应提高警惕,及时采取技术措施。
　　5、阻燃矿用轻型橡套软电缆:加强对钢化玻璃绝缘子盐密
　　加强对钢化玻璃绝缘子的盐密和灰密监控测量,根据饱和盐密配置外绝缘,根据测量结果指导盐密清扫或喷涂PRTV涂料;玻璃绝缘子自爆后,运行维护部门应及时更换,防止在再次遭受雷击、污闪等过电压时,发生电弧弧根产生高温烧损、烧断钢脚引起掉线事故。加大复合绝缘子检测力度,采取登塔观察绝缘子表面颜色、停电使用仪器进行憎水性监测,当发现伞裙表面粉化裂纹或被电弧严重烧伤、护套破损、端部附件连接部位密封破坏或出现滑移、憎水性丧失严重,应及时更换。对发生过憎水性丧失的地方再安装复合绝缘子建议选用在横担侧加大伞裙半径,中部加大伞裙半径,导线端加大伞裙半径的复合绝缘子。针对由密封破坏导致发生芯棒脆断的防范措施,一是金属附件连接区和复合绝缘子其他暴露在空气中的连接区必须采用高温硫化工艺、整体注射成型工艺、压接式连接新工艺使得密封性能提高,同时采用具有耐酸性能的芯棒;二是改进均压装置,复合绝缘子上下两端圆形均压环必须安装正确,不得反装,均压环要罩入屏蔽住2～4个伞裙,保护两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能破坏。认真做好全部瓷绝缘子定期检测工作,发现零低值或损坏的绝缘子必须及时进行更换。玻璃绝缘子适用于较为清洁和需抵抗外力的环境,如强风区、覆冰舞动地区或多雷区。
　　6、阻燃矿用轻型橡套软电缆:停电时应监测不同环境下复合绝缘子的憎水性
　　停电检修期间做好不同环境复合绝缘子憎水性监测。针对复合绝缘子芯棒脆断,建议采用高温硫化、整体注射成型、端部连接新工艺及改进均压装置提高密封性能,同时选用耐酸性芯棒等技术措施杜绝复合绝缘子掉串事故。强风区、覆冰舞动地区或跳线绝缘子一般不选用复合绝缘子,选用喷涂PRTV涂料玻璃绝缘子;多雷区线路不宜使用瓷绝缘子,使用复合绝缘子应加长10%～15%。
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