許立庚

包頭市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所 內(nèi)蒙古包頭 014030

帶電作業(yè)是在電氣設(shè)備上不停電進(jìn)行檢修、測(cè)試的一種作業(yè)方法。一般電氣設(shè)備檢查和維修時(shí)要斷電進(jìn)行，這就給生產(chǎn)和生活帶來很大的影響。而帶電作業(yè)避免了檢修停電，保證了生產(chǎn)和生活的不間斷供電，可以節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。在帶電作業(yè)過程中使用帶電作業(yè)用工具是必不可少的，這些工具的安全與否直接決定著作業(yè)人員的生命安全，因此帶電作業(yè)用絕緣工具能通過電氣耐壓試驗(yàn)是帶電作業(yè)保證安全的先決條件，對(duì)這些絕緣工具進(jìn)行電氣耐壓試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求、是否經(jīng)濟(jì)合理更是保障這一切的前提。

目前市面上的帶電作業(yè)用空心絕緣管、泡沫填充絕緣管和實(shí)心絕緣棒耐壓試驗(yàn)裝置存在價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、每次實(shí)驗(yàn)受檢樣品裝夾量少等問題，這都增加了實(shí)驗(yàn)的成本，減弱了送檢單位進(jìn)行送檢的積極性[1]。

1 結(jié)構(gòu)與材料

根據(jù)GB13398-2008中對(duì)試驗(yàn)布置的要求確定試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)樣品通過寬度大于5mm的多股絞線電極固定在金屬支架上，金屬支架放置在一個(gè)絕緣臺(tái)上，金屬支架間的距離為300mm并且金屬支架相互間隔1個(gè)位置連接極性相同的電極。試驗(yàn)時(shí)在電極兩端施加時(shí)長為1min的交流工頻電壓，樣品應(yīng)當(dāng)無滑閃、火花或擊穿，表面無可見漏電腐蝕痕跡，表面無可察覺的溫升[1]。

在實(shí)際的使用過程中，絕緣管、棒類材料耐受的電壓基本上為10kV左右，選取絕緣性能好的電木材料作為支架，可以滿足日常的預(yù)防性試驗(yàn)。電木又名酚醛塑料、酚醛樹脂，其具有用途范圍廣、使用量大而且電氣性能、機(jī)械加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，選用電木材料作為試驗(yàn)裝置的主體結(jié)構(gòu)即可以滿足試驗(yàn)要求又可以節(jié)約成本。

電木的一些物理電氣性能如下[2]：

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)絕緣耐壓試驗(yàn)布置要求，考慮到使用安全、方便和結(jié)實(shí)耐用等要求設(shè)計(jì)確定試驗(yàn)支架裝置的結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 絕緣耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

如圖，金屬支架穿過絕緣臺(tái)上部的橫梁以過渡配合的方式固定在試驗(yàn)裝置上，絕緣架的其他部分相互之間通過榫接的方式連接起來這樣既保證了結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度又避免使用金屬部件連接保證電氣強(qiáng)度，絕緣支架的四條腿底部安裝有萬向輪方便整個(gè)試驗(yàn)裝置移動(dòng)，絕緣支架臺(tái)的高度與寬度參照電業(yè)安全工作規(guī)程中設(shè)備不停電時(shí)的安全距離[3]和實(shí)驗(yàn)室門的寬度確定[2]。

3 機(jī)械強(qiáng)度校核

在整個(gè)絕緣支架結(jié)構(gòu)中，上部的兩條電木長橫梁是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。其既承受試驗(yàn)樣品和金屬支架以及自身的全部重量，還因?yàn)榇蚩装惭b金屬支架而減弱了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和尺寸是否能達(dá)到使用要求。該裝置絕緣支架的其他結(jié)構(gòu)的截面尺寸與兩條長橫梁的截面尺寸一致，因此只要每根長橫梁的強(qiáng)度達(dá)到實(shí)際使用的要求，則其他部分可以省去計(jì)算驗(yàn)證的步驟。

為了計(jì)算方便，將絕緣支架上部的長橫梁簡化為兩端支撐的簡支梁，其橫截面是邊長60mm的正方形，梁上受到2個(gè)等量的載荷P（考慮到絕緣試樣最短的情況其長度只能接觸到1組高低壓金屬支架），常見的絕緣管、棒類樣品如接地棒、高壓拉閘桿（令克棒）等其重量都很輕，本試驗(yàn)裝置一次可放置9~12根絕緣管、棒類樣品，其全部不超過20kg。

裝置簡化后橫梁的兩個(gè)支點(diǎn)為A、B，間距為l=1030mm，P為施加給橫梁的載荷，施加在截面C、D上，距離為b=316mm，支點(diǎn)A到受力點(diǎn)C的距離與支點(diǎn)B到受力點(diǎn)D的距離相同均為a=357mm，由載荷P可以計(jì)算橫梁的強(qiáng)度[3]。

截面C、D為危險(xiǎn)截面，計(jì)算其所受應(yīng)力σC、σD

式中σC——橫梁截面C受到的應(yīng)力，單位為MPa，

σD——橫梁截面D受到的應(yīng)力，單位為MPa，

P——橫梁受到的載荷，單位為N。

A——橫梁截面積，單位為mm2，

M——橫梁最大彎矩Mmax，Mmax=Pa，單位為N·mm，

W——橫梁的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3，

其中，P大小為196N，A大小為3600mm2，W大小為36000mm3，算得σC、σD=5.211MPa，σ≤[σ]。[σ]為電木材料的彎曲強(qiáng)度，大小為≥120MPa，經(jīng)過強(qiáng)度檢核絕緣橫桿是安全的。因?yàn)樵撗b置承受的載荷較小，所以不必對(duì)四條支腿進(jìn)行壓桿穩(wěn)定的校核。

綜上所述，該裝置的機(jī)械強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

4 電氣強(qiáng)度校核

作為絕緣材料耐電壓試驗(yàn)的裝置，能夠承受高于試驗(yàn)時(shí)的電壓是必要的。對(duì)該裝置進(jìn)行了環(huán)境溫度在室溫下的空氣中施加電壓為100kV，歷時(shí)10min的耐電壓試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，該裝置無滑閃、火花或擊穿，表面也無可見漏電腐蝕痕跡以及可察覺的溫升。綜上所述，該裝置的電氣強(qiáng)度也符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

該試驗(yàn)裝置解決了帶電作業(yè)用空心絕緣管、泡沫填充絕緣管和實(shí)心絕緣棒類工具進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)時(shí)沒有可以安全放置的實(shí)驗(yàn)裝置問題，經(jīng)過校核計(jì)算和耐電壓試驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度從和電氣強(qiáng)度方面都滿足設(shè)計(jì)的要求。制造該裝置的費(fèi)用也遠(yuǎn)低于市場上的類似產(chǎn)品，可以為實(shí)驗(yàn)室在滿足實(shí)驗(yàn)要求的前提下節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)。