描述了复合物绝缘体，复合物绝缘体包括用于提供对因应力腐蚀破裂、爬电或因放电行为导致的杆破坏而即将到来的故障的早期警示的装置。包括由聚合物壳体围绕的且在其任一端上连接有金属端部配合件的玻璃纤维杆的复合物绝缘体掺杂有基于染料的化学掺杂剂。掺杂剂绕玻璃纤维杆的外表面的附近散布。掺杂剂配制为具有转移和扩散的特征，且在干状态下是惰性的且与绝缘体部件相容。掺杂剂定位在绝缘体内使得当湿气通过在绝缘体外表面内的渗透路径而通过壳体穿透到杆时掺杂剂将变得被激活且将析出相同的渗透路径或通过壳体扩散。被激活的掺杂剂然后造成了绝缘体壳体的外表面上的沉积或着色。掺杂剂包括可以视觉识别或对于一个或多个特定波长的辐射敏感的油溶性染料、指示剂或着色剂化合物。掺杂剂也可以由纳米微粒使能材料配制。被激活的掺杂剂在绝缘体外表面上的沉积可以在通过合适的成像仪器或裸眼在对绝缘体外表面成像时检测到。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术 一般地涉及用于输电线的绝缘体，且更特定地涉及提供了对 具有因玻璃纤維芯暴露于环境导致故障的高风险的单元的改进识别的 化学掺杂的传输和分配部件，例如复合物(非陶瓷)绝缘体或聚合物包 层玻璃纤维容器。
技术介绍
电力传输和分配系统包括多种绝缘部件，绝缘部件必须维持结构完 整性以在经常为极限环境和运行条件下正确运行。例如，架空输电线要 求绝缘体将导电电缆与支承它们的钢塔隔离。传统的绝缘体由陶覺制 成，例如由玻璃制成，但是因为陶瓷绝缘体典型地重且脆，因此已开发 了多个新的绝缘材料。作为陶瓷的替代物，二十世纪七十年代中期开发 了复合聚合物材料以用在用于传输系统的绝缘体中。这样的复合物绝缘 体也称为非陶瓷绝缘体(NCI)或聚合物绝缘体，且通常使用由例 如乙丙橡胶(EPR)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅橡胶或其他类似材料的 材料制成的绝缘体壳体。绝缘体壳体通常绕承载了机械负荷的玻璃纤维 (替代地，纤维强化的塑料或玻璃强化的塑料)的芯或杆包裹。玻璃纤 维杆通常由以树脂围绕的玻璃纤维制造。玻璃纤维可以由E型玻璃或类 似的材料制成，且树脂可以是环氧树脂、乙烯基酯、聚酯或类似的材料。 杆通常连接到金属的端部配合件或凸缘，它们将张力传输到电缆和输电 线塔。虽然复合物绝缘体具有优于传统陶瓷和玻璃绝缘体的某些优点，例如更轻的重量和更低的材料和安装成本，但复合物绝缘体易遭受某些因 涉及环境或运行条件的应力导致的故障模式。例如，绝缘体可能遭受因 过热或处理不当导致的杆的机械故障，或因为污染导致的飞弧。复合物 绝缘体的重要的故障原因是因为湿气穿透聚合物绝缘体壳体且与玻璃 纤维杆接触。 一般地，存在三种与湿气进入到复合物绝缘体内相关的主要故障模式。它们是应力腐蚀破裂(脆性断裂)、爬电(flashunder) 和杆因放电行为的破坏。也已知为脆性断裂的应力腐蚀破裂是与复合物绝缘体相关的最通 常的故障模式之一。术语脆性断裂 一般地用于描述由电解腐蚀与张 力负荷相结合产生的故障的视觉外观。与脆性断裂相关的故障机制 一般 地归因于玻璃纤维内金属离子的酸或水析出，从而导致应力腐蚀破裂。 脆性断裂理论要求水通过聚合物壳体内的路径的渗透和水在杆内的积 累。酸可以帮助水来腐蚀杆内的玻璃纤维。这样的酸可能因环氧树脂石更 化剂的水解或因电晕造成的硝酸而留在玻璃纤维内。图1图示了复合物 绝缘体的杆内的因脆性断裂的故障图案的例子。壳体102围绕玻璃纤维 杆104。断裂108由因杆与湿气的长期接触的应力腐蚀导致，这导致切 割杆内的纤维106。爬电是电故障模式，它典型地在湿气与玻璃纤维杆接触且循杆行进 或在杆和绝缘体壳体之间的界面行进时发生。