配電網(wǎng)用復(fù)合材料絕緣橫擔(dān)性能的試驗(yàn)研究

潘偉建 丁宇海 林遠(yuǎn)哲 董 飛

（1.浙江華電器材檢測(cè)研究所有限公司，浙江杭州310015；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司臺(tái)州供電公司，浙江臺(tái)州318000；3.昆明飛翔材料技術(shù)有限公司，云南昆明650000）

0 引言

復(fù)合材料絕緣橫擔(dān)由于具有耐腐蝕、抗老化、降低線路維護(hù)成本、降低運(yùn)輸和組裝成本、提高配電線路的絕緣水平等優(yōu)點(diǎn)，正逐步替代原先的金屬橫擔(dān)。目前對(duì)絕緣橫擔(dān)的研究主要集中在理論方面，甚少涉及試驗(yàn)研究。

本文針對(duì)復(fù)合材料絕緣橫擔(dān)的特點(diǎn)和使用功能提出了幾項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 材料試驗(yàn)

絕緣橫擔(dān)是由兩種或兩種以上材料通過(guò)不同工藝制作而成的，其材料的質(zhì)量和配方均影響絕緣橫擔(dān)產(chǎn)品的性能，因此對(duì)絕緣橫擔(dān)進(jìn)行材料試驗(yàn)有充分的必要性。主要分為力學(xué)性能試驗(yàn)、老化性能試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)。

1.1力學(xué)性能——拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1.1 試樣制備

將試樣制作成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀[1]，如圖1所示，數(shù)量5個(gè)。

圖1 拉伸強(qiáng)度試樣

1.1.2 試驗(yàn)前處理

試驗(yàn)前，試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境[溫度（23±2）℃；相對(duì)濕度50%±10%]條件下至少放置24 h[2]。

1.1.3 試驗(yàn)方法

將試樣兩端通過(guò)相應(yīng)夾具固定在試驗(yàn)機(jī)（準(zhǔn)確度等級(jí)不低于1.0級(jí)）上，沿試樣軸向勻速施加靜態(tài)拉伸載荷，直到試樣斷裂，如圖2和圖3所示。在整個(gè)過(guò)程中，測(cè)量施加在試樣上的載荷和試樣的伸長(zhǎng)量。

1.1.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

1.2力學(xué)性能——彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)

1.2.1 試樣制備

將試樣制作成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方形[3]，如圖4所示。

圖2 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)布置

圖3 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)后

表1 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 彎曲性能試樣

1.2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在溫度為（23±2）℃、相對(duì)濕度為50%±10%的環(huán)境中，并按以下步驟進(jìn)行：

（1）標(biāo)記試樣受拉面，將試樣對(duì)稱(chēng)地放在兩支座上，如圖5所示。必要時(shí)，在試樣上表面與加載壓頭間放置薄片或薄墊塊，防止試樣受壓失效。

（2）將測(cè)量變形的儀表置于跨距中點(diǎn)處，與試樣下表面接觸。施加初載（約為破壞載荷的5%），檢查和調(diào)整儀表，使整個(gè)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。

圖5 彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)布置

（3）測(cè)定彎曲強(qiáng)度時(shí)，連續(xù)加載。在撓度等于1.5倍試樣厚度下呈現(xiàn)破壞的材料，記錄最大載荷或破壞載荷；在撓度等于1.5倍試樣厚度下不呈現(xiàn)破壞的材料，記錄該撓度下的載荷，如圖6所示。

圖6 彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)后

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1.3 老化性能試驗(yàn)

1.3.1 試樣制備

同拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)和彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的試樣。

1.3.2 試驗(yàn)前處理

將試樣表面擦拭干凈，無(wú)灰塵、油污等。

1.3.3 試驗(yàn)方法

將已清除表面灰塵和油污的試樣放入箱內(nèi)，試樣相互間、試樣與箱壁之間不得接觸，如圖7、圖8所示。

以24 h為一試驗(yàn)周期，每一周期分為升溫、高溫高濕穩(wěn)定、降溫和低溫高濕4個(gè)連續(xù)階段。每個(gè)階段溫度、濕度要求及控制程序如下：

（1）升溫階段。

將箱內(nèi)溫度從25℃連續(xù)均勻升到60℃，偏差不超過(guò)2℃，時(shí)間不超過(guò)2 h；此時(shí)箱內(nèi)的相對(duì)濕度應(yīng)不低于95%，在此階段試樣表面出現(xiàn)凝露為正?，F(xiàn)象。

（2）高溫高濕穩(wěn)定階段。

圖7 老化性能試驗(yàn)布置

圖8 老化性能試驗(yàn)

