用于早期检查因玻璃纤维杆外露而引起的潜在故障的化学掺杂合成绝缘子制造技术

本发明专利技术描述一种具有提供对即将发生的故障的早期预警措施的合成绝缘子，此故障是由应力腐蚀裂纹、爬电或被放电活动状态造成的杆损坏而引起的。一种合成绝缘子包括玻璃纤维杆，它被聚合物外壳所包围，并且杆的每一端配有金属端接件，此绝缘子用一种以染料为基础的化学掺杂剂掺杂。掺杂剂处于包围玻璃纤维杆外表面周围的地方。掺杂剂做成具有与水相关联的迁移和扩散特性，而且在干燥状态下不活泼，同时与绝缘子元件兼容。掺杂剂置于绝缘子里面，使一旦潮气通过绝缘子外表面的渗透通道从外壳渗到杆上时，掺杂剂即被激活并从同一渗透通道渗出。然后被激活的掺杂剂在绝缘子外壳外表面上形成一个淀积物或痕迹。掺杂剂包含一种对一个或多个特定波长的辐射敏感或可用视觉识别的染料。一旦绝缘子外表面成象时，可利用适当的成象仪器或肉眼检测绝缘子外表面上被激活掺杂剂的淀积物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的说与输电线的绝缘子有关，更具体地说，是关于化学掺杂的输电和配电元件如合成(非陶瓷)绝缘子，它提供更有效地识别由于玻璃纤维杆暴露在环境中的高故障风险的部件。
技术介绍
输电和配电系统包括各种各样的绝缘元件，它们在结构上必须保持一个整体，以便在经常是极端的环境和运行条件下正常运转。举例来说，架空的输电线要求绝缘子将传送电力的电缆与支撑它的钢塔绝缘开来。传统的绝缘子是由陶瓷或玻璃制成，但因为陶瓷绝缘子一般很重且易断裂，人们已经研发了一些新的绝缘材料。在1970年代中期，已研制出一些代替陶瓷的合成 材料用作输电系统的绝缘子。这类合成绝缘子也称为“非陶瓷绝缘子”(NCI)或聚合物绝缘子，通常是采用乙丙橡胶(EPR)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅橡胶、或其它类似材料做绝缘子外壳。此绝缘子外壳通常是包绕在一个玻璃纤维(也可以是纤维加强塑料或玻璃加强塑料)芯或杆上，由后者承受机械载荷。玻璃纤维杆一般用树脂包围的玻璃纤维制成。玻璃纤维可由E玻璃或类似的材料制成，树脂可以是环氧树脂、乙烯基酯，聚酯，或类似材料。杆一般与金属端接件或法兰相连接，后者将张力传给电缆和输电线塔。尽管合成绝缘子与传统陶瓷或玻璃绝缘子相比有某些优点(如重量轻，材料和安装费用较低等)，但它在由与环境和运行条件有关的应力引起的某些故障形式下容易破损。例如，这类绝缘子可能由于过热或使用不当、或由于污染物引起的击穿而使杆产生机械故障。合成绝缘子故障的一个重要原因是潮气渗入聚合物绝缘子外壳并与玻璃纤维杆相接触。一般而言，有三种主要的由于潮气渗入聚合物绝缘子的故障形式。它们是应力腐蚀裂纹(脆性断裂)，爬电(flashunder)，和由于放电造成的杆损坏。应力腐蚀裂纹(也称脆性断裂)，是与合成绝缘子有关的最普通故障形式之一。“脆性断裂”一词通常用来描述与张力机械负荷有关的电解腐蚀造成的故障的视觉现象。与脆性断裂有关的故障机理通常认为是使金属离子渗透到玻璃纤维的酸或水造成的，这样就产生应力腐蚀裂纹。脆性断裂理论认为水是通过聚合物外壳内的渗漏通道渗透并在杆内积聚起来。酸帮助水使杆内的玻璃纤维腐蚀。这些酸可以是由环氧树脂固化剂的水解作用而留在玻璃纤维内或者是由电晕放电产生的硝酸。