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导读：电力论文：“试验研究配电网用复合材料绝缘横担的性能”以试验数据为依据，通过材料试验和整体试验，验证了绝缘横担在抗拉强度、弯曲强度、抗老化性能和耐腐蚀性能等方面的优点。对绝缘横担实际使用状态进行模拟试验，进一步证明了绝缘横担的优异性能。

　　试验研究配电网用复合材料绝缘横担的性能

　　摘 要：为了证明复合材料绝缘横担的优异性能，对理论研究进行有效补充。本文以试验数据为依据，通过材料试验和整体试验，验证了绝缘横担在抗拉强度、弯曲强度、抗老化性能和耐腐蚀性能等方面的优点。对绝缘横担实际使用状态进行模拟试验，进一步证明了绝缘横担的优异性能。

　　关键词

　　复合材料 绝缘横担 力学性能 老化性能

　　0 引言

　　随着社会的不断进步，材料科学的日益昌盛，复合材料作为一种性能优异的材料已越来越广泛地被应用于各行各业。电力行业作为经济发展的支柱行业，一方面积极研究复合材料在电力系统的应用，另一方面积极引进先进的复合材料产品，对电网的稳定安全，提高供电可靠性作出了积极努力。

　　配电线路作为电力系统的毛细血管，承担着直接向用户供电的任务，配电线路分布非常广泛且庞杂。复合材料绝缘横担由于具有耐腐蚀、抗老化、降低线路维护成本，降低运输和组装成本、提高配电线路的绝缘水平等优点，正逐步替代原先的金属横担。目前对绝缘横担的研究主要集中在理论研究方面，甚少涉及试验研究。本文针对复合材料绝缘横担的特点和使用功能提出几项试验项目及其试验方法，并对试验数据进行分析和总结。

　　1 材料试验

　　绝缘横担是由两种或两种以上材料通过不同工艺制作而成的，其材料的质量和配方均影响绝缘横担产品的性能，因此对绝缘横担进行材料试验有充分的必要性。主要分为力学性能试验、老化性能试验和腐蚀试验。

　　1.1 力学性能—拉伸强度试验

　　1.1.1试样制备

　　将试样制作成标准哑铃状[1]，如图1所示，数量5个。

　　

　　图1 拉伸强度试样

　　1.1.2试验前处理

　　试验前，试样在标准环境(温度：( 23士2)℃ ;相对湿度：(50士10)%)条件下至少放置24 h[2]。

　　1.1.3试验方法

　　将试样两端通过相应夹具固定在试验机(准确度等级不低于1.0级)上，沿试样轴向匀速施加静态拉伸载荷，直到试样断裂，如图2和图3所示。在整个过程中，测量施加在试样上的载荷和试样的伸长量。

　

　　图2拉伸强度试验布置

图3拉伸强度试验后

　　1.1.4试验结果

　　试验结果见表1。

　　表1 拉伸强度试验结果

　　试样编号拉伸强度(MPa)断裂伸长率%

　　11407.423.48

　　12439.303.24

　　13380.673.82

　　14434.153.34

　　15434.262.70

　　1.2力学性能—弯曲强度试验

　　1.2.1 试样制备

　　将试样制作成标准长方形[3]。

　　

 

　　图4 弯曲性能试样
 

　　1.2.2试验方法

　　试验在温度为( 23士2)℃，相对湿度为(50士10)%的环境中，并按以下步骤进行：

　　(1)标记试样受拉面，将试样对称地放在两支座上，如图5所示。必要时，在试样上表面与加载压头间放置薄片或簿垫块，防止试样受压失效。

　　(2) 将测量变形的仪表置于跨距中点处，与试样下表面接触。施加初载(约为破坏载荷的5%)，检查和调整仪表，使整个系统处于正常状态。

　　(3)测定弯曲强度时，连续加载。在挠度或等于1. 5倍试样厚度下呈现破坏的材料，记录最大载荷或破坏载荷。在挠度等于1.5倍试样厚度下不呈现破坏的材料，记录该挠度下的载荷，如图6所示。

　　　图5弯曲强度试验布置

　　图6弯曲强度试验后

　　1.2.3试验结果

　　试验结果见表2。

　　表2 弯曲强度试验结果

　　试样编号弯曲强度(MPa)挠度(mm)

