我國帶電作業(yè)用絕緣桿材的現(xiàn)狀和前景
在帶電作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域里，絕緣工具是保證作業(yè)安全的重要器件。而用于制造絕緣工具的絕緣桿（管）材，其電氣性能，機械特性是否優(yōu)良，是關(guān)系到帶電作業(yè)絕緣工具質(zhì)量的較基本因素。

　　幾十年來，我國帶電作業(yè)使用絕緣工具的材料不斷更新，當前，使用較廣泛的是固體復合絕緣材料，而固體復合絕緣材料由于其制造加工工藝以及使用的玻璃纖維、環(huán)氧樹脂的配方等原材料不同，而所加工制造的產(chǎn)品在質(zhì)量上有很大的差異。

　　因此要制造出具有優(yōu)良的電氣性能及機械特性的絕緣桿（管）材，必須在選擇原材料上把關(guān)；制造加工藝要先進，同時要做到全過程質(zhì)量管理，才能使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，以確保生產(chǎn)出性能優(yōu)良的絕緣桿材。信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　1．我國絕緣桿材的發(fā)展歷史

　　（1）絕緣桿材的興起與發(fā)展階段

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　　我國的帶電作業(yè)于1954年在鞍山電業(yè)局首先開展，從開展帶電作業(yè)以來，絕緣材料的使用就與帶電作業(yè)技術(shù)緊密相連，隨同發(fā)展。

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　　從我國開展帶電作業(yè)40余年的歷史來看，用于制造絕緣工具的絕緣材料也大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：

　　1）環(huán)氧紙棒階段 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　這一階段為我國開展帶電作業(yè)初期，為50年代初至50年代末，開始采用環(huán)氧紙棒（管）為主體，也采用樺木桿（棒）。這一時期所使用的絕緣材料也可稱為“木質(zhì)絕緣工具”。

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　　2）環(huán)氧玻璃布卷制管階段

　　這一階段，是在1960年前后，環(huán)氧樹脂復合材料在我國問世。我國相繼在西安、營口等地建立了絕緣材料廠，生產(chǎn)出了環(huán)氧樹脂（酚醛樹脂）玻璃布卷制管材。

　　為了適應帶電作業(yè)對絕緣材料長度的要求，這類絕緣材料在制造方法上也衍生了除機制卷管以及人工卷管，而其中較有代表性的絕緣材料為“3640環(huán)氧管材”。

　　隨著生產(chǎn)的發(fā)展以及我國標準化工作進程的加快，在這一階段時期里，我國相繼建立了絕緣材料的制造標準，即JB888-66、JB1680-75、GB5131.2-85以及后來公布實施的GB13398-92標準。迷些國家標準及行業(yè)標準對規(guī)范這類絕緣材料的制造以及試驗，起到了很好地推動作用。信息來自:www.tede.cn

　　這一階段的絕緣材料為管材，由于其密度大低，且管內(nèi)、外不夠光滑，防潮性能差。絕緣管材一旦受潮，容易產(chǎn)生管內(nèi)、管外的沿面放電，受潮的絕緣管材一旦用于帶電作業(yè)，將會導致人身及設備事故，因此這類絕緣材要求放置至特殊的工具保管室中存放。信息來源:http://tede.cn

　　3）防潮泡沫填充環(huán)氧桿階段

　　80年代末，借鑒國外經(jīng)驗，武漢高壓研究所、河北省電力工業(yè)局江西5727廠聯(lián)手研制防潮泡沫填充環(huán)氧桿，經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，終獲成功。并于1992年7月通過了原能源部組織的技術(shù)鑒定。這一科研成果使我國的帶電作業(yè)絕緣桿材上了一個臺階。即材料的密度**達到了1.75g/cm3，而且通過了IEC60855標準的淋雨試驗項目。

