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可应用于带电作业装备防护的高导热绝缘张文雪

发表时间：2021/7/19 来源：《基层建设》2021年第12期作者：张文雪

[导读] 随着现代科技的迅速发展，电子元器件向微型化、密集化发展，且要求在复杂环境下仍能正常稳定的工作，因此对材料的导热性能提出的更高的要求

        锡林郭勒电业局输电管理处内蒙古锡林郭勒盟 026000
        摘要：随着现代科技的迅速发展，电子元器件向微型化、密集化发展，且要求在复杂环境下仍能正常稳定的工作，因此对材料的导热性能提出的更高的要求，具有良好综合性能的导热绝缘材料受到业界的青睐。传统上多采用金属材料进行导热，但是由于其易受化学腐蚀等特性，限制了其在更多工业领域的应用。高分子复合材料有着耐酸碱腐蚀、电绝缘、密度低以及可经受多次弯折等形变而保持工作稳定性等优异性能，得到了众多研究者的关注。但高分子材料内自由电子数量较少，且内部分子运动困难，通常需要填充各种热的良导体填料，利用填料之间的声子传热提高热传递效率。
        关键词：绝缘复合材料；硅橡胶；氧化铝；碳纳米管；高导热性

        引言
        随着居民生活和社会生产用电量的持续增加，输电线路的电力负载量呈现出了急剧上升的趋势，这给供电系统的运营与维护提出了更大的挑战。并且，电力资源在生活和生产中的广泛应用，使得停电作业可能产生的损失和影响也在不断增加。在这样的现实情况下，供电系统需要借助不停电作业方法和相应的实用工器具，尽可能地降低电网管理与维护中的停电情况，保证用户用电的持续性、稳定性。
        1试验
        1.1 主要原材料
        聚二甲基硅氧烷（PDMS），美国道康宁公司；氧化铝（Al2O3），宣城晶瑞新材料有限公司；3-氨基丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH550），阿法埃莎化学有限公司；碳纳米管（CNT），阿拉丁试剂有限公司；无水乙醇，国药集团化学试剂有限公司。
        1.2时域特征参数
        时域特征参数包括均方根值(rootmeansquare，ＲMS)、积分肌电值(integratedelectromyography，IEMG)计算公式。

        式中:xi为表面肌电信号采样值;N为肌电信号段段长。ＲMS和IEMG是分析sEMG常用的时域参数。其中，ＲMS与sEMG幅值相关，其大小表示sEMG一段时间内的幅值变化特征；IEMG也与sEMG幅值相关，其大小为sEMG曲线单位时间面积，表征了sEMG一段时间内的强弱变化，随着疲劳程度的加深，ＲMS及IEMG均有上升趋势。
        1.3结构形式
        复合绝缘横担结构形式大体分为“一拉一压”、“一拉两压”、“两拉一压”、“两拉两压”、“三拉一压”及格构式等。依据前期设计经验，“一拉一压”结构横担在特定工况下（如断线工况，顺线向荷载大），整体变形及应力值较大，需适当加粗横担压杆及拉杆尺寸；“三拉一压”和“两拉一压”结构横担在某些特定工况下，会使侧向的其一拉杆承受压力，导致承受压力的拉杆容易失稳，若要增加其稳定性，则需加大拉杆的尺寸，因此这种结构效率很低，而且对于“三拉一压”中三根拉杆均在上面的结构，横担中部拉杆所承载的力很小，可以直接去除；格构式横担结构可设计性强，但连接结构及电场环境较复杂，且涉及到多规格制件制作、安装维护，经济成本较高；“两拉两压”和“一拉两压”这两种结构效率比较高，结构稳定。“两拉两压”适合于格构式铁塔结构，横担连接点位于铁塔主杆上，“一拉两压”结构适合于单柱电杆结构，横担连接点也位于电杆主杆上。
        1.4测试方法
        测试者双腿站直，腰背挺直，左手自然下垂，右手穿戴绝缘手套。试验开始后，受试人员手持绝缘操作杆模仿作业过程中的拧螺丝动作:在受试人员右侧放置可移动白板，白板上贴有坐标纸，用圆规在坐标纸上画一个半径为20cm的圆(参考市场常用扳手长度)并用记号笔描出圆周以便受试人员在侧面也能很好识别所画的圆，随后调整白板与受试人员距离(保持白板正面与受试人员冠状面成一直角)使受试人员能很好的完成试验动作，试验场景如图3所示。受试人员站位及站姿确定后手持绝缘操作杆使其最前端从所画圆最上方开始循圆周逆时针运动。整个试验过程持续6s，受试人员准备就绪后报告试验记录人员，听到记录人员“开始试验”口令后开始试验，同时软件开始记录受试人员试验过程中的肌电信号，设置软件信号采集时间6s，之后自动停止记录。每次试验结束后保存数据并备份，受试人员休息10min后方可进行下次试验，试验共进行3次。
        2结果与讨论
        2.1混合填料的形貌特征
        可以看出，CNT之间发生相互接触和聚集，管径为50nm左右，长度为300～500nm。将Al2O3和CNT混合后，用扫描电镜观测其形貌。经过混合之后的两种填料基本可以互相均匀地分散在对方之间，但是依旧存在一些具有高比表面能和长径比的CNT相互团聚现象。两种填料混合后更细致的放大图像，发现柔性比较高的CNT附着在Al2O3表面及其颗粒间隙间，这种位置配合可以通过大粒径的Al2O3阻隔CNT之间的接触，缓解CNT在复合材料中的团聚现象，使更好的发挥导热作用。同时，附着在Al2O3表面的CNT可以改善Al2O3颗粒之间的接触状态以及Al2O3-SR界面的热传输效率使混合填料的导热性能提升效果更好。
        2.2境对运行中零值绝缘子红外热成像检测的影响
        现场检测对比:选择已经发现零值绝缘子的侯韩I线，对已经发现零值绝缘子的侯韩I线进行现场红外检测。环境温度17℃，相对湿度38%，时刻为22:17。根据试验结果每串绝缘子温度相差小于1℃，未发现明显零值绝缘子，将红外热像仪镜头更换为长焦镜头，前往同一地点进行红外测试，测试结果发现其中一片绝缘子温度明显低于其他绝缘子，为零值绝缘子。利用红外热成像进行零值绝缘子检测:首先需要理想的测试环境，必须在日落2h后，并且红外热像仪应配备长焦镜头。
        2.3干雷电/湿操作冲击耐受电压试验
        试验使用5400kV冲击电压发生器，容量为527kJ，产生雷电冲击电压波及标准操作冲击电压波。测试系统中的电压测量装置为分压器及64M型峰值电压表，测量系统误差小于3%。按照GB/T16927.1—2011[20]的有关规定进行。试验大气条件为大气压力b=100.4kPa，露点温度td=17.5℃，湿球温度tw=14℃，测试距离L=3.9m，大气修正因数Kt=0.991，结果如表1所示。对上项横担进行15次干雷电/湿操作冲击耐受电压试验，结果规定值电压下均耐受且过程中无闪络现象。