图1表示由脆性断裂而在合成绝缘子杆内的故障模式的一个例子。外壳102包围玻璃纤维杆104。断裂108是由于杆同潮气长期接触而引起的应力腐蚀而造成的，潮气使得杆内的纤维106被切开。爬电是一种电气故障形式，它一般发生在潮气与玻璃纤维杆接触并沿杆或杆和绝缘外壳间的交界面向上爬的时候。当潮气和因潮气引起放电的任何副产物沿绝缘子伸展一个临界距离时，绝缘子不再能承受所加的电压，这就造成了爬电的条件。这种现象往往出现绝缘子杆的裂开或裂口。当它发生时，绝缘子不再能让电导体与输电线结构电绝缘。杆因放电而损坏是一种机械故障形式。在这种故障形式中，潮气和其它污染物渗入防风雨裙部系统并与杆相接触而产生内部放电。这些内部放电可能损坏杆的纤维和树脂基体，直至此部件无法承受外加负载，此时杆一般会分离。这种损坏是由与放电有关的热、化学和运动力造成的。由于这三种主要的故障形式可能意味机械和电气整体性丧失，当它们出现在输电线绝缘子内时可能相当严重。合成绝缘子的强度和整体性在很大程度上取决于杆的内在电气和机械强度、端接件和密封件的结构和材料、橡胶防风雨裙部系统的结构和材料、杆的连接方法，及其它的一些因素(包括环境和场地配置条件)。如上所述，许多合成绝缘子故障与水浸入构成绝缘子杆的玻璃纤维材料有关。因为所有三种故障形式(脆性断裂，爬电，和杆因放电而损坏)都产生在绝缘子杆内，它们都被外壳挡住了，通过偶然的检查不容易看见或察觉。例如，因为通过简单视觉检查来检测绝缘子由于潮气渗入而引起的故障需要仔细观察，因而可能非常费时间和金钱，而且通常不能断定行还是不行。另外，在某些场合下，通过视觉检查方法发现杆的故障简直就不可能。其它的检查方法，如日间电晕和红外技术可以用来识别与放电(它可能由一种故障形式造成)有关的状况。这类检测可以在离绝缘子一段距离处进行，但只限于少量故障形式下的检查，这时在检查时必须有放电现象存在。此外，这类检查要求操作员有较高的技术和分析能力。因此希望提供一些对带防护外壳的合成绝缘子或其它任何类型的合成 系统的改进检查方法，以便检测同潮气通过绝缘子内部到外表面的迁移路径浸入内部结构有关的故障形式。另外，还希望所提供的合成绝缘子能给出由应力腐蚀、爬电或放电引起的杆损坏造成的即将发生的故障的早期预警，而且可以从远处检查，同时不需要有故障征兆的真实表现。还希望通过仪器扫描和图象处理提供现场的合成绝缘子的自动化检查。
技术实现思路
本专利技术描述一种合成绝缘子或其它的聚合物容器，包括提供由于杆暴露于环境中造成的即将发生的故障的早期预警。通过用聚合物外壳包围玻璃纤维杆和在杆的任一端配以金属端接件而构成的合成绝缘子用一种以染料为基础的化学掺杂剂掺杂。此掺杂剂置于玻璃纤维杆外表面附近(例如在杆和外壳之间的涂层内)或整个杆基体内(如玻璃纤维杆的树脂元件内)。掺杂剂的成份应具有和水相关的迁移和扩散特性，而且在干燥条件下是惰性的与绝缘子元件兼容。掺杂剂在绝缘子内的位置应使潮气通过绝缘子外表面内渗漏通道从外壳渗入杆内时，掺杂剂变成被激活的并从同一渗漏通道渗出。这样被激活的掺杂剂就在绝缘子外壳的外表面上产生一个淀积物。掺杂剂包含一种染料或涂料化合物，它可以用视觉识别或者对一种或数种特定波长的辐射是敏感的。用适当的成象仪器使绝缘子外表面成象或通过肉眼就可以检测被激活掺杂剂在绝缘子外表面上的淀积物。本专利技术的其它目标、特性、和优点不难从下面的附图和详细说明中了解。