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　　4）玻璃纖維增強環(huán)氧復合絕緣桿階段

　　1994年以后，西安秦光電工技術(shù)研究所和陜西秦川電力器材開始研制和生產(chǎn)新一代“高強度、充填泡沫絕緣材料”，這種絕緣材料采用引拔、纏繞一體化熱固成型的新工藝，然后管內(nèi)填充聚氨脂泡沫。

　　而引拔、纏繞工藝的思路是解決絕緣材料的密度，成型材料的抗彎特性。由于絕材料的致密性增高，絕緣材料的滲水性大大降低，防潮性能也得到很大的提高，同時由于絕緣材料的密度增加，除了縱向玻璃纖維還有螺旋狀玻璃布帶的纏繞，使得抗彎性能有了較大地提高，同時，使得機械老化特性也得到很大地提高。引拔、纏繞工藝標志著我國帶電作業(yè)用絕緣桿材制造技術(shù)躍上了一個新的臺階。信息來源:http://www.tede.cn

　　2．我國絕緣桿材的現(xiàn)狀

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　　（1）目前絕緣桿材發(fā)展的特點 

　　目前，我國生產(chǎn)絕緣桿材的廠家眾多，且良莠不齊，有國有企業(yè)大型絕緣材料廠生產(chǎn)，也有私營小手工作坊生產(chǎn)，所生的各個階段的產(chǎn)品均出現(xiàn)在市場上，但銷售人格卻有很大的差異。許多使用者，由于缺乏必要的檢驗手段，也無法確定其質(zhì)量優(yōu)劣，如果選擇不當，誤將質(zhì)量低劣的絕緣材料用于重要部位，則會造成重大事故，甚至會危及人身及設備安全。表1列出了我國各個階段絕緣桿（管）材的主要指標。信息來源:http://www.tede.cn

　　表1 我國各階段絕緣桿（管）材主要指標

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　　技術(shù)參數(shù) **階段3640卷制管 第三階段3640防潮桿 第四階段玻璃纖維增強環(huán)氧桿

　　密度/h/cm3 1.4 1.76 2.02

　　吸水率/% 0.3 0.049 0.041

　　抗彎/N/cm2 18.0×103 33.0×103 36.36×103 信息來源:http://www.tede.cn

　　*體積電阻/Ω·cm 1014/107 1.14×1014/1.53×10128.215×015/1.4285×1014 

　　50Hz介損 0.03 0.028 0.00317

　　*注：——“/”上方數(shù)據(jù)為常態(tài)體積電阻；下方數(shù)據(jù)為潮濕狀態(tài)下的值。 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　從表1所列數(shù)據(jù)可以看出，第四階段的玻璃纖維增強絕緣桿材較**階段卷制管材的密度幾乎提高了50%；吸水率降低了一個數(shù)量級；抗彎強度幾乎翻一番。這說明，第四階段絕緣材料無論的電氣性能還是機械特性都有了質(zhì)的提高。信息來源:http://tede.cn

　　回顧我國絕緣桿（管）材的生產(chǎn)及使用歷史，前幾個階段生產(chǎn)的產(chǎn)品之所以達不到1992年公布實施的國家標準GB13398—92和國際電工委員會標準IEC60855—85，其主要原因是生產(chǎn)工藝落后，在卷制管的生產(chǎn)工藝中，無論是機械卷制，模壓和手工卷制，其浸漬了的玻璃纖維布經(jīng)緯稈維相等，在相交、相疊的卷制過程中存在很多間隙，在固化成型的過程中排氣性很差，尤其是在工藝過程中的覆蓋氣泡和熱反應氣泡不能很好地排出。固化成型后，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)存在許多空氣隙、氣泡或分層等缺陷，當電場達到一定強度時，例如在500kV的相電壓下絕緣桿高壓端電場強度可達2000kV/m以上，經(jīng)過一段時間后絕緣工具端部溫度逐漸升高，并往下延伸，這種由于絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的局部放電，較終會導致絕緣材料的碳化，而失去絕緣性能。

