总第 年第 期 期
电瓷避雷器
V V
文章编号
复合空心绝缘子用缠绕管缠绕角度的选择
江
讯
西安电瓷研究所 陕西西安
摘
要 复合空心绝缘子的机械性能 主要决定于其内部的环氧玻璃纤维缠绕
以下简称缠绕管 管 通过分析缠绕管的受力状态及试验结果 说明不同缠绕角度
的缠绕管 机械性能不同 提出应根据复合空心绝缘子用途来选择适当缠绕角度的缠绕管 能较大提高性能价格比
关键词 复合空心绝缘子 缠绕角 应力 性能价格比
中图分类号
文献标识码
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22 B 013456789:; 87:373:8?@4>919A 97 0134 ? 143
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8 F 1 > >N "’ *; 197? ; 66; F 14>A 639; :4G 14I34I 679:7>>D 781E 18D :187
引言
复合空心绝缘子与瓷空心绝缘子相比具有以下优点 重量轻 比同电压等级瓷质的
轻 O P O Q R 防爆性能好以及优良的电气性能 特别是可达到很高的污秽等级 目前 国外已开始在断路器R 套管R 互感器等多种
收稿日期 U U U
电力设备上使用 是替代瓷空心绝缘子的新一代产品 由于不同电力设备对空心绝缘子的机械性能有不同的要求 如灭弧室对内压力要求高 支柱绝缘子和互感器承受弯曲负荷大 传统的瓷质绝缘子在 Q S T 等级以上
很难满足电力设备的高性能R 特别是高强度的需求 为此 尽快开发高电气性能R 高机
+ +
电瓷避雷器
总第 年第 期 " 期
表 某环氧玻璃纤维缠绕管电气性能参数项密
度
目
单
位
指
标
械强度的复合空心绝缘子 开拓复合绝缘子市场是当务之急 复合空心绝缘子内层采用环氧玻璃纤维缠绕管 它承担了主要的机械负荷 因此要开发高电气性能和高强度的复合空心绝缘子首先要解决满足电气性能要求且具有很高机械强度的缠绕管
某 互感器用空心绝缘子要求额定弯曲负荷达到 内压力 目前国内材料弯曲破坏强度最高 高强度铝
吸水率耐热等级介
损
级
体积电阻
质瓷 不超过 且制造工艺复杂 费用高 重量重 同时由于大型瓷件存在一定分散性 用高铝瓷制成的大型空心瓷件弯曲破坏强度一般只能达到 因此 若用瓷制造 瓷壁厚度就需 以上 缠绕管材料弯曲强度一般都在 其工艺简单 质量稳定 制品性能分散性小 经过十几年的配方和工艺改进 缠绕管的电气性能逐步稳定 已在有载分接开关 氧化锌避雷器的隔弧筒上得到应用 缠绕管的电气性能见表 但其制成的大型空心管件能否满足复合空心绝缘子机械性能要求 即其破坏值能达到多少 尚未明确 为此对几种形式的缠绕管进行了机械性能测试 根据试验结果和进一步的分析说明缠绕管材料制品是可设计的 改变缠绕管的绕制角度可以相应的调节其机械性能 在不增加壁厚或减小壁厚时 费用不变或降低 还能满足复合空心绝缘子机械性能要求 达到确保质量 降低成本 从而提高性能价格比
试验情况与讨论
国内环氧玻璃纤维缠绕管都是采用湿法绕制工艺 即用不间断玻璃纤维 纱 先浸
渍环氧树脂 再卷绕在钢制芯轴上 卷绕一定厚度后再通过高温固化成型 玻璃丝
纱 绕制方向与芯轴的夹角称为缠绕角 对 两厂同样规格 不同绕制角度的缠绕管进行了内压力试验和弯曲破坏试验 数据见表 从表 可以看出 两厂同类型的缠绕
垂直层向耐电压 平行层向耐电压
!
