車頂用復(fù)合外套絕緣子的風(fēng)沙試驗(yàn)研究

林長(zhǎng)凌

（溫州益坤電氣有限公司，浙江溫州325401）

車頂用復(fù)合外套絕緣子的風(fēng)沙試驗(yàn)研究

林長(zhǎng)凌

（溫州益坤電氣有限公司，浙江溫州325401）

介紹了動(dòng)車組車頂用復(fù)合外套絕緣子材料的模擬抗風(fēng)沙試驗(yàn)，了解復(fù)合外套的傘裙變形、撕裂、磨損及表面憎水性等情況。對(duì)絕緣子復(fù)合外套材料在風(fēng)力強(qiáng)勁的高原沙漠環(huán)境下的適用性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。根據(jù)產(chǎn)品所使用的環(huán)境和特點(diǎn)，對(duì)高溫硫化硅橡膠傘裙外套材料的配方進(jìn)行了完善與改進(jìn)；并通過(guò)模擬風(fēng)帶動(dòng)沙塵懸浮形成沙塵的風(fēng)沙試驗(yàn)；通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合外套絕緣材料具有耐磨、抗撕裂等特點(diǎn)，達(dá)到所確定的試驗(yàn)內(nèi)容要求和技術(shù)規(guī)范要求。

復(fù)合外套；絕緣子；風(fēng)沙試驗(yàn)

隨著我國(guó)電氣化鐵路的迅速發(fā)展，動(dòng)車組、電力機(jī)車遍布全國(guó)各地。由于我國(guó)地域遼闊，沙漠較多，沙漠分別分布在新疆、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、河北、遼寧、甘肅等7省區(qū)境內(nèi)。動(dòng)車組、電力機(jī)車要在上述地區(qū)惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行，對(duì)車頂用復(fù)合絕緣子產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。長(zhǎng)期在高原沙漠環(huán)境下運(yùn)行的產(chǎn)品，外套表面容易沉積沙塵，由于沙塵引起的間隙放電特性變化主要是由陰極表面沉積沙塵引起，沙塵導(dǎo)致絕緣子的閃絡(luò)電壓明顯降低，且其內(nèi)閃絡(luò)電壓隨沙粒所帶電量增加而減少，隨風(fēng)速的增大而增大［1-2］。在高速運(yùn)行下其外套傘裙的變形、撕裂、磨損情況發(fā)生變化而不能恢復(fù)以及外套表面憎水性變差，容易造成外絕緣閃絡(luò)，并危及動(dòng)車組、電力機(jī)車的安全正常運(yùn)行。目前，GB/T 2423.37－2006《電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中的沙塵試驗(yàn)［3］只針對(duì)電子產(chǎn)品作了要求，對(duì)高壓電氣產(chǎn)品未任何要求?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)、外對(duì)高壓電氣產(chǎn)品的風(fēng)沙試驗(yàn)均無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。因此我們會(huì)同軌道客車制造廠，根據(jù)所使用環(huán)境條件：氣溫－40℃～＋45℃；相對(duì)濕度≤95%（該月月平均最低溫度為25℃），海拔高度≤3 600 m，地震烈度（最高動(dòng)峰值加速度）0.3 g，最大風(fēng)速一般年份15 m/s，偶有33 m/s，沿線基本為戈壁地貌，多沙塵且沙子細(xì)膩，有風(fēng)、沙、雨、雪、沙塵暴等天氣，偶有鹽霧、酸雨等現(xiàn)象，運(yùn)營(yíng)速度200～250 km/h。同時(shí)結(jié)合高寒、高溫、風(fēng)沙、鹽霧性氣候、冰融等惡劣環(huán)境條件，共同確定復(fù)合絕緣子的抗風(fēng)沙試驗(yàn)內(nèi)容及要求。驗(yàn)證絕緣子用硅橡膠傘裙在風(fēng)沙作用下的抗撕裂性、磨損性、憎水性等適應(yīng)性。

1 風(fēng)沙試驗(yàn)的設(shè)備

本次試驗(yàn)采用低速風(fēng)洞（0～56.9 m/s）、靠背管風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)（0～100 m/s）、天平（0～5 kg）等設(shè)備。試驗(yàn)在風(fēng)洞試驗(yàn)箱體內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)段截面直徑為1.1 m，長(zhǎng)0.8 m。本次試驗(yàn)只進(jìn)行最大風(fēng)速下加入沙塵顆粒。

