CN1100227A - 复合电绝缘子和该绝缘子的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种复合电绝缘子包括一个被固定地安装到一 个纤维补强杆(1)的端部上的金属配件(3、4)。该杆 具有一个位于金属配件(3、4)的对面的，并且在杆(1) 的端部已经插入到金属配件(3、4)中的孔中以及金属 配件(3、4)固定地安装到杆(1)上之后由杆(1)的热处 理所形成的消除应力区(8)，杆(1)的热处理在不低于 纤维补强塑料材料的基质树脂的热转换温度的一个 温度上进行。

Description

本发明涉及一种复合电绝缘子，其中一个金属配件被固定地安装到一个纤维补强塑料杆的端部上。

具有这样一种结构的复合电绝缘子是已知的，例如从美国专利4，654，478中可以知道，其中纤维补强塑料杆的一个端部被插入到金属配件的一个套管部分中的孔中并且随后把金属配件固定地安装到塑料杆上。为了这个目的，金属配件径向向内被压到塑料杆上以便于牢固地夹紧杆。也就是说，通过径向向内压金属配件，塑料杆位于金属配件对面的区域上被均匀地夹紧以使金属配件与塑料杆整体地连接，并且防止即使在大的拉力下塑料杆从金属配件中抽出。

为了满足对高抗强度严格的要求，金属配件通常是由一种高应力钢或球黑铸铁制成。然而，由于金属配件的硬度大大高于纤维补强塑料杆的硬度，即使在杆端部的外表面中或金属配件中孔的内表面中的轻微不均匀可以引起在杆的相邻外表面区域中的局部变形，因此产生了一个相当大的残余的内应力。在这种情况下，当给绝缘子施加一个外部力时，典型地为轴向拉力时，该内部应力在夹在套管中的杆中被增加，引起了高度的应力集中并因此使杆在一相对短的周期内损坏或断裂。因而已经考虑到根据金属配件中孔的内表面和杆端部的外表面需要进行高精密和准确的机械加工，不用说为了改进制造的生产率和减少绝缘子的费用这种机械加工经常是困难的。

当纤维补强塑料杆的径向向内的压力在金属配件的任何横截面中杆的圆周方向上表面为不均匀的分布时也可以产生类似的问题。因此已经考虑到对于绝缘子有一个必不可少的条件，也就是绝缘子具有一个在其中塑料杆具有实际上良好均匀并的径向向内被压紧的结构。

因此本发明的第一个目的是提供一种改进的复合电绝缘子，该绝缘子能够延长使用时间并且具有良好的寿命和可靠性，它也能够以更高的生产率和减少的费用被制造。

本发明的另一个目的是提供一种以更高的生产率和减少的费用来制造改进的复合电绝缘子的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种复合电绝缘子，该绝缘子包括：一个由一种纤维补强塑料材料组成的并具有一个端部的杆;和一个具有构有一个孔的套管部分的金属配件，所述杆的端部插入到该孔中以致于所述金属配件被固定地安装到所述杆上;其中所述杆包括一个位于所述金属配件对面的消除应力区。

根据本发明的另一个方面提供一种用于制造复合电绝缘子的方法，该绝缘子包括一个由一种纤维补强塑料材料组成的并具有一个端部的杆，一个金属配件被固定地安装到杆的端部上，其中所述的方法包括：把所述杆的端部插入到金属配件中的孔中并把所述杆固定安装到所述金属配件上;和接着消除位于所述金属配件对面的所述杆的区域中的应力。

也就是说，为了制造根据本发明的复合电绝缘子，纤维补强塑料杆的端部被插入到金属配件的套管部分中并且然后把杆固定地安装到金属配件上。随后使位于金属配件对面的杆的区域经过一个应力消除，例如利用金属配件的套管部分的一个热处理，以至于该杆被局部地加热到不低于杆的基质树脂的热转换温度的一个温度。

在此使用的术语基质树脂的“热转换温度”称为临办温度，该临界温度引起基质树脂的机械性从室温状态下的一个普通弹性体变换成在一个升高温度状态下的塑性变形体，并且反过来也一样。术语“热转换温度”可以被用作与“玻璃化转变温度”相同的意义。

