带电作业工具

带电作业工具华北电网有限公司培训中心模块1带电作业工具材料的选用本模块介绍带电作业工具材料的分类及选用。通过对绝缘材料的讲解，熟悉各类常用绝缘材料、掌握带电作业工具绝缘材料的选择原则。以下内容还涉及了带电作业工具金属材料的选择原则。一、常用绝缘材料的分类绝缘材料，又称电介质。它与导电材料相反，在一定电压作用下，只有极微的泄漏电流通过，可以认为是不导电的。带电作业工具所用的绝缘材料必须是：绝缘电阻大，介质损耗小，绝缘强度高的材料。绝缘材料的好坏，直接关系到带电作业的安全，因此制作带电作业工具的绝缘材料必须是电气性能优良、机械强度高、重量轻、吸水性低、耐老化、且易于加工。雨天作业工具还要求材料的憎水性好。1.1、绝缘材料的分类绝缘材料在带电作业中有着非常重要的地位，是确保作业人员人身安全和电气设备安全的物质基础。它不仅起着将高电位对地隔离的作用，也起着承担一定机械力的作用。可以说，没有优良的绝缘材料，就不能开展带电作业。由于绝缘材料在不同温度下的绝缘性能会有很大差异，所以国际电工委员会（简称IEC）按电气设备正常运行所允许的最高工作温度（即耐热等级），把绝缘材料分为Y、A、E、B、F、H、C七个耐热等级。其允许工作温度分别为900C、1050C、1200C、1300C、1550C、1800C及1800C以上。以上绝缘材料等级符号中的Y、E、F和H还可以分别用DAB、BC和CB来表示。我国目前带电作业使用的绝缘材料大致有下列几种：（1）绝缘板材。包括硬板（环氧酚醛玻璃布类层压板、硬质工程塑料板等）和软板（软质工程塑料板）。（2）绝缘管材。包括硬质管材（环氧酚醛玻璃布管、丝或纸质层压管、椭圆管、矩形管、异型管、填充管和工程塑料管等）和软质管材（主要是工程塑料软管）。（3）塑料薄膜：包括聚氯乙烯、聚丙烯等薄膜和工程塑料膜等。（4）橡胶：天然橡胶、人造橡胶、硅橡胶等。（5）绝缘绳索。包括尼龙绳（棕丝绞制绳、复丝绞制绳、编织绳等）和蚕丝绳（家蚕丝绞制绳及其索具）。（6）绝缘黏合剂及涂料。包括环氧树脂黏合剂、环氧树脂漆等。从绝缘材料的属性上分，又分为绝缘层压制品、新型绝缘材料、塑料、绝缘粘结剂和涂料、绝缘绳索等。1.1.1、层压制品（绝缘管材、绝缘板材）其中层压制品包括各种层压板、管、棒及有关层压件，由于这类材料具有良好的电气绝缘性能、机械及理化性能，因而广泛用于电机电器和带电作业中，特别是3240型环氧酚醛玻璃布板、3640型环氧酚醛玻璃布管和3840型环氧酚醛玻璃布棒在带电作业中应用最为广泛。目前国内有哪些异型断面的绝缘材料？说明他们的性能和用途？所谓异型断面的绝缘型材，是指不包括利用缠绕工艺生产地常规圆管、椭圆管、锥形管的新型绝缘材料。目前，国内异型绝缘型材大多应用引拔工艺（拉挤工艺）生产，种类有“等边角型材”、“异边角型材”、“工字型材”、“方形实心棒”、“方形空心棒”、“槽型材”、“圆形实心棒”、“方型圆芯棒”、“矩形空心管”等。这类新型材料的纵向机械强度都比缠绕、层压制品高许多。例如，抗张、抗弯强度（纵向）≥800Mpa，抗冲击强度≥210kgf·cm/cm2。其中，“圆形实心棒”可以制作绝缘吊线杆或紧线拉杆，其它型材可以制作绝缘梯、托瓶架、绝缘升降台、绝缘操作台等造型复杂的绝缘工器具。1.1.2、塑料带电作业中常用的塑料有聚氯乙烯，聚乙烯、聚丙烯、尼龙1010、聚碳酸醋、有机玻璃、聚四氟乙烯等。塑料的机电性能是否理想，它们适合制作什么样的带电作业器具？塑料的种类很多，大体上分为工程塑料、电工塑料两类。电工塑料又分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，它们的绝缘性能普遍较好。