將箱內(nèi)溫度保持在60℃，溫度波動(dòng)不超過(guò)2℃；相對(duì)濕度應(yīng)為93%，偏差不超過(guò)3%。升溫階段和高溫高濕穩(wěn)定階段的總時(shí)間為12 h，偏差不超過(guò)0.5 h。

（3）降溫階段。

將箱內(nèi)溫度從60℃連續(xù)均勻降至25℃，偏差不超過(guò)2℃，時(shí)間不超過(guò)2 h；相對(duì)濕度應(yīng)不低于95%。

（4）低溫高濕穩(wěn)定階段。

將箱內(nèi)溫度保持在25℃，溫度波動(dòng)不超過(guò)2℃；相對(duì)濕度不低于95%。降溫階段和低溫高濕穩(wěn)定階段總時(shí)間為12 h，偏差不超過(guò)0.5 h。

第一周期起算時(shí)間應(yīng)從試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度達(dá)到低溫值25℃，隨后開(kāi)始上升時(shí)算起。4個(gè)階段總時(shí)間為24 h。

在試驗(yàn)過(guò)程中，取放試樣時(shí)，開(kāi)啟箱門(mén)的時(shí)間應(yīng)盡可能短暫，防止試樣凝結(jié)水珠。

試驗(yàn)周期取6個(gè)。達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)周期后，取出試樣并檢查試樣外觀，測(cè)量試樣尺寸，冷卻至室溫后在30 min內(nèi)完成拉伸和彎曲強(qiáng)度測(cè)試。

1.3.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 老化試驗(yàn)后拉伸和彎曲強(qiáng)度結(jié)果

1.4 腐蝕試驗(yàn)

1.4.1 試樣制備

同拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)和彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的試樣。

1.4.2 試驗(yàn)前處理

試驗(yàn)前試樣應(yīng)徹底清洗干凈。

1.4.3 試驗(yàn)方法

將試樣浸沒(méi)在氯化鈉飽和溶液中，樣板必須垂直于水平面，互相平行，間距至少為6.5 mm，樣板邊緣與容器或頁(yè)面的間隔至少為13 mm，如圖9所示。

圖9 腐蝕試驗(yàn)布置

將試樣在化學(xué)介質(zhì)中保持15天，然后取出試樣觀察試樣表面是否有裂紋、失光、腐蝕、氣泡、軟化等缺陷；將試樣表面用自來(lái)水沖洗干凈后，再用濾紙吸干表面水分，在30 min內(nèi)完成拉伸和彎曲強(qiáng)度測(cè)試。

1.4.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 腐蝕試驗(yàn)后拉伸和彎曲強(qiáng)度結(jié)果

2 整體試驗(yàn)

整體試驗(yàn)主要考核絕緣橫擔(dān)成型的制作工藝及模擬實(shí)際使用狀態(tài)下的性能，主要分為靜載試驗(yàn)和24 h保載試驗(yàn)。

2.1 靜載試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)布置

將模擬電桿安裝固定于地面，在電桿上安裝兩根復(fù)合橫擔(dān)，然后在橫擔(dān)兩端安裝聯(lián)板。將橫擔(dān)兩端的聯(lián)板通過(guò)三角板與臥式拉力機(jī)相連，如圖10所示。

圖10 整體試驗(yàn)布置

2.1.2 試驗(yàn)步驟

將力值負(fù)荷F由0緩慢升至34.679 kN×20%×2≈14 kN，觀察復(fù)合橫擔(dān)狀況。如無(wú)異常，則將力值逐步增大直至34.679 kN×2≈70 kN或者復(fù)合橫擔(dān)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并記錄最大力值。

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

將力值負(fù)荷由0緩慢升至34.679 kN×20%×2≈14 kN，保載1 min，無(wú)異常；然后將力值增大至70.587 kN，保載32 s時(shí)，橫擔(dān)斷裂，如圖11所示。

圖11 靜載試驗(yàn)后

2.2 24 h保載試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)布置同靜載試驗(yàn)。

2.2.2 試驗(yàn)步驟

將力值負(fù)荷F由0緩慢升至11 kN，保持24 h，在保載期間測(cè)量橫擔(dān)的變形量。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 24 h保載試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)可得到如下結(jié)論：

（1）從材料力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，復(fù)合材料具有較好的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，但是各試樣之間的離散度較大；

（2）由老化性能和腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果可知，復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)老化和腐蝕后，力學(xué)性能無(wú)較大變化，具有良好的抗老化和耐腐蝕性能；

（3）由整體靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，絕緣橫擔(dān)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度；

（4）模擬實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的24 h保載試驗(yàn)結(jié)果表明絕緣橫擔(dān)在經(jīng)過(guò)24 h保載后，其變形量無(wú)明顯變化。

[1]纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法：GB/T 1447—2005[S].

[2]纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則：GB/T 1446—2005[S].

[3]纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法：GB/T 1449—2005[S].