2 風(fēng)沙試驗(yàn)內(nèi)容與方法

由于現(xiàn)國(guó)內(nèi)、外均無(wú)高壓電氣產(chǎn)品絕緣風(fēng)沙試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，故本次風(fēng)沙試驗(yàn)內(nèi)容由用戶與軌道客車制造廠根據(jù)動(dòng)車的技術(shù)規(guī)范和運(yùn)行環(huán)境條件要求，共同確定。

模擬風(fēng)沙試驗(yàn)項(xiàng)目要求：確定沙塵顆粒0.25 mm，速度為56 m/s，時(shí)間分別為20，30，50，80 min，2 h 5個(gè)時(shí)間段；風(fēng)沙試驗(yàn)后，傘裙外套不允許有撕裂、磨損現(xiàn)象，傘裙變形≤3 mm以下，憎水性要求在HC4～HC5；根據(jù)GB 311.1－1997《高電壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》［5］第3.4條對(duì)于海拔高于1 000 m但不超過(guò)4 000 m處設(shè)備的外絕緣，海拔每升高100 m電氣絕緣強(qiáng)度降低1%左右；結(jié)合JB/T 7573《高原環(huán)境條件下電工產(chǎn)品通用技術(shù)條件》［6］規(guī)程，在海拔0～5 000 m范圍內(nèi)海拔每升高1 000 m，產(chǎn)品的外絕緣強(qiáng)度降低8%～13%，隨著海拔升高其閃絡(luò)電壓也降低。尤其動(dòng)車組在高寒、高溫、風(fēng)沙、冰融等惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行，空氣溫度的日溫差較大，會(huì)使設(shè)備容易產(chǎn)生變形、龜裂，甚至斷裂。結(jié)合運(yùn)行環(huán)境和技術(shù)條件要求，進(jìn)行海拔系數(shù)校正，對(duì)外絕緣工頻耐受電壓（1 min）確定為135 k V，并對(duì)每個(gè)風(fēng)沙試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行工頻耐受電壓試驗(yàn)，達(dá)到無(wú)擊穿、無(wú)閃絡(luò)現(xiàn)象。風(fēng)沙試驗(yàn)前將產(chǎn)品安裝在風(fēng)洞試驗(yàn)箱體中間，并用鋼管等固定好試驗(yàn)品（見(jiàn)圖1）。在試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)風(fēng)洞高速段位置加入顆粒0.25 mm的沙塵，并調(diào)整風(fēng)機(jī)導(dǎo)流器，全部打開(kāi)至90°使風(fēng)速達(dá)到56.9 m/s，通過(guò)風(fēng)帶動(dòng)沙塵懸浮形成沙塵含量為900g/m3風(fēng)沙試驗(yàn)條件，試品在風(fēng)沙環(huán)境下作用時(shí)間分別為20，30，50，80 min，2 h后取出，觀測(cè)其傘裙變形情況、撕裂情況、磨損情況及外表面憎水狀態(tài)。并逐一對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工頻耐受電壓（1 min）試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)與檢查結(jié)果

根據(jù)確定的試驗(yàn)內(nèi)容要求，觀測(cè)在風(fēng)沙試驗(yàn)后產(chǎn)品的迎風(fēng)面和背風(fēng)面被風(fēng)沙作用后的傘裙變化、撕裂、磨損狀況及外套表面憎水性情況。從圖2、圖3中可以看出絕緣子產(chǎn)品在風(fēng)沙作用后迎風(fēng)面和背風(fēng)面均沉積了一定的沙塵，背風(fēng)面較之迎風(fēng)面沙塵沉積量相對(duì)較多，經(jīng)檢查傘套外形及傘套表面未見(jiàn)明顯的變化、傘裙未見(jiàn)磨損、開(kāi)裂和撕裂等異?，F(xiàn)象。

外套表面憎水性的檢查，用普通的噴霧瓶，噴霧瓶裝滿水，對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行噴霧，在20～30 s內(nèi)的噴水量應(yīng)為10～30 cm3，在噴水結(jié)束后的10 s內(nèi)應(yīng)進(jìn)行濕潤(rùn)度的測(cè)量。產(chǎn)品迎風(fēng)面和背風(fēng)面的憎水性，是依據(jù)GB/T 24622－2009標(biāo)準(zhǔn)［4］的HC法要求來(lái)判斷，迎風(fēng)面憎水性分別表現(xiàn)為HC3～HC4之間，背風(fēng)面憎水性分別表現(xiàn)為HC4～HC5（見(jiàn)圖4、圖5）。

