关于防滑绝缘杆表面材料的应用及操作杆结构的设计研究

关于防滑绝缘杆表面材料的应用及操作杆结构的设计研究

王刚赵长国赵进华尹照宏张蛟

云南电网有限责任公司昭通供电局 云南省昭通市 657000

摘要：SF6复合式电力装备中，绝缘杆是一种用于高电压装备的高性能绝缘结构件。高品质的芳纶绝缘杆是一种以芳纶为主体的复合材料，它具有良好的综合性能。其主要功能是支承，传力，拉断触点，绝缘。本文介绍了一种可折叠的防滑绝缘操作杆。它采用转轴连接方式，在防滑绝缘操作杆的接触侧端部设置凸起部分，以便将两段相连接的操作杆嵌合在一起。这种设计解决了分段式防滑绝缘操作杆在使用过程中容易从高处掉下的问题，并提高了操作杆的便携性。

关键词：可折叠；防滑绝缘；操作杆

引言：防滑绝缘杆是一种用于电力线路维护和施工的重要工具，其主要作用是用于支撑和操作带电设备。防滑绝缘杆的表面材料和操作杆结构设计对于提高工作效率和保证工作安全至关重要[1]。本文旨在对防滑绝缘杆表面材料的应用及操作杆结构进行深入研究，并探讨其在电力维护和施工领域中的重要性和应用前景。

首先，防滑绝缘杆的表面材料选择对于使用者的安全十分重要。合适的材料能够增加抓地力，并提供良好的绝缘性能，以防止电流外漏和触电事故的发生。常见的防滑绝缘杆表面材料包括橡胶、绝缘塑料和复合材料等[2]。这些材料具有较高的耐磨性、抗老化性和防腐蚀性，在各类恶劣环境下能够保持稳定的性能。因此，正确选择和应用适合的表面材料对于改善工作条件和确保工作人员的安全至关重要[3]。

其次，操作杆结构设计也是防滑绝缘杆的关键因素之一。合理的操作杆结构能够提供良好的握持感和操作性，从而提高工作效率和减少操作失误。常见的操作杆结构包括手柄设计、伸缩机构和连接装置等[4]。手柄设计应考虑到人体工程学原理，使得操作者能够舒适地握持和操纵杆体。伸缩机构的设计可以使操作杆具有可调节长度的特点，以适应不同高度和距离的作业需求。连接装置的设计应具有良好的稳定性和可靠性，以确保操作杆能够牢固地连接到相关设备上[5]。

最后，防滑绝缘杆表面材料的应用和操作杆结构设计的研究在电力维护和施工领域具有广阔的应用前景。随着电力行业的不断发展，对于安全高效的工具的需求也越来越大。通过对防滑绝缘杆表面材料和操作杆结构进行研究和改进，可以提高工作人员的安全性和工作效率，减少事故和损失的发生。同时，这些研究成果还可以为类似领域的工具设计和改进提供参考和借鉴。

1表面材料性能

1.1树脂体系性能研究

1.1.1差式扫描量热法DSC测试

选择5-15 mg的树脂体系，于室温至300℃，以N2作保护气，以5℃/分钟，10℃/分钟，15℃/分钟进行 DSC测试。

在加热的过程中，树脂系统会发生各种物理变化和化学反应，这些变化在 DSC曲线上呈现为吸热和放热。对 DSC曲线进行分析，确定了玻璃化转变、结晶、熔融和固化交联的反应温度区间。

该树脂体系具有高起始和结束温度，宽温度范围，稳定性好，适合室温长期存放。在工艺操作过程中能够保持较低的活性，在达到固化要求的温度下能够快速反应。它的高分解温度也使得它满足绝缘拉杆的性能要求。具体数据如图1所示。

图1 树脂体系DSC曲线

1.1.2粘度测试

采用旋转式粘度计，在40℃、60℃分别测定了该树脂的等温粘度。在这两个温度点上，记录了粘度的变化。通过对胶凝时间的测定，得出了在最优粘度条件下使用寿命最长的最佳施工方法[6]。

