一种带电作业用绝缘管、棒耐电压试验装置
2021-04-25许立庚
许立庚
包头市产品质量计量检测所 内蒙古包头 014030
带电作业是在电气设备上不停电进行检修、测试的一种作业方法。一般电气设备检查和维修时要断电进行，这就给生产和生活带来很大的影响。而带电作业避免了检修停电，保证了生产和生活的不间断供电，可以节省成本，提高经济效益。在带电作业过程中使用带电作业用工具是必不可少的，这些工具的安全与否直接决定着作业人员的生命安全，因此带电作业用绝缘工具能通过电气耐压试验是带电作业保证安全的先决条件，对这些绝缘工具进行电气耐压试验的实验设备能否达到标准要求、是否经济合理更是保障这一切的前提。
目前市面上的带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒耐压试验装置存在价格高、结构复杂、每次实验受检样品装夹量少等问题，这都增加了实验的成本，减弱了送检单位进行送检的积极性[1]。
1 结构与材料
根据GB13398-2008中对试验布置的要求确定试验的结构，实验样品通过宽度大于5mm的多股绞线电极固定在金属支架上，金属支架放置在一个绝缘台上，金属支架间的距离为300mm并且金属支架相互间隔1个位置连接极性相同的电极。试验时在电极两端施加时长为1min的交流工频电压，样品应当无滑闪、火花或击穿，表面无可见漏电腐蚀痕迹，表面无可察觉的温升[1]。
在实际的使用过程中，绝缘管、棒类材料耐受的电压基本上为10kV左右，选取绝缘性能好的电木材料作为支架，可以满足日常的预防性试验。电木又名酚醛塑料、酚醛树脂，其具有用途范围广、使用量大而且电气性能、机械加工性能好等优点，选用电木材料作为试验装置的主体结构即可以满足试验要求又可以节约成本。
电木的一些物理电气性能如下[2]：
2 结构设计
根据标准上对绝缘耐压试验布置要求，考虑到使用安全、方便和结实耐用等要求设计确定试验支架装置的结构（图1）。
图1 绝缘耐压试验装置结构
如图，金属支架穿过绝缘台上部的横梁以过渡配合的方式固定在试验装置上，绝缘架的其他部分相互之间通过榫接的方式连接起来这样既保证了结构的机械强度又避免使用金属部件连接保证电气强度，绝缘支架的四条腿底部安装有万向轮方便整个试验装置移动，绝缘支架台的高度与宽度参照电业安全工作规程中设备不停电时的安全距离[3]和实验室门的宽度确定[2]。
3 机械强度校核
在整个绝缘支架结构中，上部的两条电木长横梁是结构的薄弱环节。其既承受试验样品和金属支架以及自身的全部重量，还因为打孔安装金属支架而减弱了结构强度，对其进行强度计算可以验证设计的结构和尺寸是否能达到使用要求。该装置绝缘支架的其他结构的截面尺寸与两条长横梁的截面尺寸一致，因此只要每根长横梁的强度达到实际使用的要求，则其他部分可以省去计算验证的步骤。
为了计算方便，将绝缘支架上部的长横梁简化为两端支撑的简支梁，其横截面是边长60mm的正方形，梁上受到2个等量的载荷P（考虑到绝缘试样最短的情况其长度只能接触到1组高低压金属支架），常见的绝缘管、棒类样品如接地棒、高压拉闸杆（令克棒）等其重量都很轻，本试验装置一次可放置9~12根绝缘管、棒类样品，其全部不超过20kg。
装置简化后横梁的两个支点为A、B，间距为l=1030mm，P为施加给横梁的载荷，施加在截面C、D上，距离为b=316mm，支点A到受力点C的距离与支点B到受力点D的距离相同均为a=357mm，由载荷P可以计算横梁的强度[3]。
截面C、D为危险截面，计算其所受应力σC、σD
式中σC——横梁截面C受到的应力，单位为MPa，
σD——横梁截面D受到的应力，单位为MPa，
P——横梁受到的载荷，单位为N。
A——横梁截面积，单位为mm2，
M——横梁最大弯矩Mmax，Mmax=Pa，单位为N·mm，
W——横梁的抗弯截面系数，单位为mm3，
其中，P大小为196N，A大小为3600mm²，W大小为36000mm³，算得σC、σD=5.211MPa，σ≤[σ]。[σ]为电木材料的弯曲强度，大小为≥120MPa，经过强度检核绝缘横杆是安全的。因为该装置承受的载荷较小，所以不必对四条支腿进行压杆稳定的校核。
综上所述，该装置的机械强度符合设计要求。
4 电气强度校核
作为绝缘材料耐电压试验的装置，能够承受高于试验时的电压是必要的。对该装置进行了环境温度在室温下的空气中施加电压为100kV，历时10min的耐电压试验。经试验，该装置无滑闪、火花或击穿，表面也无可见漏电腐蚀痕迹以及可察觉的温升。综上所述，该装置的电气强度也符合设计要求。
5 结语
该试验装置解决了带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒类工具进行耐电压试验时没有可以安全放置的实验装置问题，经过校核计算和耐电压试验机械强度从和电气强度方面都满足设计的要求。制造该装置的费用也远低于市场上的类似产品，可以为实验室在满足实验要求的前提下节省大量经费。
