CN117949449A - 一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，涉及绝缘子的技术领域。本发明的方法包括以下步骤：(1)按需求设计光纤光栅的布线图，按照布线图布置光纤，并将光纤引出绝缘子；(2)将光纤光栅粘贴到需要监测的位置，并将光纤光栅依次与光纤光栅解调仪和计算机连接；(3)将绝缘子放入高温硫化箱中进行高温注射硫化包覆绝缘子，然后监测包覆过程中不同位置的光纤光栅所检测到的应变变化；(4)根据应变变化趋势，找出固化不均匀的位置；(5)根据监测结果，提出材料配方或工艺的优化方案；(6)判断是否需要对绝缘子进行机械性能的检测。本发明的方法具有布置方便、监测位置多、监测准确、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘子的技术领域，尤其涉及一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法。
背景技术
输电线路新型混合绝缘子是一种采用高温注射工艺在传统的瓷、玻璃绝缘子上包覆一层高温硫化硅橡胶(HTV)的新型绝缘子，兼具传统瓷、玻璃绝缘子长寿命机械强度高和HTV复合绝缘子的耐污秽闪络的优点，在我国重污秽地区具有广泛的应用前景。与传统的HTV复合绝缘子不同，新型混合绝缘子的被包覆绝缘子结构更复杂，所以要求采用的HTV材料配方具有更好的流动性、充模性和脱模性。此外，混合绝缘子高温注射成型工艺采用高气压(大于10MPa)和高温度(大于100℃)的硫化条件，包覆过程可能影响瓷、玻璃绝缘子本体的应力分布，进而导致绝缘子破碎，产品成型率差。
目前仅能根据挤塑成型后的混合绝缘子包覆情况来判断包覆工艺的效果，尚没有成熟的方法来获取硫化包覆过程中绝缘子伞裙表面不同位置胶料的流动情况和固化情况。并且，现有新型混合绝缘子采用的材料配方和生产工成型率差，且采用的注射成型工艺没有对固化过程进行原位监测，因此无法获得成型过程绝缘子不同部位的胶料流动情况和固化情况，难以针对性提出材料配方和工艺优化方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法。本发明的方法，不仅可以根据各个位置的应变变化反推界面包覆状态，横向对比不同材料配方、硫化包覆工艺对绝缘子表面整体的包覆效果，并且，还可根据成型后绝缘子界面粘接性能测试结果对界面粘接性能做出评价。本发明的方法具有布置方便、监测位置多、监测准确、成本低的优点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，包括以下步骤：
(1)按需求设计光纤光栅的布线图，然后按照布线图布置光纤，并将光纤引出绝缘子；
(2)将光纤光栅粘贴到需要监测界面粘接性能的位置，并将光纤光栅依次与光纤光栅解调仪和计算机连接；
(3)将绝缘子放入高温硫化箱中进行高温注射硫化包覆绝缘子，然后监测包覆过程光栅所在位置的应变变化；
(4)对比包覆过程中不同位置的光纤光栅的应变变化趋势，找出固化不均匀的位置；
(5)根据步骤(4)的监测结果，提出材料配方或工艺的优化方案；
(6)判断是否需要对绝缘子进行机械性能的检测，若需要测试绝缘子的机械性能，则对绝缘子施加外施载荷，同时监测施加载荷过程绝缘子伞面不同位置的应变变化情况，然后分析数据找到绝缘子机械强度的薄弱点，最后重复步骤(5)，提出绝缘子材料配方或工艺的优化方案；若不需要测试绝缘子的机械性能，则结束测试。
本发明方法的检测原理为：采用光纤光栅实时监测成型过程中绝缘子界面包覆状态的方法，在绝缘子的轴向、径向环绕粘贴光纤光栅，监测高温包覆成型过程不同阶段、不同位置的胶料流动性和固化情况等包覆状态参数，明确不同注射成型方案下，绝缘子芯体伞裙各个部位的应变变化。