RTM技术对树脂的粘度要求在注塑温度下不超过300mpa·s。从图2可以看出，在60℃时，树脂配方的粘度很低，完全可以满足 RTM成型工艺的要求，同时，在这个温度下，粘度变化率很低，配方有充足的处理时间。一般情况下，树脂胶在低温时具有很高的粘度，如果使用 RTM进行真空注塑，则需要对胶进行预热，达到某一温度；结果表明，40℃时，树脂体系的粘度变化比60℃时要小，所以，在实际应用中，应在适当的温度区间内，在树脂凝胶形成之前先进行真空注塑。

图2 树脂体系粘度比较

2树脂/纤维复合材料性能

2.1纤维复合材料性能

复合材料是一种以树脂为基体的复合材料，在其成形的过程中，树脂基体经历了一系列复杂的物理化学转变，最终形成了一种以特定形态存在于复合材料中的整体，因而其性能的优劣将直接受到树脂基体的影响，而树脂基体对其成形方式及工艺参数的控制也将起到至关重要的作用[7]。

绝缘杆在运行过程中需要承受大的机械力和冲击振动，因此对其抗弯强度要求≥200 MPa、剪切强度要求≥20 MPa。通过对某芳Ⅲ纤维和HR-130环氧树脂体系进行力学性能测试，表4显示芳Ⅲ纤维复合材料的性能远高于绝缘拉杆的要求值。然而，由于成本原因，该材料只提供了绝缘杆设计的参考依据。

表1中显示了Kevlar49芳纶纤维编织物和HR-130环氧树脂系统的叠层复合材料的特性。从表1中，我们可以看到，芳纶纤维复合纤维的特性也能够满足拉杆的使用需求。鉴于芳纶纤维的表面性质，为了避免对纤维和树脂的复合加工带来的不便，本项目提出了在满足其各项性能指标的条件下，采用芳纶和聚酯混合编织的方法，既可适当地降低其生产成本，又可使其性能损失。

表1 芳纶纤维织物复合材料性能

1.2.2真空浸胶纤维织物层压板

利用Kevlar49纤维和聚酯混编织物，采用 RTM真空浸没成形技术，制备了150×150毫米，4.0毫米厚的层压板，并根据GB1408-89 《固体绝缘材料工频电气强度的试验方法》，对该层压板的电气强度进行了测定，如表1所示。从表2中，我们可以看到，该纤维织物复合材料的特性与初始设计的基础基本相同，所以，该绝缘拉杆的特性设计是基于可靠的基础上，可以满足特定的应用需求。

表2 真空浸胶纤维织物层压板性能

3操作杆设计原则及设计方案

3.1设计原则

可折叠绝缘操作杆是一种用于高压铁塔施工的工具，在实际使用过程中，可能会出现一些常见的缺陷和问题。首先需要注意的是杆体的使用寿命和耐久性问题。由于工作环境的恶劣和使用频率的增加，长时间的使用可能会导致杆体的疲劳损伤和损坏。因此，杆体的材质和制造工艺都需要具备足够的坚固和耐用性，以确保其长时间的可靠工作。

另外一个常见的缺陷是转轴和连接件的稳定性问题。转轴是连接两段绝缘操作杆的关键部件，它的稳定性和可靠性直接影响到整个操作杆的使用效果。如果转轴设计不合理或制造过程中存在缺陷，会导致操作杆连接不牢固，甚至出现转轴断裂的情况，严重影响工作的进行。

此外，永磁铁的使用性能也是需要重点关注的问题。永磁铁的磁力和吸附力是操作杆紧密连接的关键，如果永磁铁的质量不达标或安装位置设计不合理，会导致操作杆的连接松动或不牢固，从而影响操作的安全性和稳定性。

最后，绝缘操作杆的结构设计和折叠性能也是影响缺陷的重要因素。操作杆的结构设计应兼顾轻便性和稳定性，以确保在使用过程中不易发生变形和损坏。折叠性能则意味着操作杆在空间上的占用情况，如果不能高效地折叠和收起操作杆，会给施工人员的操作和携带带来诸多不便。