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　　國內(nèi)有某些生產(chǎn)廠為了達到通過淋雨試驗的目的，試圖在絕緣桿材表面噴涂防水絕緣漆的辦法，而試驗結(jié)果表明，盡管性能好的防水絕緣漆解決了淋雨狀態(tài)下的電性能，但由于絕緣材料的密度達不到要求，它的吸水率達不到要求，而且機械強度也達不到相關(guān)標準要求。因此，要發(fā)展-我國帶電作業(yè)用絕緣桿材，重要的是解決絕緣材料的密度問題，而提高絕緣材料的密度，關(guān)鍵問題是加工工藝。要合理配制縱向玻璃纖維用量，對縱向纖維施加一定量的引拔力，可大大增強材料的密度，而輔之以一定的螺旋纏繞，可提高材料的抗彎，抗扭性能，在一定的張力之下通過抗壓，高溫固化，能有效地排出工藝氣泡，進一步減少熱反應氣泡。

（2）現(xiàn)階段絕緣桿材已達到的水平

　　我國國家標準GB13398—92《帶電作業(yè)用絕緣桿通用技術(shù)條件》規(guī)定，用以制造絕緣桿的絕緣材料，其物理、機械及介電性能應符合表2的規(guī)定。信息來源:http://www.tede.cn

　　表2 國家標準規(guī)定值及玻璃纖增強桿技術(shù)指標
　　項目 GB13398—92標準技術(shù)要求 玻璃纖維增強桿指示

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　　密度不小于/kg/cm3 1.75×103 2.02×103 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　吸水率不大于/% 0.4 0.041

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　　抗彎強度不小于/N/cm2 35×103 38.36×103 信息來源:http://www.tede.cn

　　抗拉強茺不小于/N/cm2 30×103 38.132×103 信息來自:www.tede.cn

　　*體積電阻系數(shù)，大于/Ω·cm 1.0×1014/×1.0×1012 8.2×1015/1.43×1014

　　50Hz介質(zhì)損耗角正切不大于 0.01 0.00317

　　表面耐壓（受潮后）不小于/kV 12 通過

　　*注：——“/”上方數(shù)據(jù)為常態(tài)；下方數(shù)據(jù)為受潮后數(shù)值。

　　從表2所列數(shù)值可以看，玻璃纖維增強絕緣桿的各項電氣、機械指標，均達到國家標準的要求。信息來源:http://www.tede.cn

　　由于國家標準是在1992年制訂并公布實施的，當時考慮到國內(nèi)絕緣桿材的生產(chǎn)水平，標準不可脫離生產(chǎn)實際，因而相應IEC標準提出的某些考核指標，沒有列入標準之中去。隨著我國絕緣桿材生產(chǎn)水平的提高，以及與國際接軌速度的提高，國內(nèi)帶電作業(yè)標準化技術(shù)委員會提出，應對GB13398—92標準進行修訂，盡量靠近IEC標準，等同采用IEC60855標準。上前國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已下達該標準的修訂計劃，國標的修訂工作正在進行之中。

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　　（3）與國外同類產(chǎn)品的比較

　　美國強斯（CHANCE）公司生產(chǎn)的玻璃纖維增強環(huán)氧桿基本上代表了當今世界的先進水平。法國、加拿大、日本等各國都使用美國強斯公司的產(chǎn)品。美國產(chǎn)品不僅執(zhí)行本國的產(chǎn)品標準，而且也遵循IEC60855標準。

　　為了將國產(chǎn)玻璃纖維增強環(huán)氧絕緣桿與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)特性進行比較，我們曾經(jīng)進行了美國強斯公司產(chǎn)品與國產(chǎn)絕緣桿的對比試驗，其試驗結(jié)果見表3。

　　表3 玻璃纖維增強環(huán)氧絕緣桿比對試驗結(jié)果 

　　試驗項目 美國強斯（CHNACE）公司泡沫 中國秦川廠泡末填充絕緣桿
　　滲透試驗 通過 通過

　　彎曲破壞（試品φ32×2.5） 破壞值 殘余變形 破壞值 殘余變形

　　2587N 1.2mm 3742N 1.1mm 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　電氣試驗 干態(tài) I1=5.6μA 通過 I1=5.24μA

