林长凌

（温州益坤电气有限公司，浙江温州325401）

车顶用复合外套绝缘子的风沙试验研究

林长凌

（温州益坤电气有限公司，浙江温州325401）

介绍了动车组车顶用复合外套绝缘子材料的模拟抗风沙试验，了解复合外套的伞裙变形、撕裂、磨损及表面憎水性等情况。对绝缘子复合外套材料在风力强劲的高原沙漠环境下的适用性进行了试验研究。根据产品所使用的环境和特点，对高温硫化硅橡胶伞裙外套材料的配方进行了完善与改进；并通过模拟风带动沙尘悬浮形成沙尘的风沙试验；通过试验结果表明，复合外套绝缘材料具有耐磨、抗撕裂等特点，达到所确定的试验内容要求和技术规范要求。

复合外套；绝缘子；风沙试验

随着我国电气化铁路的迅速发展，动车组、电力机车遍布全国各地。由于我国地域辽阔，沙漠较多，沙漠分别分布在新疆、内蒙古、陕西、宁夏、河北、辽宁、甘肃等7省区境内。动车组、电力机车要在上述地区恶劣环境下正常运行，对车顶用复合绝缘子产品的要求越来越高。长期在高原沙漠环境下运行的产品，外套表面容易沉积沙尘，由于沙尘引起的间隙放电特性变化主要是由阴极表面沉积沙尘引起，沙尘导致绝缘子的闪络电压明显降低，且其内闪络电压随沙粒所带电量增加而减少，随风速的增大而增大［1-2］。在高速运行下其外套伞裙的变形、撕裂、磨损情况发生变化而不能恢复以及外套表面憎水性变差，容易造成外绝缘闪络，并危及动车组、电力机车的安全正常运行。目前，GB/T 2423.37－2006《电子电工产品环境试验》标准中的沙尘试验［3］只针对电子产品作了要求，对高压电气产品未任何要求。现国内、外对高压电气产品的风沙试验均无标准。因此我们会同轨道客车制造厂，根据所使用环境条件：气温－40℃～＋45℃；相对湿度≤95%（该月月平均最低温度为25℃），海拔高度≤3 600 m，地震烈度（最高动峰值加速度）0.3 g，最大风速一般年份15 m/s，偶有33 m/s，沿线基本为戈壁地貌，多沙尘且沙子细腻，有风、沙、雨、雪、沙尘暴等天气，偶有盐雾、酸雨等现象，运营速度200～250 km/h。同时结合高寒、高温、风沙、盐雾性气候、冰融等恶劣环境条件，共同确定复合绝缘子的抗风沙试验内容及要求。验证绝缘子用硅橡胶伞裙在风沙作用下的抗撕裂性、磨损性、憎水性等适应性。

1 风沙试验的设备

本次试验采用低速风洞（0～56.9 m/s）、靠背管风速测量系统（0～100 m/s）、天平（0～5 kg）等设备。试验在风洞试验箱体内进行，试验段截面直径为1.1 m，长0.8 m。本次试验只进行最大风速下加入沙尘颗粒。

2 风沙试验内容与方法

由于现国内、外均无高压电气产品绝缘风沙试验标准，故本次风沙试验内容由用户与轨道客车制造厂根据动车的技术规范和运行环境条件要求，共同确定。

模拟风沙试验项目要求：确定沙尘颗粒0.25 mm，速度为56 m/s，时间分别为20，30，50，80 min，2 h 5个时间段；风沙试验后，伞裙外套不允许有撕裂、磨损现象，伞裙变形≤3 mm以下，憎水性要求在HC4～HC5；根据GB 311.1－1997《高电压输变电设备的绝缘配合》［5］第3.4条对于海拔高于1 000 m但不超过4 000 m处设备的外绝缘，海拔每升高100 m电气绝缘强度降低1%左右；结合JB/T 7573《高原环境条件下电工产品通用技术条件》［6］规程，在海拔0～5 000 m范围内海拔每升高1 000 m，产品的外绝缘强度降低8%～13%，随着海拔升高其闪络电压也降低。尤其动车组在高寒、高温、风沙、冰融等恶劣环境条件下运行，空气温度的日温差较大，会使设备容易产生变形、龟裂，甚至断裂。结合运行环境和技术条件要求，进行海拔系数校正，对外绝缘工频耐受电压（1 min）确定为135 k V，并对每个风沙试验时间段内的产品进行工频耐受电压试验，达到无击穿、无闪络现象。风沙试验前将产品安装在风洞试验箱体中间，并用钢管等固定好试验品（见图1）。在试验过程中通过风洞高速段位置加入颗粒0.25 mm的沙尘，并调整风机导流器，全部打开至90°使风速达到56.9 m/s，通过风带动沙尘悬浮形成沙尘含量为900g/m3风沙试验条件，试品在风沙环境下作用时间分别为20，30，50，80 min，2 h后取出，观测其伞裙变形情况、撕裂情况、磨损情况及外表面憎水状态。并逐一对产品进行工频耐受电压（1 min）试验。