同时，本发明通过采用高温注射硫化包覆过程的最佳材料配方和工艺参数，提出流动性合适的胶料配方、硫化温度和时间等参数恰当的硫化包覆工艺，有利于降低硫化包覆过程对绝缘子本身应力分布的影响，提高产品成型率。
优选地，所述步骤(1)中绝缘子包括瓷绝缘子或玻璃绝缘子。
优选地，所述步骤(1)前还包括以下步骤：选定绝缘子的界面性能监测方案，确定光纤光栅的缠绕路线和光栅的刻写位置。
优选地，所述步骤(1)中将光纤引出绝缘子的方式为：采用径向布置时，将光纤沿绝缘子表面布置然后从绝缘子的头部引出；采用周向测量时，将光纤沿绝缘子伞裙表面环绕一周后再将光纤沿伞裙表面的径向引出。
优选地，所述步骤(2)中采用耐高温胶水将光纤光栅粘贴到需要监测界面粘接性能的位置。
优选地，所述步骤(2)中光纤光栅的耐受温度大于130℃，耐受压力大于11MPa。
优选地，所述步骤(3)将绝缘子放入高温硫化箱之前，先将绝缘子放入硫化模具，再将硫化模具放入高温硫化箱，将光纤引出高温硫化箱，最后进行高温注射硫化包覆绝缘子。
优选地，所述步骤(4)中具体的操作方法为：先观察监测位置的包覆效果，若监测到绝缘子表面各处光栅的波长数据一致性不好，则需要对材料配方或工艺进行改进。
优选地，所述步骤(5)中材料配方或工艺的优化方案包括高温硫化橡胶胶料、模具注射口位置、注射速率、硫化温度、硫化时间、硫化压力、硫化程序。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)采用光纤光栅植入监测的方法，根据待检测的界面位置布置光纤的布线方案和光栅刻写方案，通过监测绝缘子注射成型过程中瓷、玻璃和高温硫化硅橡胶界面不同位置应变的变化情况，来评价高温硫化工艺的包覆效果和采用高温硫化硅橡胶材料的性能，进一步获得形成界面的粘接状态。
(2)光纤光栅在绝缘子表面的布置方案，将光纤光栅沿绝缘子伞裙表面粘贴环绕最后从绝缘子头部引出，然后通过密封连接器等装置引出绝缘子和硫化模具，不需要对绝缘子本体进行打孔操作，可以最大限度地降低界面性能监测方法对瓷、玻璃绝缘子本体性能的影响。
附图说明
图1是本发明所述高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法的流程图。
图2是本发明所述光纤光栅在绝缘子表面的径向粘贴位置和走线图，其中，1-1为光纤光栅头部；1-2为光纤光栅尾部；2-1～2-5为监测界面性能的光纤上不同光栅的位置；3为包覆前的绝缘子。
图3是本发明所述光纤光栅在绝缘子表面的周向粘贴位置和走线图，其中，1-1为光纤光栅头部；1-2为光纤光栅尾部；2-1～2-9为监测界面性能的光纤上不同光栅的位置；3为包覆前的绝缘子。
图4是本发明所述高温硫化包覆后绝缘子、光纤光栅和包覆层位置的关系图，其中，1-1为光纤光栅头部；1-2为光纤光栅尾部；2-1～2-5为监测界面性能的光纤上不同光栅的位置；3为包覆前的绝缘子；4为高温硫化橡胶包覆层。
图5是本发明所述硫化包覆平台的结构示意图，其中，1为粘贴有光纤光栅的绝缘子；2为光纤；3为硫化模具；4为高温硫化包覆箱；5为光纤光栅调解仪；6为计算机。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径获得的试剂和材料。
实施例1
一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，包括以下步骤：
(1)首先选定绝缘子需要监测界面性能的位置，确定光纤上光栅的刻写位置和光纤的缠绕路线；本实施例中所述绝缘子为玻璃绝缘子；
(2)按照需求设计光纤光栅的布线图，如图2所示，采用径向布置时，将光纤沿绝缘子表面布置最后从绝缘子头部引出；如图3所示，采用周向测量时，将光纤沿绝缘子伞裙表面环绕一周后再将光纤沿伞裙表面的径向引出；
(3)按需求设计光纤光栅的布线图，然后按照布线图布置光纤，并选择合适的方案将光纤引出绝缘子，具体操作为：如图5所示，采用东莞市汇瑞胶业有限公司HR-8737AB型的耐高温胶水将光纤光栅粘贴到需要监测界面粘接性能的位置，并将光纤光栅的接收端从密封好的连接装置穿到模具外面，然后将光纤光栅依次与光纤光栅解调仪和计算机连接；
