电线杆和高压电线塔相信大家都不陌生,但是,可能很少有人会注意到在高压线与架线塔之间会装有一串白色的陶瓷物体,这个白色物体到底是什么呢?这些白色陶瓷物体大多呈盘形,尽管它们大小不一,但是作用都是一样的,那就是增加爬电距离并绝缘,它叫绝缘子。
陶瓷绝缘子的研究进展和发展
早在1849年,陶瓷绝缘子首次被应用于电报线路上,至今仍然是电力行业中应用中最广泛的绝缘材料。经过百年的发展,陶瓷绝缘子材料从原料选择、生产工艺、性能要求、适用范围等多方面均有了突破性的发展和变化。陶瓷绝缘子因其机械强度高、化学性能稳定、绝缘性能好、耐腐蚀性好等优点,广泛应用于铁路电网系统中,如机车内部的电机、电阻器、电柜等各种电气设备和电路中。随着电气化铁道的快速发展,高铁已经成为人们出门的最优选择,铁路市场的投入巨大,相应的也带动了陶瓷绝缘子产品的需求量,城际轨道交通、普通电力动车、高铁、地铁等电力机车都是陶瓷绝缘子的新兴市场。
陶瓷绝缘子主要用于高压输供电线路、超高压输供电线路以及电站电气设备的外绝缘部分,因此要求其必须具备较高的外绝缘性能。
陶瓷绝缘子分类
一、陶瓷绝缘子
陶瓷绝缘子材料根据化学组成不同分为长石质瓷,硅质瓷和铝质瓷三类。
1、长石质瓷绝缘子
长石瓷是将石英、长石、粘土按照一定比例混合烧制而成,瓷中成分有石英、莫来石、玻璃相和气孔,该类型瓷的机械强度低,有良好的可塑性,外加制备工艺简单,使得长石质瓷绝缘子在早期广泛应用在低压、低强度要求的输电线路上。
2、硅质瓷绝缘子
随着电力行业电压等级不断提升,陶瓷绝缘子材料逐渐由长石质瓷向硅质瓷过渡,两者所用的主要原料是相同的,通过调节坯料中SiO2和Al2O3的比例来获得较高强度的瓷。瓷体中物相以石英和莫来石为主,较高含量的残留石英相使得瓷体的抗弯强度低于120MPa。早在
20世纪60年代日本人就能利用特有的陶石原料研制出了“石英-长石-粘土”系统的方石英质电瓷材料,材料中的晶粒结构均匀细小,含有莫来石、石英和大量方石英晶相,但方石英瓷因晶相难以控制,限制了其在国际市场的应用。
3、铝质瓷绝缘子
铝质瓷是利用较高的Al2O3含量的坯料制的的陶瓷体,通过调整配方组成使得瓷体的主晶相为刚玉和莫来石,以此来提高电瓷强度。因为刚玉相的引入会增大瓷体的机械强度,瓷中石英含量较低,会减少石英晶型转变伴随的体积变化,提高瓷体的热稳定性。近年来国内外学者对铝质瓷绝缘子的机械、电气和表面特性进行了广泛而深入的研究。
二、云母陶瓷绝缘子
云母陶瓷是由合成云母粉和低熔点玻璃粉按照一定比例混合,热压后制成的一种无机非金属复合材料,其兼有塑料、云母、陶瓷三者的优点:(1)塑料的热塑性;(2)云母优良的电气绝缘;(3)陶瓷的耐高温和机械强度高等性能。
云母陶瓷绝缘子
相比传统的陶瓷绝缘子,云母陶瓷绝缘子产品具有多方面的优势,在国内首次采用热压一次成型工艺技术,实现了绝缘子云母基陶瓷体与金属芯的高强结合,大幅度提高了绝缘子的多项性能指标。轨道交通车辆用绝缘子的机械强度主要包括抗拉强度、抗压强度、弯曲强度以及破坏扭矩,由于车辆运行过程中会产生较大的震动,因此要求绝缘子具有较高的机械性能。对比来看,云母陶瓷绝缘子的机械性能远远高于合成绝缘子,与氧化铝陶瓷绝缘子相比也有一定的优势。
三、复合绝缘子
有机复合成绝缘子是由有机聚合绝缘物主要绝缘材料制造出来的新型线路绝缘子,它主要由芯棒、伞裙、金具组成。芯棒主要承担机械负荷并引起内绝缘作用,伞裙和护套承担和保护芯棒免受大气环境侵蚀,同时也提供必要的爬电距离和污闪、湿闪性能,金具的作用是传递机械负荷和联接导线。
复合绝缘子优点:
(1)耐污性高。在重污秽地区运行可以不用清扫,免维护,是目前理想的高压输送电线路用耐污性绝缘子。
(2)湿闪电压高。是干压电压的90%-95%。
(3)不易破碎,无零值绝缘子,耗损少,运行可靠性能高。
(4)体积小、重量轻,运输、安装和维护方便。
(5)耐腐蚀性能强。
绝缘材料的性能高低将直接影响到绝缘工业的发展水平,影响到电机电器的质量。这也是作为绝缘材料企业提高自身核心竞争力,在激烈的市场中赢得生存的机会。
参考来源:
赵斌等人:国内云母陶瓷绝缘子发展现状及前景
汤召辉:极寒冷地区用Al2O3基陶瓷绝缘子的研究
周志敏:复合绝缘子特性
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