3 试验与检查结果

根据确定的试验内容要求，观测在风沙试验后产品的迎风面和背风面被风沙作用后的伞裙变化、撕裂、磨损状况及外套表面憎水性情况。从图2、图3中可以看出绝缘子产品在风沙作用后迎风面和背风面均沉积了一定的沙尘，背风面较之迎风面沙尘沉积量相对较多，经检查伞套外形及伞套表面未见明显的变化、伞裙未见磨损、开裂和撕裂等异常现象。

外套表面憎水性的检查，用普通的喷雾瓶，喷雾瓶装满水，对产品表面进行喷雾，在20～30 s内的喷水量应为10～30 cm3，在喷水结束后的10 s内应进行湿润度的测量。产品迎风面和背风面的憎水性，是依据GB/T 24622－2009标准［4］的HC法要求来判断，迎风面憎水性分别表现为HC3～HC4之间，背风面憎水性分别表现为HC4～HC5（见图4、图5）。

外套工频耐受电压试验：由于绝缘子在正常环境、海拔高度小于1 500 m下，产品的工频耐受电压为85 k V；复合外套绝缘子闪络电压是随着沙尘沉积量的增多而变化，并有雾气环境下复合外套绝缘子的交流闪络电压降低。考虑到产品是在恶劣环境下运行的因素，对模拟风沙试验后的产品外套表面上喷洒雾水，进行工频耐受电压试验。风沙试验后对样品检查与试验情况见表1。

从表中检查试验的结果可看出，通过各时间段模拟抗风沙试验，经外观检查表面无磨损、无开裂与撕裂等现象；伞裙变形小于3 mm，表面的憎水性良好；施加工频耐受电压135 k V（1 min）试验，均无出现击穿闪络现象。因此满足所确定的试验内容和技术规范要求，该绝缘子能在恶劣的风沙环境下正常可靠的运行。在检查中发现风沙作用时间越长，外套表面所附的沙尘越多，憎水性能变低。交流闪络电压必然会降低，但这次试验的绝缘耐受电压能满足要求。在实际的运行中，很有必要对外套进行清洗维护，确保动车组安全运行。

4 结束语

本文对车顶用复合外套绝缘子通过的模拟风带动悬浮形成沙尘的风沙试验，了解了复合外套在各时间段伞裙的变形、撕裂、磨损、表面憎水性等情况及工频耐受电压（1 min）试验情况。复合绝缘子外套具有耐磨、抗撕裂等特点，能满足所确定的试验内容和技术规范要求。从各时间段试验后检查对比发现风沙作用时间越长，外套表面沉积的沙尘越多，憎水性变差。至于风沙试验具体时间的确定，有待于继续研究。通过试验结果表明对今后制定风沙试验标准与研究风沙地区用的复合外套绝缘子的特性有着参考价值。

［1］ 中国铁路总公司运输局.TG/CL311－2013动车组避雷器技术条件暂行规定［S］.2013.

［2］ 司马文霞，吴 亮，杨 庆，等.沙尘对电力系统外绝缘电气特性影响分析［J］.高电压技术2008，（1）：16-20.

［3］ 中华人民共和国国家质量监督检疫总局、中国国家标准委员会.GB/T 2423.37－2006.电子电工产品环境试验第2部分试验方法L：沙尘试验［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［4］ 中华人民共和国国家质量监督检疫总局、中国国家标准委员会.GB/T 24622－2009.绝缘子表面湿润性测量导则［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［5］ 国家技术监督局.GB 311.1－1997.高压输变电设备的绝缘配合［S］.北京：中国标准出版社，1997.

［6］ 中华人民共和国机械工业部.JB/T 7573.高原环境条件下电工产品通用技术条件［S］.北京：机械科学研究院出版，1994.

Sand Test Study of Composite Jacket Insulator Used in the Roof

LIN Changling
（Wenzhou Yikun Electric Co.，Ltd.，Wenzhou 325401 Zhejiang，China）

This paper introduces the simulated wind resistance test of composite jacket insulator used in EMU roof，together with the composite jacket＇s umbrella group deformation，tear，abrasion and surface hydrophobic.The applicability of the insulator composite sleeve material in the strong wind of the plateau and desert environment were studied.According to the application environment and characteristics of the product，the high-temperature vulcanized silicon rubber umbrella skirt jacket materials were improved and perfected.The sand test for simulation of wind driven sand dust suspended formation dust was passed.Test results show that the composite jacket insulation material has the characteristics of abrasion resistance and tear resistance，and can reach the determined test content requirements and technical specification requirements.

composite jacket；insulator；sand test

U225.4＋3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.33

1008－7842（2014）06－0128－03

3—）男，工程师（

2014－06－19）