附图说明本专利技术将通过各附图(但并不限于)以举例方式加以说明，各图中相似的标号表示类似的元件，其中图1表示在合成绝缘子杆中由脆性断裂引起的一种故障型式的例子；图2A表示一种悬吊式合成绝缘子，它可以包含本专利技术的一种或多种实施方案；图2B表示一种柱型合成绝缘子，它可以包含本专利技术的一种或多种图4是根据本专利技术的第一种替换实施例的用来表示潮气渗入绝缘子外壳的化学掺杂合成绝缘子结构；图5是根据本专利技术的第二种替换实施例的用来表示潮气渗入绝缘子外壳的化学掺杂合成绝缘子结构；图6A表示按本专利技术一种实施例在潮气已渗入合成绝缘子杆内时掺杂剂的激活情况；图6B表示图6A的被激活掺杂剂的迁移；图7表示按本专利技术一种实施例的具有被激活掺杂剂的合成绝缘子，和检测被激活掺杂剂以确认潮气渗入绝缘子杆的装置。优选实施例的详细说明本专利技术描述一种包含化学掺杂剂的合成绝缘子或容器，它能提供由于玻璃纤维杆暴露在环境中而引起的即将发生的故障的早期预警。在以下的说明中，为便于解释，给出了大量的具体细节，以提供对本专利技术的全面了解。但是，对于本专业技术人员来说很显然，本专利技术不按这些具体细节也能实现。在另一些情况下，我们用框图形成展示一些大家都知道的结构和装置以便于说明。对优选实施例的说明无意限制后面权利要求书中的范围。在1950年代末研发了一些重量轻的合成绝缘子来代替陶瓷绝缘子用于1000仟伏的输电线。这类绝缘子较之传统陶瓷绝缘子具有重量大大降低、不易破裂、安装成本低和各种其它的优点。典型的合成绝缘子由玻璃纤维杆构成，带两个金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支撑输电电缆的合成绝缘子，包括：杆，它有外表面以及第一端和第二端；外壳，它有内表面和外表面并包围着杆，其中外壳内表面与杆外表面的至少一部分相邻；第一端接件，它固定在杆的第一端处，并用第一密封件与外壳的第一端相连接；第二端接件，它固定在杆的第二端处，并用第二密封件与外壳的第二端相连接；化学掺杂剂，它置于杆的外表面和外壳内表面附近，一旦暴露于潮气中，则通过通过外壳中的渗透通道迁移到外壳的外表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-8-14 10/641,5111.一种支撑输电电缆的合成绝缘子，包括杆，它有外表面以及第一端和第二端；外壳，它有内表面和外表面并包围着杆，其中外壳内表面与杆外表面的至少一部分相邻；第一端接件，它固定在杆的第一端处，并用第一密封件与外壳的第一端相连接；第二端接件，它固定在杆的第二端处，并用第二密封件与外壳的第二端相连接；化学掺杂剂，它置于杆的外表面和外壳内表面附近，一旦暴露于潮气中，则通过通过外壳中的渗透通道迁移到外壳的外表面上。2.如权利要求1的合成绝缘子，其中外壳是用硅基橡胶制成，杆包括由树脂粘在一起的玻璃纤维形成的基体。3.如权利要求1的合成绝缘子，其中外壳用三元乙丙橡胶为基础的橡胶制成。4.如权利要求1的合成绝缘子，其中化学掺杂剂一旦暴露于潮气就从外壳中的渗透通道渗出，并沿绝缘子外表面的一部分迁移。5.如权利要求4的合成绝缘子，其中杆包括玻璃纤维杆。6.如权利要求4的合成绝缘子，其中化学掺杂剂沿杆的外表面放置。7.如权利要求4的合成绝缘子，还包括第一橡胶密封件，它置于外壳第一端和第一端接件之间；和第二橡胶密封件，它置于外壳第二端和第二端接件之间。