其结果在金属配件的任何横截面中，由金属配件施加给杆的压力能够沿着杆的整个圆周上均匀地分布，以致于该杆能够径向向内均匀地被压紧，因此甚至当绝缘子被施加一个外部力时也能够有效地防止杆端部经受不希望的应力集中。因此它能够避免纤维补强塑料杆的过早损坏或破裂并且能够明显地延长绝缘子的使用寿命。

此外，由金属配件施加给杆的压力的均匀分布能够被实现而不需要对杆和金属配件进行精密和准确的机械加工，以致于绝缘子能够以改进的生产率和减少的费用被制造。

参考附图将进一步详细地说明本发明，其中：

图1是表示根据本发明的一种实施例的复合电绝缘子总体布置的正视图;

图2是表示图1所示绝缘子的一个轴向端部区域的纵剖面图;

图3是表示为图2中所示的金属配件的套管部分提供热处理的纵剖面图;

图4是表示在拉伸负载和根据本发明的绝缘子的使用寿命之间关系的曲线图;

图5是表示根据本发明的另一种实施例的纵剖面图;

图6是表示根据本发明的又一种实施例的纵剖面图。

现在参考附图1和2，在其中示出一种根据本发明的一种实施例的复合电绝缘子。该绝缘子包括一个由纤维补强的塑料材料组成的杆1，该杆1在此可称为“FRP杆”。利用一个护套2即可局部地也可全部地将杆1覆盖，该护盖由适当的电绝缘的弹性材料制成并设置有一连串的裙套部分2a。这些裙套部分2a用常规的方法轴向地相互隔开，以便保持一个理想的表面漏电距离。绝缘子具有一个电压馈给侧和一个接地侧，它们在附图中分别被表示上侧和下侧，金属配件3和4分别地被紧固到绝缘子的上侧和下侧。

构成杆1的纤维补强的塑料材料可以包括编织的或纺织的纤维，例如玻璃纤维或其它具有高弹性模量的合适的纤维，和一种热固型合成树脂，例如环氧树脂，聚酯树脂或类似物，它们作为一种基质树脂被浸入到纤维中。因此，杆1具有高的抗拉强度和高的强度与重量比。金属配件3和4每个也可以由一种高应力钢、铝、球墨铁或其他的合适的金属构成。

正如在图2中详细所示的，金属配件3具有一个构有纵向孔5的套管部分，该孔5用于安放杆1的相应轴向端部分。在杆1的轴向端部已经插入到金属配件3中的孔5中之后，在遍布杆1的端部的套管部分中的一个夹紧区5a经受嵌压以致于将金属配件3紧固地安装到杆1上。金属配件3在远离杆1的自由端3a用于直接地或间接地与一个电缆、一个塔架的支架和类似物相连接。为这个目的，金属配件3的自由端3a被构成为一个分叉的V形钩（图1）或为一个连接眼孔（图2）。

如上所述，绝缘护套2是由电绝缘的弹性材料构成的。这样的材料例如可以是硅橡胶、乙烯-丙烯橡胶或类似物。考虑到适当避免电污染利用一种常规的方法可以设计绝缘护套2的形状和由该绝缘护套2覆盖的杆端部1的区域的形状。

下面参考复合绝缘子的一种典型的布置将通过例子来说明在接地侧把杆1紧固安装到金属配件3上的方法，其中杆1由绝缘护套2整个地覆盖。值得注意的是，在下面说明的这种连接也适用于在电压馈给侧上的金属配件4。

首先杆1的端部插入到金属配件3的孔5中，然后该金属配件3经过嵌压以便把金属配件3固定地安装到杆1上。这种嵌压使金属配件3施加径向向内方向的压力给杆1，以致于杆端部呈现一个轻微被减小的直径。接着如在图3中所示，利用一个加热装置7的环形的加热元件6围绕着在金属配件3的套管部分中的夹紧区5a。然后操作加热装置7以便于局部地加热金属配件3的套管部分，从而在由加热装置7围绕的金属配件3的夹紧区5a上产生具有峰值温度的一个温度梯度。