例如，表面电阻率和体积电阻率分别高达l012Ω和l015Ω·cm，击穿强度也大于15kV/mm。塑料的机械强度普遍偏低，例如，热固性塑料的抗弯强度只有50～150MPa，热塑性塑料的抗张强度只有50～120MPa。有鉴于此，塑料不适合制作带电作业承力工具（包括承载导线自重及张力，承载作业人员的工器具），只能制作类似滑轮（热固性塑料）、绝缘隔离工具（隔离罩、隔离套、挡板等）。1.1.3、橡胶带电作业中常用的橡胶有：天然橡胶、人造橡胶、硅橡胶等。主要用于个人防护和隔离带电体等。硅橡胶的机电性能是否理想？它们适合制作哪些带电作业器具？硅橡胶是一种人工合成材料，它具有良好的电性能。例如，工频击穿电压达到28kV/mm，介质损失角为0.018，体积电阻率达到1014Ω·cm，介电系数为4.35。它最大的特点是有非常突出的憎水性，如果将它覆盖在其他绝缘材料的表面，它的污闪电压可比瓷质绝缘提高1倍。硅橡胶的机械性能一般。例如，拉伸强度为37MPa，撕裂强度为l2kN／m。有鉴于此，硅橡胶通常只适合作为绝缘杆的表面覆盖物，如制作“全天候”（含雨天）带电作业工具。1.1.4、绝缘绳索绝缘绳索在我国带电作业中应用得十分广泛（1960年出现在鞍山电业局）。带电作业工具向绳索化方向发展可以说是中国带电作业的一大特色。目前绝缘绳已被广泛用于承担机械荷重、运载工具、攀登工具、吊拉绳、连接套以及保安绳等。当前，中国绳索化的主流工具包括绝缘软梯、绝缘滑车组两大类。前者独具中国特色，早在国内各地域广泛应用，还屡屡展现于国际带电作业表演中；后者尽管国外也在使用，但国外使用的滑车是木质的，很少使用绝缘材料制作。所以，他们在应用范围和技术性能两方面都不可能与中国媲美。绳索工具不具固定外形，可使用简单的帆布袋包装携带，从而衍生出带电作业“背包化”这一特有名称。中国绳索化工具首先（1960年）出现在鞍山电业局，他们制作的第一套20cm绝缘软梯总重量为23kg，当时一架15m绝缘硬梯重量约50kg，重量减轻一倍多；具有绳索化特色的“双钩吊支杆”总重量为16.3kg，比当时总重量40.3kg的“支拉杆”工具也减轻一倍多；利用“绳索紧线法”更换44kV耐张瓷瓶，工具的总重量也从48kg减轻到24.5kg。以上三件绳索化工具，很快在国内推广普及。带电作业常用的绝缘绳索有几种？说明它们的用途和优缺点。从材质上分类，绝缘绳索有尼龙绳、蚕丝绳、塑料绳三类。从绳索结构分类，又分为绞制圆绳、编织圆绳、编织带、环型套及搭扣带等。这三类绝缘绳都具有较好的绝缘强度和机械强度（例如，尼龙绳和蚕丝绳的工频干闪电压都大于170kV／O.5m，熟蚕丝绳的抗张强度大于800MPa,尼龙绳的抗张强度大于11OOMPa)。绝缘绳在中国带电作业中应用十分广泛，“绳索化”是中国带电作业工具的一大特色。绝缘绳已被制作成承重工具（如绝缘滑车组）、运载工具（如循环传递绳）、攀登工具（如绝缘软梯）、接续器具（如编织绳套）、消弧器具（如消弧绳）等，还被广泛用于确保人身和带电设备安全的保护绳、控制绳、定位绳。尼龙绳的造价较低，但伸缩量较大，受潮后接触带电体易发生融断（众所周知，受潮或脏污后显著降低绝缘材料和工具的电气绝缘性能。绝缘绳受潮后，不但闪络电压明显降低，而且泄漏电流显著增加，导致绳索发热，甚至产生明火，尼龙绳在这种情况下常常熔断而失效）；蚕丝绳造价较高（比尼龙绳高2～3倍），伸缩量较小，潮湿、污秽的蚕丝绳接触带电体不会发生融断。据此，作为主绝缘使用的承重滑车组和涉及人身安全的索具都要求用蚕丝绳制作。1992年国内研发一种新型“阻燃绝缘绳”，以塑料绳经阻燃剂处理获得了离火自熄性能，它在90%相对湿度下受潮168h后，交流1OOkV的泄漏电流不大于20μA。它在淋雨状态下的闪络电压也比蚕丝绳提高了一倍多，浸水后的泄漏电流小于1mA/30kV。