8.如权利要求7的合成绝缘子，其中化学掺杂剂置于杆的外表面和第一端接件及第二端接件之间。9.如权利要求2的合成绝缘子，其中化学掺杂剂置于构成杆的整个玻璃纤维基体内。10.如权利要求4的合成绝缘子，其中化学掺杂剂包含处在整个杆内的盐形式的化合物。11.如权利要求4的合成绝缘子，其中化学掺杂剂处在构成外壳的整个材料内。12.如权利要求4的合成绝缘子，其中化学掺杂剂从主要由下述物质构成的组中选择可溶于水的激光染料、荧光染料、染色剂、紫外染料、红外吸收染料、或阳光诱发荧光染料。13.如权利要求4的合成绝缘子，其中化学掺杂剂可以从选自下述组的方法检测紫外检测方法、红外检测方法、视觉检测方法、激光辐射诱发的荧光方法、激光辐射诱发的吸收方法、或超光谱检测方法。14.一种将输电线与支撑塔绝缘的绝缘子，它包括具有第一和第二端的玻璃纤维杆；橡胶基外壳，它卷绕在杆的外表面上；化学掺杂剂，它被置于外壳和杆之间并可以从渗透通道渗出，此通道可让潮气渗透入外壳并与杆相接触。15.如权利要求14的绝缘子，还包括第一端接件，它用第一密封件与杆的第一端连接；和第二端接件，它用第二密封件与杆的第二端连接。16.如权利要求14的绝缘子，其中渗透通道包括外壳内的裂纹。17.如权利要求14的绝缘子，其中渗透通道包括第一或第二端接件和外壳的密封连接之间的间隙。18.如权利要求14的绝缘子，其中掺杂剂做成在不存在潮气时以不活泼状态储存，一旦与潮气接触则转变为水解状态，此水解状态可让掺杂剂迁移到外壳的外表面。19.如权利要求18的绝缘子，其中掺杂剂以液体状态、颗粒状态或粉末状态中的一种处于绝缘子内。20.如权利要求18的绝缘子，其中掺杂剂做成微胶囊形式并分布在整个杆内。21.如权利要求18的绝缘子，其中掺杂剂包含染料，当掺杂剂被激活并从渗透通道渗出时该染料对一预定波长的辐射敏感。22.一种能提供与潮气渗透有关的状态的预警的合成绝缘子制造方法，包括以下步骤将外壳绕杆固定；将端接件连接到杆的每一端；将掺杂剂加进杆的外表面和外壳内表面附近，此掺杂剂从允许潮气渗入外壳并与杆相接触渗透通道渗出。23.如权利要求22的方法，还包括将掺杂剂加进杆的外表面和至少一个端接件的内表面附近的步骤。24.如权利要求22的方法，还包括将染料加入掺杂剂的步骤，此染料构成为可反射按预定波长发射的辐射。25.如权利要求22的方法，还包括将染料加入掺杂剂的步骤，此染料可吸收按预定波长发射的辐射。26.如权利要求24的方法，其中掺杂剂可用下述组中的方法检测出来紫外检测方法、红外检测方法、视觉检查方法、激光辐射诱发的荧光方法、激光辐射诱发的吸收方法或超光谱检测方法。27.如权利要求25的方法，其中掺杂剂可用下述组中的方法检测出来紫外检测方法、红外检测方法、视觉检查方法、激光辐射诱发的荧光方法、激光辐射诱发的吸收方法或超光谱检测方法。28.如权利要求22的方法，其中掺杂剂包括液体化合物，且该方法还包括在外壳固定到杆上的步骤之前用掺杂剂涂覆杆的外表面的步骤。29.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ菲利普斯，RH小希尔，MC马沙尔，JN米切尔，SJ哈达克，
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]