当湿气和任何因湿气的方丈 电行为的副产物沿绝缘体延伸了临界距离时，绝缘体不能再^U元所施加 的电压，且发生了爬电情况。这经常被观察为绝缘体杆的分裂或穿孔。 当此发生时，绝缘体不能再将电导体与输电线结构电隔离。因放电行为的杆破坏是机械故障模式。在此故障模式中，湿气和其 他污染物穿透天气防护系统且与杆4妄触，从而导致内部;故电4亍为。这些 内部放电可能破坏杆的纤维和树脂基质，直至单元不能承受所施加的负 荷，在此点时杆通常分离。此破坏因与放电行为相关的热、化学和动力 学力相关而发生。因为三个主要故障模式可能意味着机械或电完整性的损失，所以这 样的故障当在输电线绝缘体内发生时可能是非常严重的。复合物绝缘体 的强度和完整性很大程度上取决于杆的固有电气和机械强度、端部配合 件和密封件的设计和材料、橡胶天气保护系统的设计和材料、杆的接附方法和包括环境和现场配置情况的其他因素。如上所陈述，许多复合物绝缘体故障与水进入到组成绝缘体杆的玻璃纤维材料中相关联。因为所有三个故障模式-脆性断裂、爬电和因放电行为的杆破坏在 绝缘体杆内发生，它们被壳体隐藏且不能通过偶然检查而容易地被观察 或觉察到。例如，对绝缘体的简单视觉检查以检测因湿气进入导致的故 障要求靠近观察，这非常耗时、昂贵且一般地不给出确定性的通过 或不通过的评定。另外，在一些情况中，通过视觉检查技术的杆故 障检测可能简单地是不可能的。其他检查技术，例如白日电晕和红外冲支 术可以用于识别与可能由故障模式的一个导致的放电行为相关的情 况。这样的测试在距绝缘体一些距离处进行，但限制为仅能检测到少数 故障模式。此外，必须在检查时存在放电行为以被检测且要求操作者的 技能和分析水平相对地高。为便于检测与杆芯暴露于湿气相关的故障模式，已展示了染料或类 似标志的使用，它们在灾难性损坏发生前通过渗透路径转移到壳体表 面。这一般地提供了有效方式来提供对因应力腐蚀、爬电或因放电行为 的杆破坏的即将到来的故障的早期警示，且允许从一定距离处检查而不 需要故障征兆的实际展现。然而，为此类检查机制所使用的染料或标志 的成分因为染料所经历的环境条件以及涉及对用于检测染料存在的检 查技术的实际限制是非常重要的。一些系统使用高度可见的水溶性染料，例如亚曱基蓝。此类染料已 被证明有效地通过典型的非陶瓷绝缘体的聚合物鞘内的断裂位置转 移，因此提供了对湿气穿透通过绝缘体壳体的有效指示剂。然而， 一些 水溶性染料是光敏的且当受到室外条件时随时间而褪色。此外，许多非 陶瓷绝缘体壳体使用硅橡胶制造。 一般地，硅橡胶难于染色。与硅橡胶 一起使用的大多数着色剂是在聚合前混入硅树脂内的颜料。因此，必须 特别地配制意图于在现场将硅橡胶壳体染色的标志。因此希望提供半永久染料以用在用于使用硅树脂和其他聚合物壳 体的非陶瓷绝缘体的自诊断系统中，以警示绝缘体芯因湿气通过壳体穿 透的可能故障。
技术实现思路
描述了包含了用于提供对因杆暴露于环境而即将到来的故障的早 期警示的装置的复合物绝缘体或其他聚合物容器。包括由聚合物壳体围绕的且在其任一端上装配有金属端部配合件的玻璃纤维杆的复合物绝 缘体掺杂有基于染料的化学掺杂剂。掺杂剂绕玻璃纤维杆的外表面的附 近散布，例如在杆和壳体之间的涂层内散布。掺杂剂也可以遍及杆基质 散布，例如在玻璃纤维杆的树脂成分内散布。掺杂剂配制为具有转移和 扩散的特征，且在干状态下是惰性的且与绝缘体部件相容。掺杂剂放置 在绝缘体内，使得当湿气通过在绝缘体外表面内的渗透路径而通过壳体 穿透到杆时，掺杂剂将变得被激活且将析出相同的渗透路径或通过聚合 物壳体扩散到鞘表面。被激活的掺杂剂然后造成了绝缘体壳体的外表面 上的沉积。掺杂剂配制为结合到硅橡胶或其他聚合物壳体表面且配制为 抵抗空气和阳光的光-氧化。掺杂剂包括可以视觉识别或对于一个或多个 特定波长的辐射敏感的油溶性染料或着色剂或指示剂。