(4)按照现有工艺高温注射硫化包覆玻璃绝缘子，监测包覆过程中光纤光栅在不同位置检测到的应变变化，将绝缘子放入硫化模具，再将硫化模具放入高温硫化箱中，注意保护光纤无损地引出硫化模具和高温硫化箱，然后进行高温注射硫化包覆绝缘子，如图4所示；
(5)对比包覆过程中光纤光栅在不同位置的应变变化趋势，找出固化不均匀的位置，具体操作为：对比硫化包覆过程中不同位置光纤光栅监测到的波长数据，结合成型后表面外观一致性，评价出各个监测位置的包覆效果，良好的包覆效果不仅从外观上一致性好，而且绝缘子表面各处光栅监测到的波长数据一致性很好；若外观检测发现包覆不好的位置，则根据不同位置光纤光栅检测到的应变变化规律推测包覆问题；若外观检测一致性较好，而光纤光栅的一致性不好，说明包覆工艺存在问题，需要改进，与各点监测到数据平均值相差越大的位置的包覆效果需要改进；
(6)根据步骤(5)的监测结果，提出材料配方或工艺的优化方案，为混合绝缘子的硫化包覆效果提供数据支撑，具体操作为：根据包覆效果差位置的温度、应变变化，结合现有高温硫化包覆工艺的材料配方工艺和模具结构，提出高温硫化橡胶胶料、模具注射口位置、注射速率、硫化温度、硫化时间、硫化压力、硫化程序的改进方案；如图3所示，图3中2-4和2-6位置光栅监测到应变变化对应的固化收缩时间相差很大，差异超过3min，后续分析发现是因为初始的1个胶料注射口较少，2-4位置靠近胶料注射口，而2-6距离胶料注射口较远，导致胶料流动到2-4位置所用时间较长，进而使得后续改进方案为增加胶料注射口，降低胶料流动到绝缘子表面各个位置的时间差异，结果表明增加胶料注射口的方法能有效降低不同检测位置的固化收缩时间、提升包覆效果；
(7)判断是否需要对绝缘子进行机械性能的检测，若需要测试绝缘子的机械性能，则对绝缘子施加外施载荷，同时监测施加载荷过程绝缘子伞面不同位置的应变变化情况，然后分析数据找到绝缘子机械强度的薄弱点，最后重复步骤(6)，提出绝缘子材料配方或工艺的优化方案；若不需要测试绝缘子的机械性能，则结束测试。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中采用应变片替代绝缘子，开关设备中采用的打孔法引入应变片监测环氧绝缘件固化过程环氧树脂复合材料--金属界面的应变变化，但该方法需要在模具和固定的金属件中打孔，而且应变片每个监测位置都需要单读引线布线，在需要布置多个监测点的时候监测效率低。
相比之下，采用实施例1所述光纤光栅监测应变变化的方法，具有检测点布置方便、监测准确、经济性好、不破坏绝缘子本体的优点，通过控制光纤上刻写光栅的数量和位置来控制界面性能的监测点，光纤在玻璃绝缘子本体表面环绕走线，不需要在绝缘子上打孔，对绝缘子本体的机械性能没有影响。此外，采用实施例1所述方法制作的绝缘子，包覆在界面的光纤光栅还可以用来监测机械性能检测过程绝缘子不同位置应变的变化，以获得界面机械性能薄弱点。
实验
对绝缘子进行机械性能的检测，采用标准GB/T 1001.1-2021中热机械负荷试验方案，即在承受四次24h冷却和加热循环的同时施加拉伸负荷，该负荷的大小保持在(60％～65％)SFL之间。每一个24h循环，始于冷却至-40℃±5℃的冷却周期，随后进行加热至+40℃±5℃的加热周期。控冷、热循环的温度偏差，以保证其记录的最低温度和最高温度之间的最小温差为80K。在温度循环中，最低温度和最高温度至少均应连续保持4h。开始第一次冷热循环之前，应在室温下在绝缘子元件上施加拉伸负荷。在每次加热周期终结时，完全卸除该拉伸负荷，并再重新施加，最后一次加热周期除外。在实施第四次24h循环时，将绝缘子元件冷却到室温，再卸除拉伸负荷。在此过程中，依然将光纤从钢帽中引出至计算机，并对比热机械负荷过程中不同位置应变的变化情况。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按需求设计光纤光栅的布线图，然后按照布线图布置光纤，并将光纤引出绝缘子；
