復(fù)合絕緣子重量輕、防污性能好、防人為破壞性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，日益得到用戶的歡迎，在城農(nóng)網(wǎng)改造工程中成為絕緣子行業(yè)的主力軍。作為絕緣子主要應(yīng)具備兩項(xiàng)根本的要求，即外絕緣性能和穩(wěn)定的力學(xué)性能，二者同樣重要，缺一不可，因而研究復(fù)合絕緣子的力學(xué)性能是我們進(jìn)一步拓展復(fù)合絕緣子市場(chǎng)的重要一環(huán)。復(fù)合絕緣子的外絕緣由硅橡膠來(lái)提供，其機(jī)械負(fù)荷主要由內(nèi)部的玻璃纖維引拔棒提供，同時(shí)涉及到金具與玻璃纖維引拔棒的連接。因此對(duì)復(fù)合絕緣子力學(xué)性能的研究分析，是安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

　　端部金具連接結(jié)構(gòu)與芯棒利用率

　　復(fù)合絕緣子主要靠單向玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂引拔棒(俗稱芯棒)來(lái)承擔(dān)機(jī)械負(fù)荷。玻璃鋼引拔棒*突出的性能特點(diǎn)即很高的拉伸強(qiáng)度和比強(qiáng)度。引拔棒中的玻璃纖維沿軸向承載方向的順向排列，使其具有很高的軸向拉伸強(qiáng)度，一般可達(dá)1000 MPa以上。因而直徑僅18 mm的引拔棒，其拉伸破壞強(qiáng)度即可達(dá)到250 kN以上。又由于引拔棒的密度一般只為2.0 g/cm3,因而其比強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度與重量之比)為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的5～6倍。引拔棒的高強(qiáng)度、高比強(qiáng)度的特點(diǎn)，正是復(fù)合絕緣子強(qiáng)度高、重量輕、桿徑細(xì)的基礎(chǔ)。

　　雖然復(fù)合絕緣子完全依靠玻璃纖維引拔棒來(lái)承擔(dān)機(jī)械負(fù)荷，然而芯棒的強(qiáng)度并不等于復(fù)合絕緣子的強(qiáng)度，這是因?yàn)樾景舯仨毻ㄟ^(guò)絕緣子的端部附件傳遞負(fù)荷，才能與輸電線路的桿塔及導(dǎo)線相連接。而端部連接處必然是機(jī)械應(yīng)力*集中的地方，不同的連接結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致不同的應(yīng)力集中程度，因此復(fù)合絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度實(shí)際上更多地不是取決于芯棒的機(jī)械強(qiáng)度，而是其端部連接的機(jī)械強(qiáng)度，也就是芯棒的利用強(qiáng)度。采用同樣芯棒而不同連接結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子，其機(jī)械強(qiáng)度是不同的，因此對(duì)芯棒的利用強(qiáng)度是不同的。

　　國(guó)內(nèi)外復(fù)合絕緣子按照連接結(jié)構(gòu)劃分，主要有楔接式和壓接式兩類，目前以壓接式為主要采用形式。壓接式生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，外形尺寸小，簡(jiǎn)潔美觀，無(wú)論是金具加工還是壓接配合都較簡(jiǎn)單、清晰。從試驗(yàn)效果和運(yùn)行后的抽檢可以看出，連接效果很好。壓接式連接區(qū)對(duì)芯棒和金具的尺寸精度、壓接時(shí)芯棒損傷程度的探測(cè)、金具鍍鋅層質(zhì)量等都有很高的要求。壓接式屬于非自鎖性結(jié)構(gòu)，必須完全靠預(yù)壓力產(chǎn)生的金具塑性變形來(lái)抵御運(yùn)行中可能出現(xiàn)的任何滑移，而且由于芯棒與金具的熱膨脹系數(shù)有較大差異，低溫時(shí)芯棒尺寸的收縮比金具大，從而要求在壓接生產(chǎn)過(guò)程中施加足夠的預(yù)壓縮力，以保證在低溫環(huán)境下金具中仍有足夠的壓縮量。高溫時(shí)芯棒尺寸的膨脹又比金具大，從而加大了內(nèi)應(yīng)力，為解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用國(guó)內(nèi)外*較好的聲發(fā)射探測(cè)的壓接工藝，效果良好。

　　楔接式連接結(jié)構(gòu)有內(nèi)楔和外楔之分，都是利用自鎖原理。外楔式接頭由于運(yùn)行效果不好，在運(yùn)行中抽查發(fā)現(xiàn)了機(jī)械負(fù)荷明顯下降的現(xiàn)象，從而被國(guó)內(nèi)電力部門及生產(chǎn)廠家所遺棄。內(nèi)楔式是在尾端開(kāi)口的金具上采用正向打楔的裝配工藝，同時(shí)控制壓楔的位移量與壓楔力，可以避免連接區(qū)在預(yù)拉伸負(fù)荷下的位移，實(shí)現(xiàn)較好的端部密封。而且內(nèi)楔式屬于自鎖緊式結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，一旦遇到較大的沖擊負(fù)荷或嚴(yán)重的低溫等意外情況，芯棒產(chǎn)生微小的滑移時(shí)，自鎖緊式結(jié)構(gòu)可以保證芯棒重新夾緊。國(guó)內(nèi)數(shù)十萬(wàn)只復(fù)合絕緣子采用這種結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)行效果較好。但是由于該工藝破壞了芯棒，同時(shí)人為影響較大，生產(chǎn)成本高，工藝復(fù)雜，只有少數(shù)廠家采用。