外套工頻耐受電壓試驗(yàn)：由于絕緣子在正常環(huán)境、海拔高度小于1 500 m下，產(chǎn)品的工頻耐受電壓為85 k V；復(fù)合外套絕緣子閃絡(luò)電壓是隨著沙塵沉積量的增多而變化，并有霧氣環(huán)境下復(fù)合外套絕緣子的交流閃絡(luò)電壓降低?？紤]到產(chǎn)品是在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的因素，對(duì)模擬風(fēng)沙試驗(yàn)后的產(chǎn)品外套表面上噴灑霧水，進(jìn)行工頻耐受電壓試驗(yàn)。風(fēng)沙試驗(yàn)后對(duì)樣品檢查與試驗(yàn)情況見(jiàn)表1。

從表中檢查試驗(yàn)的結(jié)果可看出，通過(guò)各時(shí)間段模擬抗風(fēng)沙試驗(yàn)，經(jīng)外觀檢查表面無(wú)磨損、無(wú)開(kāi)裂與撕裂等現(xiàn)象；傘裙變形小于3 mm，表面的憎水性良好；施加工頻耐受電壓135 k V（1 min）試驗(yàn)，均無(wú)出現(xiàn)擊穿閃絡(luò)現(xiàn)象。因此滿足所確定的試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)規(guī)范要求，該絕緣子能在惡劣的風(fēng)沙環(huán)境下正?？煽康倪\(yùn)行。在檢查中發(fā)現(xiàn)風(fēng)沙作用時(shí)間越長(zhǎng)，外套表面所附的沙塵越多，憎水性能變低。交流閃絡(luò)電壓必然會(huì)降低，但這次試驗(yàn)的絕緣耐受電壓能滿足要求。在實(shí)際的運(yùn)行中，很有必要對(duì)外套進(jìn)行清洗維護(hù)，確保動(dòng)車組安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)車頂用復(fù)合外套絕緣子通過(guò)的模擬風(fēng)帶動(dòng)懸浮形成沙塵的風(fēng)沙試驗(yàn)，了解了復(fù)合外套在各時(shí)間段傘裙的變形、撕裂、磨損、表面憎水性等情況及工頻耐受電壓（1 min）試驗(yàn)情況。復(fù)合絕緣子外套具有耐磨、抗撕裂等特點(diǎn)，能滿足所確定的試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)規(guī)范要求。從各時(shí)間段試驗(yàn)后檢查對(duì)比發(fā)現(xiàn)風(fēng)沙作用時(shí)間越長(zhǎng)，外套表面沉積的沙塵越多，憎水性變差。至于風(fēng)沙試驗(yàn)具體時(shí)間的確定，有待于繼續(xù)研究。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)今后制定風(fēng)沙試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與研究風(fēng)沙地區(qū)用的復(fù)合外套絕緣子的特性有著參考價(jià)值。

［1］ 中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局.TG/CL311－2013動(dòng)車組避雷器技術(shù)條件暫行規(guī)定［S］.2013.

［2］ 司馬文霞，吳 亮，楊 慶，等.沙塵對(duì)電力系統(tǒng)外絕緣電氣特性影響分析［J］.高電壓技術(shù)2008，（1）：16-20.

［3］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB/T 2423.37－2006.電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分試驗(yàn)方法L：沙塵試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［4］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB/T 24622－2009.絕緣子表面濕潤(rùn)性測(cè)量導(dǎo)則［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［5］ 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB 311.1－1997.高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

［6］ 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部.JB/T 7573.高原環(huán)境條件下電工產(chǎn)品通用技術(shù)條件［S］.北京：機(jī)械科學(xué)研究院出版，1994.

Sand Test Study of Composite Jacket Insulator Used in the Roof

LIN Changling
（Wenzhou Yikun Electric Co.，Ltd.，Wenzhou 325401 Zhejiang，China）

This paper introduces the simulated wind resistance test of composite jacket insulator used in EMU roof，together with the composite jacket＇s umbrella group deformation，tear，abrasion and surface hydrophobic.The applicability of the insulator composite sleeve material in the strong wind of the plateau and desert environment were studied.According to the application environment and characteristics of the product，the high-temperature vulcanized silicon rubber umbrella skirt jacket materials were improved and perfected.The sand test for simulation of wind driven sand dust suspended formation dust was passed.Test results show that the composite jacket insulation material has the characteristics of abrasion resistance and tear resistance，and can reach the determined test content requirements and technical specification requirements.

composite jacket；insulator；sand test

U225.4＋3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.33

1008－7842（2014）06－0128－03

3—）男，工程師（

2014－06－19）