管破坏强度值偏差不大 并且随缠绕角度减
小弯曲强度增加 缠绕角度减少 #
左右后 同规格缠绕管弯曲强度可以增加 倍 倍 同时内压力也均通过试验 满足要求
表 不同缠绕角度的缠绕管机械性能测试结果
规格
内压力弯曲破弯曲破坏力坏强度缠绕角
"
厂
" 均通过
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厂
" " # $ #均通过
$
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# #在%&’’ () 公司缠绕管资料中耐内
压力强度和弯曲强度简图 见图 也表明了这一观点 看来这种现象不是偶然的 为此对复合空心绝缘子在悬臂弯曲和内压力试验中的受力状态进行了分析
缠绕管的受力状态分析
* 悬臂弯曲受力分析
空心绝缘子弯曲强度与绝缘子材质 胶装比和结构参数有关 在胶装比合理的状况下 复合空心绝缘子弯曲负荷下的危险端面发生在下法兰与缠绕管交接处 根据弯曲强
电瓷避雷器
图 圆筒受力分析示意
图 缠绕管径向 轴向应力分
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电瓷避雷器
总第 年第 期 期
推出轴向应力
由公式 与公式 可推出
在缠绕管绕制过程中 应尽量让玻璃丝缠绕方向尽量沿轴线方向进行绕制 即减少缠绕角度 使玻璃丝拉伸强度分量尽量沿轴向分布 从而改善缠绕管的轴向应力 提高缠绕管的弯曲强度#若仅对缠绕管的内压力性能要求 则缠绕角度为 最为合适
减小缠绕角度时应在绕制过程中注意工艺方法 减少绕制缺陷 满足缠绕管设计绕制要求 提高缠绕管的机械性能
公式 表明在内压力状态下所受的径向应力是轴向应力的两倍
通过上面的受力分析以及试验结果 说明缠绕管的弯曲强度与缠绕管轴向应力有关 瓷 金属等材料各方向的 均一样 制 成绝缘子的 但作为缠绕管 和 为同一值 骨架材料的玻璃纤维 纱 是按一定顺序排列缠绕在一起 和 有一定的分布特性 玻璃纤维有很高的拉伸强度 在环氧树脂强度一定情况下 缠绕管的 和 的大小由玻璃纤维径向 轴向分量的大小决定 也就是随缠绕管缠绕角度的变化而变化 表 是文献 中给出的不同缠绕角下径向和轴向强度关系 进一步可以看出缠绕角度的大小对缠绕管的弯曲强度有影响 缠绕角度减小 缠绕管的轴向应力大大增加
表 不同缠绕角下径向和轴向强度关系缠绕角
径向拉伸强度 轴向拉伸强度 径向 轴向
注 此表中 为纯径向缠绕时的径向拉伸强度
根据这种结构形式特点 我们在研制 ! 互感器上复合空心绝缘子时就选用一定角度的缠绕管 比最初设计的壁厚减少近 缠绕管费用减少 最终产品与同等级瓷空心绝缘子相比 壁厚减少 " 重量减轻 " 机械性能均超过其规定的额定负荷的要求 其性能价格比相对提高
目前国内一些缠绕管制造厂家已逐步使用计算机辅助进行排丝缠绕 使缠绕角度设计成为可能#若要提高缠绕管的弯曲强度 则
结论
在一定工艺水平下 复合空心绝缘
子用缠绕管的缠绕角度对复合空心绝缘子的机械性能有直接的影响 同样壁厚的缠绕管随缠绕角度减小悬臂弯曲强度增加 内压力强度减小
对于机械性能主要要求内压力的复
合空心绝缘子可以选择缠绕角为
的缠绕管#而以悬臂弯曲强度为主要负荷复合空心绝缘子 在工艺条件允许的范围内 不影响其他性能 减小缠绕角 这样在满足高强度复合空心绝缘子机械性能要求的同时还可达到降低成本 提高经济效益的目的 缠绕管生产厂家应与复合空心绝缘子制造厂进一步密切合作 确定不同缠绕角度下缠绕管机械强度的许用应力 对不同用途的复合空心绝缘子提供不同要求的缠绕管 进一步开拓缠绕管在电力行业的市场
致谢
周法湘高级工程师对本文提出了许多宝贵的修改意见 在此表示衷心感谢