　　16381.016.30

　　17316.465.05

　　18349.515.43

　　19379.335.52

　　20357.105.45

　　1.3老化性能试验

　　1.3.1 试样制备

　　同拉伸强度试验和弯曲强度试验的试样。

　　1.3.2试验前处理

　　将试样表面应擦拭干净，无灰尘、油污等。

　　1.3.3试验方法

　　将已清除表面灰尘和油污的试样放入箱内，试样相互间、试样与箱壁之间不得接触。

　　图7 老化性能试验布置

　　图8老化性能试验

　　以24h为一试验周期，每一周期分为升温、高温高湿稳定、降温和低温高湿四个连续阶段。每个阶段温度、湿度要求及控制程序如下：

　　a)升温阶段

　　将箱内温度从25℃连续均匀升到60℃，偏差不超过2℃，时间不超过2h;此时箱内的相对湿度应不低于95%，在此阶段试样表面出现凝露为正常现象。

　　b)高温高湿稳定阶段

　　将箱内温度保持在60℃，温度波动不超过2℃;相对湿度应为93%，偏差不超过3%。升温阶段和高温高湿稳定阶段的总时间为12h，偏差不超过0.5h。

　　c)降温阶段

　　将箱内温度从60℃连续均匀降至25℃，偏差不超过2℃，时间不超过2h;相对湿度应不低于95%。

　　d)低温高湿稳定阶段

　　将箱内温度保持在25℃，温度波动不超过2℃;相对湿度不低于95%。降温阶段和低温高湿稳定阶段总时间为12h，偏差不超过0.5h。

　　第一周期起算时间应从试验箱内的温度达到低温值25℃，随后开始上升时算起。4个阶段总时间为24h。

　　在试验过程中，取放试样时，开启箱门的时间应尽可能短暂，防止试样凝结水珠。

　　试验周期取6个。达到规定的试验周期后，取出试样并检查试样外观，测量试样尺寸，冷却至室温后在30min内完成拉伸和弯曲强度测试。

　　1.3.4试验结果

　　试验结果见表3。

　　表3 老化试验后拉伸和弯曲强度结果

　　试样编号拉伸强度(MPa)断裂伸长率%

　　21349.533.00

　　22399.442.94

　　23382.522.30

　　24352.032.96

　　25353.802.64

　　——弯曲强度(MPa)挠度(mm)

　　26418.166.18

　　27388.627.33

　　28377.375.01

　　29382.945.21

　　30341.445.22

　　1.4腐蚀试验

　　1.4.1 试样制备

　　同拉伸强度试验和弯曲强度试验的试样。

　　1.4.2试验前处理

　　试验前试样应彻底清洗干净。

　　1.4.3试验方法

　　将试样浸没在氯化钠饱和溶液中，样板必须垂直于水平面，互相平行，间距至少为6.5mm，样板边缘与容器或页面的间隔至少为13mm，如图9所示。

　　将试样在化学介质中保持15天，然后取出试样观察试样表面是否有裂纹、失光、腐蚀、气泡、软化等缺陷;将试样表面用自来水冲洗干净后，再用滤纸吸干表面水分，在30min内完成拉伸和弯曲强度测试。

　　

　　图9 腐蚀试验布置

　　

　　本篇电力论文提示您注意看实验结果，具体见表4：

　　1.4.4试验结果

　　试验结果见表4。

　　表4 腐蚀试验后拉伸和弯曲强度结果

　　试样编号拉伸强度(MPa)断裂伸长率%

　　21338.551.56

　　22451.041.78

　　23245.921.36

　　24400.451.32

　　25471.391.50

　　——弯曲强度(MPa)挠度(mm)

　　26380.374.64

　　27354.584.88

　　28333.995.42

　　29375.846.56

　　30349.575.37

　　2 整体试验

　　整体试验主要考核绝缘横成型的制作工艺及模拟实际使用状态下的性能。主要分为静载试验和24h保载试验。

　　2.1 静载试验

　　2.1.1 试验布置

　　将模拟电杆安装固定于地面，在电杆上安装两根复合横担，然后在横担两端安装联板。将横担两端的联板通过三角板与卧式拉力机相连，如图10所示。

　　图10 整体试验布置

　　2.1.2试验步骤

　　将力值负荷F由0缓慢升至34.679kN×20%×2≈14kN，观察复合横担状况。如无异常，则将力值逐步增大直至34.679kN×2≈70kN或者复合横担出现断裂现象，并记录最大力值。

　　2.1.3 试验结果

　　将力值负荷由0缓慢升至34.679kN×20%×2≈14kN，保载1min，无异常;然后将力值增大至70.587 kN，保载32s时，横担断裂，如图11所示。

　　图11 静载试验后

　　2.2 24h保载试验

　　2.2.1 试验布置

　　试验布置同静载试验。

　　2.2.2试验步骤

　　将力值负荷F由0缓慢升至11kN，保持24h，在保载期间测量横担的变形量。

　　2.2.3 试验结果

　　试验结果见表5。

　　表5 24h保载试验结果

　　时间变形量mm

　　左侧右侧

　　未加负荷00

　　施加11kN负荷时12.8910.23

　　15.5h后13.3410.62

　　20h后13.3610.59

　　24h后13.4010.74

　　3 总结

　　通过上述试验，可得到如下结论：

　　(1)从材料力学性能试验数据可知，复合材料具有较好的抗拉强度和弯曲强度，但是各试样之间的离散度较大;

　　(2)由老化性能和腐蚀试验的结果可知，复合材料在经过老化和腐蚀后，力学性能无较大变化，具有良好的抗老化和耐腐蚀性能;

　　(3)由整体静载试验数据可知，绝缘横担具有良好的机械强度;

　　(4)模拟实际运行状态的24h保载试验结果表明绝缘横担在经过24h保载后，其变形量无明显变化。

参考文献：

[1] GB/T1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2005

[2] GB/1446-2005纤维增强塑料性能试验方法总则[S] .北京：中国标准出版社，2005

[3] GB/1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法[S] .北京：中国标准出版社，2005

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