3.2操作杆设计方案

图3示出了可折叠绝缘操作杆的总体构造（1.杆体，2.挂钩，3.永磁铁，4.转轴，5.子母卡扣，51.子卡扣，52.母卡扣，521.孔，6.凸起部）。图2是两个彼此相连的部分的绝缘操作杆，当使用时，如图4中所示，把两个相继的部分的绝缘操作杆连接在一起，并沿旋转轴线旋转其中一个部分，把两个部分的绝缘操操作杆连接在一起。图5所示为两节绝缘操作杆接触面上的突起部分，两节绝缘性操作杆的接触面端面上的凸起部分互相配合，以保证绝缘性操作杆对接后紧密结合，在对接过程中，一节绝缘操作杆上的副卡扣被卡接到另一节绝缘性操作杆的母卡扣的孔处。其中，主扣式绝缘操作杆两端永磁体朝外，副扣式操作杆末端永磁体朝外，利用“异相吸引”的原则，两节操作杆通过永磁体的作用而紧紧地结合在一起，不容易从操作杆上掉落。母扣式绝缘操作杆末端的永久磁铁朝外磁极为 S，副扣式绝缘操作杆末端的永久磁铁朝外磁极为 N，利用“异相吸引”的原则，使两节操作杆之间的永久磁铁能够紧紧地结合在一起，且不容易掉落。在使用时，如果要在高压铁塔上进行转位，则不需要将绝缘操作杆收起来，只需要用钩子把它随意地挂在高压铁塔的角钢上就可以了，这样就大大减轻了工作负担。拆卸操作杆时，只要压下母板上的扣子，把上下两节的操作杆使劲拧下来就可以了。

图3 整体结构

图4 相互连接的两段绝缘操作杆配合连接

图5 相邻的两段绝缘操作杆的接触侧的凸起部

3.3设计效果特点

(1)拆装简便，只要扳开锁扣，就能完成对部分绝缘操作杆的拆解，快速、方便；

(2)永久磁体的设计，可减少在工作中放置操作杆时不小心跌落的危险，并可通过永久磁体与彼此相连的绝缘操作杆相连；

(3)所述杆体末端的互相配合的突起部分，可确保所述互连的所述绝缘操作杆不会发生运动错位，并可有效地避免所述绝缘操作杆在水平放置时因所述人员移动而发生意外跌落的风险；

(4)杆头处设有钩子，可减少在上、下移动过程中反复拉起杆子的工作量。

总结

设计一种可折叠的绝缘操作杆，采用转轴进行旋转连接，绝缘操作杆之间的接触侧端部具有凸起部分，可以相互嵌入。同时，在接触侧的端部都设置了永磁铁。这样可以有效解决使用过程中分段式绝缘操作杆容易从高处掉落的问题，提高了绝缘操作杆的便捷性。为了增加防滑性能，绝缘操作杆表面采用芳纶纤维复合材料。该材料具有良好的防滑性能和耐磨性。在树脂配方方面，低温下的粘度较低，完全符合 RTM 成型工艺的要求。此外，在该温度下，配方的粘度变化率较低，使得具有充足的工艺时间来进行生产制造。芳纶和涤纶混编布制得的复合材料，其各项性能均达到了拉杆的各项技术指标，并在一定程度上降低了生产成本。RTM真空浸塑成形制备的芳纶织物层压板，其抗拉强度、抗弯分别为665 MPa、265 MPa、层向电强度为14.57 KV/mm，能够满足特定应用需求。

参考文献

[1]吴钢,徐东,胡家欣等.绝缘操作杆用工具插件模块的研制与应用[J].农村电气化,2022(09):78-80.

[2]高宁,苗立华.照明式跌落熔断器绝缘操作杆[J].农村电工,2022,30(03):35.

[3]陈余,杨本学,殷咸生等.10 kV改进型多功能绝缘操作杆研制与使用[J].低碳世界,2021,11(12):54-55.

[4]李志刚,刘智辰,成先文等.一种配网不停电作业用多功能伸缩式绝缘操作杆[J].现代工业经济和信息化,2021,11(05):44-46.

[5]吕强,王胜利,王伟.特高压用轻型绝缘操作杆的研制[J].科学技术创新,2020(36):185-186.

[6]吴田,陈聪,刘磊等.绝缘操作杆表面状态与沿面放电关系试验研究[J].电力工程技术,2020,39(06):132-137.

[7]陈俊,陈健伟.一种低压空气开关绝缘操作杆的研制[J].机电信息,2020(29):50-51.