参考文献
丘志贤 高压绝缘子的设计与试验 $
林柏生 缠绕玻璃钢管道轴向强度设计 %
玻璃钢 复合材料
工程力学 下 $ 三十八所院校联合编写
组
总第 年第 期 期
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文章编号
复合空心绝缘子用缠绕管缠绕角度的选择
江
讯
西安电瓷研究所 陕西西安
摘
要 复合空心绝缘子的机械性能 主要决定于其内部的环氧玻璃纤维缠绕
以下简称缠绕管 管 通过分析缠绕管的受力状态及试验结果 说明不同缠绕角度
的缠绕管 机械性能不同 提出应根据复合空心绝缘子用途来选择适当缠绕角度的缠绕管 能较大提高性能价格比
关键词 复合空心绝缘子 缠绕角 应力 性能价格比
中图分类号
文献标识码
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引言
复合空心绝缘子与瓷空心绝缘子相比具有以下优点 重量轻 比同电压等级瓷质的
轻 O P O Q R 防爆性能好以及优良的电气性能 特别是可达到很高的污秽等级 目前 国外已开始在断路器R 套管R 互感器等多种
收稿日期 U U U
电力设备上使用 是替代瓷空心绝缘子的新一代产品 由于不同电力设备对空心绝缘子的机械性能有不同的要求 如灭弧室对内压力要求高 支柱绝缘子和互感器承受弯曲负荷大 传统的瓷质绝缘子在 Q S T 等级以上
很难满足电力设备的高性能R 特别是高强度的需求 为此 尽快开发高电气性能R 高机
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总第 年第 期 " 期
表 某环氧玻璃纤维缠绕管电气性能参数项密
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目
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械强度的复合空心绝缘子 开拓复合绝缘子市场是当务之急 复合空心绝缘子内层采用环氧玻璃纤维缠绕管 它承担了主要的机械负荷 因此要开发高电气性能和高强度的复合空心绝缘子首先要解决满足电气性能要求且具有很高机械强度的缠绕管
某 互感器用空心绝缘子要求额定弯曲负荷达到 内压力 目前国内材料弯曲破坏强度最高 高强度铝
吸水率耐热等级介
损
级
体积电阻
质瓷 不超过 且制造工艺复杂 费用高 重量重 同时由于大型瓷件存在一定分散性 用高铝瓷制成的大型空心瓷件弯曲破坏强度一般只能达到 因此 若用瓷制造 瓷壁厚度就需 以上 缠绕管材料弯曲强度一般都在 其工艺简单 质量稳定 制品性能分散性小 经过十几年的配方和工艺改进 缠绕管的电气性能逐步稳定 已在有载分接开关 氧化锌避雷器的隔弧筒上得到应用 缠绕管的电气性能见表 但其制成的大型空心管件能否满足复合空心绝缘子机械性能要求 即其破坏值能达到多少 尚未明确 为此对几种形式的缠绕管进行了机械性能测试 根据试验结果和进一步的分析说明缠绕管材料制品是可设计的 改变缠绕管的绕制角度可以相应的调节其机械性能 在不增加壁厚或减小壁厚时 费用不变或降低 还能满足复合空心绝缘子机械性能要求 达到确保质量 降低成本 从而提高性能价格比
试验情况与讨论
国内环氧玻璃纤维缠绕管都是采用湿法绕制工艺 即用不间断玻璃纤维 纱 先浸
渍环氧树脂 再卷绕在钢制芯轴上 卷绕一定厚度后再通过高温固化成型 玻璃丝
纱 绕制方向与芯轴的夹角称为缠绕角 对 两厂同样规格 不同绕制角度的缠绕管进行了内压力试验和弯曲破坏试验 数据见表 从表 可以看出 两厂同类型的缠绕
垂直层向耐电压 平行层向耐电压
!