在这方面，被加热装置7产生的热量被确定以致于位于由加热器元件6围绕的金属配件3的夹紧区5a对面的杆端部的一个特殊区域8被加热到一个温度，该温度不低于构成杆1的纤维补强的塑料材料的基质树脂的热转换温度。

也就是说，由加热装置7围绕的金属配件3的夹紧区5a被加热到一个适当的温度，该温度对于例如大约15分的持续时间来说可以比FRP杆1的基质树脂的热转换温度高大约30℃，然而在这方面应该注意的是，过分地升高FRP杆1的温度可以引起机械特性的热损坏。

在加热装置7工作期间，在由加热装置7加热的区域8中的基质树脂表现为塑性变形体并因此受到一个塑性变形以便于缓冲任何局部的弹性变形，该局部弹性变形是由在孔5的内侧面上和/或杆端部的外表面上的不均匀度所引起的。

此后，通过停止加热装置7的操作使杆1的端部逐渐被冷却到一个室温。在杆端部中的被热处理的区域8随后表现为一个普通的弹性体，该弹性体已塑性变形成与在金属配件3中孔5的内表面精确和持久地相一致。因此，虽然例如由嵌压产生的原始弹性的变形和把杆1紧固地安装到金属配件3上的类似情况，但是在作为最终产品的绝缘子的杆端部中的热处理区域8是在充分地消处了应力的状态中，并且也用来消除应力集中。

作为一个具有代表性的例子，FRP杆1具有16mm的原始外侧直径，和遍布杆端部的金属配件3的夹紧区5a具有一个70mm的轴向长度。在该例子中，在杆端部中的热处理区域8可以有20mm的轴向长度，该长度比杆1的原始直径更大。然而这不是一个先决条件;主要的是根据对于复合绝缘子的所需的机械特性来适当确定在杆端部中热处理区域8的轴向长度。

为了进一步证明利用根据本发明的热处理所达到的明显的优点，准备一组具有热处理区域8的复合绝缘子和一组设有热处理区的常规的复合绝缘子作为样品来测量它们的使用寿命。这些样品的FRP杆是由具有一个110℃的热转换温度的基质树脂构成的，并且在两侧利用嵌压固定到安装到金属配件3、4上。在具有热处理区8的一组样品中的金属配件3、4被加热到140℃的温度进行15分，它是利用如图3中所示的加热装置7来加热的。

这些样品然后经过一个抗拉强度试验，通过施加各种等级的预定拉力来测量使用寿命直到发现由拉力引起样品损坏为止。在图4中示出了这种拉力试验的结果，其中用表示为100的短寿命的抗拉强度指数来代表所施加的拉力。从图4中能够清楚地知道：根据本发明的热处理区8改进了复合绝缘子的使用寿命，例如在80%负载条件的情况下，它的使用寿命比没有热处理区的常规复合绝缘子的使用寿命长3.8倍。

下面参考图5和6将简要说明本发明进一步的实施例，其中在图1至3中被使用的参考符号表示相同或对应的元件、为了简化的目的对于这些元件多余的说明被省略了。

在图5中所示的实施例中，在复合绝缘子的电压供给侧上的金属配件4具有一个构有孔5的套管部分，该孔5是以一种独特的布置为特征的，它能在绝缘子正常的使用条件下在FRP杆1和金属配件4之间提供一种更进一步的改进连接。特别是在金属配件4中孔5的内表面具有一连串的锥形区9，它们纵向相互隔开。因此，在FRP杆端部的外表面和孔5的内表面之间形成了一种纵向多级的间隙，利用一种适合的粘合树脂10来填充这种间隙。这样设置锥形区9以致于当在常规使用状态下供给绝缘子一个轴向拉力时，锥形区9起着用于产生施加给FRP杆一个径向向内的力的楔形物作用，因此改进了夹紧力。

在图6中所示的另一个实施例中，在电压供给侧上金属配件4的孔5的内表面和FRP杆1的外表面被作成相互对应的锥形。利用一个楔形体11来构成在杆端部的外表面中的锥形区，该楔形体已被轴向压入配合到杆1的端部中。该楔形体11用来紧密地把FRP杆1的外表面推压在金属配件4的孔5的内表面上，因此，甚至当在一种常规使用条件下对绝缘子施加一个轴向拉力时能够提供一种改进夹紧力。