(2)将光纤光栅粘贴到需要监测界面粘接性能的位置，并将光纤光栅依次与光纤光栅解调仪和计算机连接；
(3)将绝缘子放入高温硫化箱中进行高温注射硫化包覆绝缘子，然后监测包覆过程中不位置的光纤光栅所检测到的应变变化；
(4)对比包覆过程中不同位置的光纤光栅的应变变化趋势，找出固化不均匀的位置；
(5)根据步骤(4)的监测结果，提出材料配方或工艺的优化方案；
(6)判断是否需要对绝缘子进行机械性能的检测，若需要测试绝缘子的机械性能，则对绝缘子施加外施载荷，同时监测施加载荷过程绝缘子伞面不同位置的应变变化情况，然后分析数据找到绝缘子机械强度的薄弱点，最后重复步骤(5)，提出绝缘子材料配方或工艺的优化方案；若不需要测试绝缘子的机械性能，则结束测试。
2.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中绝缘子包括瓷绝缘子或玻璃绝缘子。
3.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)前还包括以下步骤：选定绝缘子的界面性能监测方案，确定光纤光栅的缠绕路线和光栅的刻写位置。
4.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中将光纤引出绝缘子的方式为：采用径向布置时，将光纤沿绝缘子表面布置然后从绝缘子的头部引出；采用周向测量时，将光纤沿绝缘子伞裙表面环绕一周后再将光纤沿伞裙表面的径向引出。
5.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用耐高温胶水将光纤光栅粘贴到需要监测界面粘接性能的位置。
6.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中光纤光栅的耐受温度大于130℃，耐受压力大于11MPa。
7.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)将绝缘子放入高温硫化箱之前，先将绝缘子放入硫化模具，再将硫化模具放入高温硫化箱，将光纤引出高温硫化箱，最后进行高温注射硫化包覆绝缘子。
8.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中具体的操作方法为：先观察监测位置的包覆效果，若监测到绝缘子表面各处光栅的波长数据一致性不好，则需要对材料配方或工艺进行改进。
9.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法，其特征在于，所述步骤(5)中材料配方或工艺的优化方案包括高温硫化橡胶胶料、模具注射口位置、注射速率、硫化温度、硫化时间、硫化压力、硫化程序。
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| CN202410155179.1A Pending CN117949449A (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种高温硫化硅橡胶包覆绝缘子界面状态的检测方法 |
Country Status (1)
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-
2024
- 2024-02-04 CN CN202410155179.1A patent/CN117949449A/zh active Pending
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