一種帶電作業用絕緣管、棒耐電壓試驗裝置

許立庚

包頭市產品質量計量檢測所 內蒙古包頭 014030

帶電作業是在電氣設備上不停電進行檢修、測試的一種作業方法。一般電氣設備檢查和維修時要斷電進行，這就給生產和生活帶來很大的影響。而帶電作業避免了檢修停電，保證了生產和生活的不間斷供電，可以節省成本，提高經濟效益。在帶電作業過程中使用帶電作業用工具是必不可少的，這些工具的安全與否直接決定著作業人員的生命安全，因此帶電作業用絕緣工具能通過電氣耐壓試驗是帶電作業保證安全的先決條件，對這些絕緣工具進行電氣耐壓試驗的實驗設備能否達到標準要求、是否經濟合理更是保障這一切的前提。

目前市面上的帶電作業用空心絕緣管、泡沫填充絕緣管和實心絕緣棒耐壓試驗裝置存在價格高、結構復雜、每次實驗受檢樣品裝夾量少等問題，這都增加了實驗的成本，減弱了送檢單位進行送檢的積極性[1]。

1 結構與材料

根據GB13398-2008中對試驗布置的要求確定試驗的結構，實驗樣品通過寬度大于5mm的多股絞線電極固定在金屬支架上，金屬支架放置在一個絕緣臺上，金屬支架間的距離為300mm并且金屬支架相互間隔1個位置連接極性相同的電極。試驗時在電極兩端施加時長為1min的交流工頻電壓，樣品應當無滑閃、火花或擊穿，表面無可見漏電腐蝕痕跡，表面無可察覺的溫升[1]。

在實際的使用過程中，絕緣管、棒類材料耐受的電壓基本上為10kV左右，選取絕緣性能好的電木材料作為支架，可以滿足日常的預防性試驗。電木又名酚醛塑料、酚醛樹脂，其具有用途范圍廣、使用量大而且電氣性能、機械加工性能好等優點，選用電木材料作為試驗裝置的主體結構即可以滿足試驗要求又可以節約成本。

電木的一些物理電氣性能如下[2]：

2 結構設計

根據標準上對絕緣耐壓試驗布置要求，考慮到使用安全、方便和結實耐用等要求設計確定試驗支架裝置的結構（圖1）。

圖1 絕緣耐壓試驗裝置結構

如圖，金屬支架穿過絕緣臺上部的橫梁以過渡配合的方式固定在試驗裝置上，絕緣架的其他部分相互之間通過榫接的方式連接起來這樣既保證了結構的機械強度又避免使用金屬部件連接保證電氣強度，絕緣支架的四條腿底部安裝有萬向輪方便整個試驗裝置移動，絕緣支架臺的高度與寬度參照電業安全工作規程中設備不停電時的安全距離[3]和實驗室門的寬度確定[2]。

3 機械強度校核

在整個絕緣支架結構中，上部的兩條電木長橫梁是結構的薄弱環節。其既承受試驗樣品和金屬支架以及自身的全部重量，還因為打孔安裝金屬支架而減弱了結構強度，對其進行強度計算可以驗證設計的結構和尺寸是否能達到使用要求。該裝置絕緣支架的其他結構的截面尺寸與兩條長橫梁的截面尺寸一致，因此只要每根長橫梁的強度達到實際使用的要求，則其他部分可以省去計算驗證的步驟。

為了計算方便，將絕緣支架上部的長橫梁簡化為兩端支撐的簡支梁，其橫截面是邊長60mm的正方形，梁上受到2個等量的載荷P（考慮到絕緣試樣最短的情況其長度只能接觸到1組高低壓金屬支架），常見的絕緣管、棒類樣品如接地棒、高壓拉閘桿（令克棒）等其重量都很輕，本試驗裝置一次可放置9~12根絕緣管、棒類樣品，其全部不超過20kg。

裝置簡化后橫梁的兩個支點為A、B，間距為l=1030mm，P為施加給橫梁的載荷，施加在截面C、D上，距離為b=316mm，支點A到受力點C的距離與支點B到受力點D的距離相同均為a=357mm，由載荷P可以計算橫梁的強度[3]。

截面C、D為危險截面，計算其所受應力σC、σD

式中σC——橫梁截面C受到的應力，單位為MPa，

σD——橫梁截面D受到的應力，單位為MPa，

P——橫梁受到的載荷，單位為N。

A——橫梁截面積，單位為mm2，

M——橫梁最大彎矩Mmax，Mmax=Pa，單位為N·mm，

W——橫梁的抗彎截面系數，單位為mm3，

其中，P大小為196N，A大小為3600mm2，W大小為36000mm3，算得σC、σD=5.211MPa，σ≤[σ]。[σ]為電木材料的彎曲強度，大小為≥120MPa，經過強度檢核絕緣橫桿是安全的。因為該裝置承受的載荷較小，所以不必對四條支腿進行壓桿穩定的校核。

綜上所述，該裝置的機械強度符合設計要求。

4 電氣強度校核

作為絕緣材料耐電壓試驗的裝置，能夠承受高于試驗時的電壓是必要的。對該裝置進行了環境溫度在室溫下的空氣中施加電壓為100kV，歷時10min的耐電壓試驗。經試驗，該裝置無滑閃、火花或擊穿，表面也無可見漏電腐蝕痕跡以及可察覺的溫升。綜上所述，該裝置的電氣強度也符合設計要求。

5 結語

該試驗裝置解決了帶電作業用空心絕緣管、泡沫填充絕緣管和實心絕緣棒類工具進行耐電壓試驗時沒有可以安全放置的實驗裝置問題，經過校核計算和耐電壓試驗機械強度從和電氣強度方面都滿足設計的要求。制造該裝置的費用也遠低于市場上的類似產品，可以為實驗室在滿足實驗要求的前提下節省大量經費。