当然接地侧金属配件可以具有类似于在图5和6中所示结构。

从前面的说明可以知道：根据本发明的FRP杆端部的热处理用来提供改进的复合绝缘子的寿命和可靠性并且对于一个延长的寿命能维持改进的机械特性，所述的热处理是在金属配件已经固定安装到FRP杆上之后进行的。应该进一步注意的是：根据本发明的复合绝缘子能够用改进的生产率和减少的费用来被制造。

虽然参考一定的优选实施例已经描述了本发明，但是它们仅仅是作为例子给出的。当然可以进行各种变化和变型而不脱离由权利要求所限定的本发明的保护范围。

例如，根据复合绝缘子的各种规格，相对于FRP杆1的热处理区8的轴向长度和/或遍布杆端部的金属配件3、4的夹紧区5a的轴向长度，或相对于热处理的温度，时间长度或方法可以做各种变化。

同样地能够使金属配件3、4的夹紧区5a的一部分进行初始的嵌压，和使整个金属配件3、4在一个炉中经受热处理，并且在此之后进行夹紧5a的最终嵌压。在这个例子中，通过相对于热处理区8进行金属配件3、4的附加的嵌压能够减小金属配件3、4的夹紧区5a的轴向长度。

Claims (12)

1、一种复合电绝缘子包括：

一个由一种纤维补强的塑料材料组成的并具有一个端部的杆；和

一个金属配件，该金属配件具有一个构有一个孔的套管部分，所述杆的端部插入到该孔中以致于所述金属配件固定地安装到所述杆上；

所述杆包括一个位于所述金属配件对面的消除了应力的区。

2、根据权利要求1所述的绝缘子，共中所述杆的消除了应力的区包括一个在金属配件已经固定安装到杆上之后被加热到一个温度的区域，该温度不小于所述纤维补强的塑料材料的基质树脂的热转换温度。

3、根据权利要求1所述的绝缘子，进一步包括当绝缘子被施加一个轴向拉力时用于产生施加给所述杆一个径向向内的力的装置。

4、根据权利要求3所述的绝缘子，其中所述杆端部的外表面和所述在金属配件的套管部分中的孔的内表面之中的至少一个表面上具有至少一个锥形表面区，所述绝缘子包括一种树脂，该树脂被填充在位于杆端部的外表面和金属配件的套管部分中的孔的内表面之间的间隙中。

5、根据权利要求3所述的绝缘子，其中所述杆端部的外表面和所述金属配件的套管部分中的孔的内表面分别具有锥形的表面区，所述杆的端部的外表面由一个楔形物形成，该楔形物已经轴向地压入配合到杆的端部中。

6、根据权利要求1所述的绝缘子，进一步包括一个由一种电绝缘的弹性材料组成的绝缘护套，它用于封闭所述杆。

7、根据权利要求1所述的绝缘子，其中利用所述金属配件的嵌压使所述杆固定地被安装到所述金属配件上。

8、一种制造复合电绝缘子的方法，该绝缘子包括一个由一种纤维补强的塑料材料组成的并且具有一个固定地安装到一个金属配件上的端部的杆，其中所述方法包括：

把所述杆的端部插入到金属配件中的孔中，并且把所述金属配件固定地安装到所述杆上;和

接着消除位于所述金属配件对面的所述杆的区域中的应力。

9、根据权利要求8所述的方法，其中所述应力消除步骤是通过把所述套管部分经过一个热处理来进行，以致于该杆的所述区被加热到不低于所述纤维补强的塑料材料的基质树脂的热转换温度的温度。

10、根据权利要求9所述的方法，其中所述的热处理是在比所述基质树脂的热转换温度高大约30℃的一个温度上进行。

11、根据权利要求9所述的方法，其中所述热处理要进行大约15分。

12、根据权利要求8所述的方法，其中所述杆是通过金属配件的嵌压被固定地安装到所述金属配件上。

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