[发明专利]用于早期检测聚合物包层玻璃纤维因暴露于水的可能故障的指示剂

说明书

与相关申请的交叉参考

本申请是2003年8月14日提交的目前待决的名为“Chemically-Doped Composite Insulator for Early Detection of Potential Failure Due toExposure of Fiberglass Rod”的专利申请No10/641,511的部分继续，该专利申请转让给本申请的受让人。

技术领域

本发明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维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。

背景技术

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。传统的绝缘体由陶瓷制成，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硬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放电行为的副产物沿绝缘体延伸了临界距离时，绝缘体不能再抵抗所施加的电压，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接触，从而导致内部放电行为。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。