被激活的掺杂剂 在绝缘体外表面上的沉积可以在分别通过合适的成^象4义器或棵眼在对 绝缘体外表面成像或可视化时检测到。掺杂剂包括合成有允许染料共价 地与硅橡胶结合的官能团的有机染料、或易混合在硅油、非水溶剂、或 硅橡胶内的着色剂、胶束、或指示剂。替代地，掺杂剂可以包括具有更 长的持久荧光量子效率的无机染料，例如利用了量子点作为输送机制内 的掺杂剂的那些无机染料。本专利技术的其他目的、构造、特征和优点将从如下的附图和详细描迷 中显见附图说明本专利技术通过例子且非限制性地在附图中描述，其中相同的参考指示了类似的元件，各图为图1图示了复合物绝缘体的杆内因脆性断裂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于支承输电电缆的复合物绝缘体，该复合物绝缘体包括：具有外表面和第一端部和第二端部的杆；具有内表面和外表面且围绕杆的壳体，其中壳体的内表面邻近杆的外表面的至少部分；靠近杆的外表面和壳体的内表面布置的油溶性掺杂剂，该掺杂剂包括染料且配制为在水存在时扩散，且构造为在掺杂剂暴露于湿气时通过壳体内的渗透通路转移到壳体的外表面，沿外表面的可见部分散布且在外表面的可见部分上留下半永久的且可被觉察到的着色，以指示进入壳体内的水的存在。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-4 11/099,1871.一种用于支承输电电缆的复合物绝缘体，该复合物绝缘体包括具有外表面和第一端部和第二端部的杆；具有内表面和外表面且围绕杆的壳体，其中壳体的内表面邻近杆的外表面的至少部分；靠近杆的外表面和壳体的内表面布置的油溶性掺杂剂，该掺杂剂包括染料且配制为在水存在时扩散，且构造为在掺杂剂暴露于湿气时通过壳体内的渗透通路转移到壳体的外表面，沿外表面的可见部分散布且在外表面的可见部分上留下半永久的且可被觉察到的着色，以指示进入壳体内的水的存在。2. 根据权利要求1所述的复合物绝缘体，其中杆包括玻璃纤维杆 且壳体由硅基橡胶制成。3. 根据权利要求2所述的复合物绝缘体，其中染料封装在胶束结 构中且其中掺杂剂到壳体的外表面的转移通过胶束的转移发生。4. 根据权利要求2所述的复合物绝缘体，其中染料包括用于使硅 橡胶着色的硅氧烷改性染料。5. 根据权利要求2所述的复合物绝缘体，其中染料包括硅油、曱 苯或非水溶剂作为承载流体，以使掺杂剂转移到壳体的外表面。6. 根据权利要求2所述的复合物绝缘体，其中染料包括纳米微粒 使能材料，用于将壳体的外表面着色。7. 根据权利要求1所述的复合物绝缘体，其中化学掺杂剂沿杆的 外表面布置。8. 根据权利要求1所述的复合物绝缘体，进一步包括放置在壳体的第 一 端部和第 一 端部配合件之间的第 一 橡胶密封 件；和放置在壳体的第二端部和第二端部配合件之间的第二橡胶密封件。9. 根据权利要求8所述的复合物绝缘体，其中掺杂剂布置在杆的 外表面与第 一端部配合件和第二端部配合件之间。10. 根据权利要求1所述的复合物绝缘体，其中掺杂剂遍及组成杆 的玻璃纤维基质布置。11. 根据权利要求1所述的复合物绝缘体，其中掺杂剂通过从包括如下项的组中选择的过程可检测紫外检测装置、红外检测装置、视觉检查装置、激光辐射诱导荧光装置、激光辐射诱导吸收装置或超谱成像 检测装置。12. —种用于将输电线与支承塔绝缘的绝缘体，该绝...
【专利技术属性】
技术研发人员：JN米切尔，SM哈比，DS拉什福斯，ME范迪克，HW小奥维亚特，AJ菲利普斯，RH小希尔，MC马沙尔，
申请(专利权)人：电力研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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