　　復(fù)合絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度與蠕變特性

　　瓷絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度用機(jī)械破壞負(fù)荷一個(gè)參數(shù)就可以了，而復(fù)合絕緣子僅用額定機(jī)械負(fù)荷一個(gè)參數(shù)卻不夠，還需要加上機(jī)械強(qiáng)度的蠕變斜率來(lái)共同評(píng)價(jià)。

　　所謂機(jī)械強(qiáng)度的蠕變，就是當(dāng)對(duì)復(fù)合絕緣子施加一個(gè)低于其短時(shí)破壞負(fù)荷的機(jī)械拉力時(shí)，復(fù)合絕緣子顯然不會(huì)立即斷開(kāi)，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，雖然該拉力一直恒定并未增加，但復(fù)合絕緣子卻斷了。施加的機(jī)械負(fù)荷越高，復(fù)合絕緣子所維持的時(shí)間就越短，施加的機(jī)械負(fù)荷越低，復(fù)合絕緣子所維持的時(shí)間就越長(zhǎng)。比如在100 %的破壞負(fù)荷下，復(fù)合絕緣子在1 min左右就斷了，在60 %的破壞負(fù)荷下，復(fù)合絕緣子至少能維持96 h以上才斷，在40 %的破壞負(fù)荷下，復(fù)合絕緣子可以維持50年左右才斷。這種機(jī)械強(qiáng)度隨加載時(shí)間延長(zhǎng)而下降的現(xiàn)象就是蠕變現(xiàn)象。

　　復(fù)合絕緣子存在機(jī)械強(qiáng)度的蠕變現(xiàn)象，是由于承擔(dān)機(jī)械負(fù)荷的芯棒的復(fù)合結(jié)構(gòu)造成的。在芯棒中所采用的無(wú)堿玻璃纖維直徑約5～20 mm，而玻璃纖維所占體積達(dá)50 %～70 %甚至更高一些。因而在直徑18 mm的芯棒中就有上百萬(wàn)根玻璃纖維，這上百萬(wàn)根玻璃纖維是不可能同時(shí)斷裂的。*先因?yàn)樵趶?fù)合絕緣子的連接結(jié)構(gòu)中，不可避免的存在著應(yīng)力集中問(wèn)題，即在芯棒內(nèi)部各點(diǎn)所受到的機(jī)械應(yīng)力不同，在芯棒內(nèi)部這上百萬(wàn)根玻璃纖維的狀態(tài)也不同。有的纖維彎有的纖維直，即使芯棒受到的是宏觀上均勻的拉伸負(fù)荷，這些纖維的受力狀態(tài)也必然很不相同。再說(shuō)這上百萬(wàn)根玻璃纖維本身的破壞強(qiáng)度也不會(huì)完全相同，即使受到相同的拉力，這些纖維也不會(huì)同時(shí)被拉斷?；谝陨戏治?，我們可以看到在復(fù)合絕緣子上施加一個(gè)低于其短時(shí)破壞強(qiáng)度的機(jī)械負(fù)荷時(shí)，絕緣子雖沒(méi)有立即斷裂，但芯棒內(nèi)部的某些纖維由于受到超過(guò)其本身強(qiáng)度的負(fù)荷已經(jīng)斷了。這些斷了的纖維原先承擔(dān)的負(fù)荷只好轉(zhuǎn)移給周圍的纖維，從而加大了周圍纖維的平均應(yīng)力。若周圍的纖維能夠承擔(dān)這些附加的負(fù)荷，則芯棒的內(nèi)部破壞過(guò)程就停止了，若周圍的纖維承受不了這些附加的負(fù)荷，芯棒的的纖維就繼續(xù)斷裂，需要更大范圍內(nèi)的纖維來(lái)承擔(dān)。從而表現(xiàn)出斷裂纖維逐漸增多，剩余纖維平均受力逐漸加大，芯棒的整體強(qiáng)度逐漸下降的蠕變現(xiàn)象。

　　玻璃纖維引拔棒的蠕變現(xiàn)象并不可怕，因?yàn)樵谪?fù)荷低于一定的機(jī)械負(fù)荷之下沒(méi)有或極少有纖維斷裂，蠕變過(guò)程就停止了。而設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)留下了足夠多的裕度，芯棒的破壞強(qiáng)度很高，運(yùn)行中絕緣子的日常機(jī)械負(fù)荷又很低，一般不足以引起芯棒的蠕變破壞。

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