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　　φ1=84.6° 通過 φ1=78.5° 通過

　　168h受潮后 I2=9.8μA 通過 I2=7.5μA

　　φ2=81.4° 通過 φ2=75° 通過

信息來源:

　　淋雨試驗 通過,但可見電弧 通過

　　機械試驗 4000次疲勞試驗 通過 通過

　　4000次疲勞試驗后電氣性能試驗 通過

　　從表3所列數(shù)值可以看出，美國強斯公司與中國泰川廠的產(chǎn)品均達到了IEC60855標準所要求的技術(shù)指標，但總起來看中國產(chǎn)品的質(zhì)量較美國產(chǎn)品略勝一籌，如彎曲破壞值要高出40%，殘余變形小，無論干濕態(tài)的泄漏電流均要小一些。信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　3．絕緣桿材的技術(shù)發(fā)展趨勢

　　帶電作業(yè)用絕緣桿材要求重量輕，電氣性能優(yōu)良，機械特性好，這其中主要的原因是：要適應帶電作業(yè)多種用途的要求，例如絕緣操作桿、絕緣桿、絕緣拉（吊）桿以及測量桿等，而各種絕緣桿在實際作業(yè)時都由帶電作業(yè)人員在高空進行實際操作，因此發(fā)展比強度高的產(chǎn)品是當前以及今后發(fā)展的總趨勢。玻璃纖維增強環(huán)氧復合絕緣材料是國際上推崇的新材料，這種新型復合絕緣材料有以下幾個方面的技術(shù)要求。

　　1）滲透性能

　　要求將材料試品置于品紅溶液中，抽成低于6500Pa的真空，保持1小時，沒有任何滲透。

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　　滲透試驗是考核聚氨脂泡沫充真質(zhì)量及絕緣界面質(zhì)量的指標，在真空狀態(tài)下沒有滲透說明絕緣材料防潮性能較好，界面結(jié)合緊密。

　　2）電氣性能

　　電氣試驗分為干態(tài)、受潮后以及淋雨試驗。

　　干態(tài)試驗時，試品預先置于試驗區(qū)域的大氣環(huán)境中至少24h，兩電極相間加工頻試驗電100kV，1min，測量泄漏電流I1，并記錄較大電流與電壓間的相角差φ1。

　　受潮后的試驗，試品應置于溫度為23℃相對濕度為93%的試驗箱中168小時，然后施加工頻電壓。淋雨試驗，愚昧應持續(xù)加壓1h。

　　這是考核絕緣桿在正常狀態(tài)下，或天氣潮濕的情況下以及在突然降雨一定雨強情況下絕緣桿電氣性能的重要試驗。 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　3）機械特性

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　　機械特性包括彎曲、扭力和擠壓試驗，在進行這些試驗時，規(guī)定了明確的加壓速度，并測量其撓度，還應記錄殘余撓度。 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　機械試驗的目的是要求絕緣桿具有較大的抗彎強度，殘余撓度小，而且具有一定的扭力。尤其是用于操作桿時，便于傳遞力，提高操作時的準確度，從而提高作業(yè)時的有效時間。信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　4）機械老化性能

　　機械老化性能，即絕緣材料的壽命，要求試品每進行1000次彎曲循環(huán)后將試品旋轉(zhuǎn)90°共進行4000次彎曲試驗后，試品應無任何損傷痕跡，也不慶有任何長久變形。經(jīng)過了機械老化試驗的試品還應通過電氣干態(tài)和濕態(tài)絕緣試驗通過了4000次加卸荷載的疲勞試驗，且電氣性能不降低，表明絕緣桿自始至終處于良好狀態(tài)，可以有效工作十年左右。

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　　故以上幾個方面的要求及嚴格試驗，是保證帶電作業(yè)時，不發(fā)生絕緣工具事故的有力保證。