管破坏强度值偏差不大 并且随缠绕角度减
小弯曲强度增加 缠绕角度减少 #
左右后 同规格缠绕管弯曲强度可以增加 倍 倍 同时内压力也均通过试验 满足要求
表 不同缠绕角度的缠绕管机械性能测试结果
规格
内压力弯曲破弯曲破坏力坏强度缠绕角
"
厂
" 均通过
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厂
" " # $ #均通过
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# #在%&’’ () 公司缠绕管资料中耐内
压力强度和弯曲强度简图 见图 也表明了这一观点 看来这种现象不是偶然的 为此对复合空心绝缘子在悬臂弯曲和内压力试验中的受力状态进行了分析
缠绕管的受力状态分析
* 悬臂弯曲受力分析
空心绝缘子弯曲强度与绝缘子材质 胶装比和结构参数有关 在胶装比合理的状况下 复合空心绝缘子弯曲负荷下的危险端面发生在下法兰与缠绕管交接处 根据弯曲强
电瓷避雷器
图 圆筒受力分析示意
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推出轴向应力
由公式 与公式 可推出
在缠绕管绕制过程中 应尽量让玻璃丝缠绕方向尽量沿轴线方向进行绕制 即减少缠绕角度 使玻璃丝拉伸强度分量尽量沿轴向分布 从而改善缠绕管的轴向应力 提高缠绕管的弯曲强度#若仅对缠绕管的内压力性能要求 则缠绕角度为 最为合适
减小缠绕角度时应在绕制过程中注意工艺方法 减少绕制缺陷 满足缠绕管设计绕制要求 提高缠绕管的机械性能
公式 表明在内压力状态下所受的径向应力是轴向应力的两倍
通过上面的受力分析以及试验结果 说明缠绕管的弯曲强度与缠绕管轴向应力有关 瓷 金属等材料各方向的 均一样 制 成绝缘子的 但作为缠绕管 和 为同一值 骨架材料的玻璃纤维 纱 是按一定顺序排列缠绕在一起 和 有一定的分布特性 玻璃纤维有很高的拉伸强度 在环氧树脂强度一定情况下 缠绕管的 和 的大小由玻璃纤维径向 轴向分量的大小决定 也就是随缠绕管缠绕角度的变化而变化 表 是文献 中给出的不同缠绕角下径向和轴向强度关系 进一步可以看出缠绕角度的大小对缠绕管的弯曲强度有影响 缠绕角度减小 缠绕管的轴向应力大大增加
表 不同缠绕角下径向和轴向强度关系缠绕角
径向拉伸强度 轴向拉伸强度 径向 轴向
注 此表中 为纯径向缠绕时的径向拉伸强度
根据这种结构形式特点 我们在研制 ! 互感器上复合空心绝缘子时就选用一定角度的缠绕管 比最初设计的壁厚减少近 缠绕管费用减少 最终产品与同等级瓷空心绝缘子相比 壁厚减少 " 重量减轻 " 机械性能均超过其规定的额定负荷的要求 其性能价格比相对提高
目前国内一些缠绕管制造厂家已逐步使用计算机辅助进行排丝缠绕 使缠绕角度设计成为可能#若要提高缠绕管的弯曲强度 则
结论
在一定工艺水平下 复合空心绝缘
子用缠绕管的缠绕角度对复合空心绝缘子的机械性能有直接的影响 同样壁厚的缠绕管随缠绕角度减小悬臂弯曲强度增加 内压力强度减小
对于机械性能主要要求内压力的复
合空心绝缘子可以选择缠绕角为
的缠绕管#而以悬臂弯曲强度为主要负荷复合空心绝缘子 在工艺条件允许的范围内 不影响其他性能 减小缠绕角 这样在满足高强度复合空心绝缘子机械性能要求的同时还可达到降低成本 提高经济效益的目的 缠绕管生产厂家应与复合空心绝缘子制造厂进一步密切合作 确定不同缠绕角度下缠绕管机械强度的许用应力 对不同用途的复合空心绝缘子提供不同要求的缠绕管 进一步开拓缠绕管在电力行业的市场
致谢
周法湘高级工程师对本文提出了许多宝贵的修改意见 在此表示衷心感谢
参考文献
丘志贤 高压绝缘子的设计与试验 $
林柏生 缠绕玻璃钢管道轴向强度设计 %
玻璃钢 复合材料
工程力学 下 $ 三十八所院校联合编写
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