阻燃绳的抗拉强度高于蚕丝绳，伸长率与蚕丝绳相近，售价不到蚕丝绳的二分之一。近些年有个别单位使用“迪尼玛”丝制成绳索及工具，其电气性能达不到带电作业要求，尤其是受潮后，其泄漏电流大大增长，甚至闪络，严禁在带电作业中使用。绝缘绳索的伸长率有多少？怎样减少绳索在使用中的伸长量?绝缘绳索的伸缩性较大，并随绳索直径加大而增高（直径大，股数多，绞制次数越多，伸缩性越大）。其中，尼龙绳比蚕丝绳的伸缩率更大。例如，直径2～18mm的桑蚕绳的伸缩率为20%～44%；直径2～18mm的尼龙绳的伸缩率为40%～58%。使用伸缩量过大的绝缘绳，往往会造成带电体位置的失控，降低了带电作业的安全可靠性。为了减少绝缘绳的伸缩量，应对新购置的绝缘绳索施加2.5倍使用荷重，预先拉展它的初伸长量，卸载后的绳索在额定使用荷重下使用，伸缩率可望降低到10%～20%。何谓“捻向”和“捻距”？举例说明蚕丝绳和尼龙绳的型号。绝缘绳索在绞制过程中的捻紧方向，称为“捻向”，有“顺捻”和“反捻”之分（见图1-17）。从下往上看，自右向左捻紧的为“顺捻”[以“S”表示，见图1-17(b)]；反之为“反捻”[以“Z”表示，见图1-17(a)]。为了防止绳索在使用中发生破股（或称松股）现象，绳索的捻制层次应按照ZSZ方式进行，即纤维捻制单纱线时按Z向，纱线捻成股线时按S向，股线合成绳索时再按Z向。带电作业使用的绳索不宜过松、过紧。绝缘绳索的型号是按照材质、绞制方式及绳索直径制订的。例如，型号为SCjS-14的绳索，表示它是直径14mm的桑蚕丝(SC)绞制(j)绝缘绳(S)；型号为jCjS-20的绳索，表示它是直径20mm的锦纶长丝（jC）绞制(j)绝缘绳(S)。1.1.5、绝缘粘合剂及涂料在加工带电作业工具时，往往由于结构上的要求，需要把若干部件粘在一起。绝缘材料的锯口、做过打磨的绝缘管内、外壁都需要涂一层涂料来防潮。环氧树脂加入硬化剂（又称固化剂、热化剂）后变成为热固化树脂，是一种不溶于水的产物，具有下述性能：（1）耐化学稳定性高，可以耐一般酸碱及有机溶剂的侵蚀，适于作各种设备的保护层涂料。（2）电气绝缘性能较好，机械强度也较高。1.1.6、新型绝缘材料新型绝缘材料、新工艺在带电作业工作中的应用，对促进带电作业工具的轻型化、防潮化和减轻作业人员的劳动强度具有重要意义。目前已有防潮绝缘杆、泡沫充填绝缘管（陕西秦川:其性能已达到IEC标准、国家标准要求，甚至超过美国强斯公司产品。）、防潮绝缘绳(浙江温岭:其性能已达到国家标准要求，超过国外公司产品。)、防潮防水绝缘毯（北京顺达:其性能已达到IEC标准、国家标准要求，大大超过日本YS公司产品。）等材料。具体标准参见GB-13398、GB/T-13035和DL/T803。二、常用金属材料带电作业工具中，凡绝缘材料不能胜任的机械部件，必须用金属材料制作。带电作业用金属材料的好坏，直接关系到带电作业的安全，因此制作带电作业工具的金属材料必须是机械强度高、重量轻优质材料。我国目前带电作业使用的金属材料大致有下列几种：（1）铝合金：航天使用的铝合金材料，一般为板材。加工各种卡具等。（2）钛合金：航天使用的钛合金材料，强度比铝合金更高、重量更轻。价格较高，适用于加工特高压各种卡具。（3）高强合金钢：高强度合金钢，用于强度较高的工具部件。金属材料在带电作业中的作用可概括为：（1）做绝缘部件的连接件，例如操作杆、吊线杆的接头，共用工具座等；（2）承受较大机械荷重的承力部件或索引部件，例如紧线丝杆、液压收紧器、卡具等；（3）作为导通电流的部件，例如接引线夹、分流线、消弧绳纺织带，开关导电杆等。因此，我们对各种金属材料的机械强度、韧性、硬度、比重以及导电性均应有足够的了解。2.1、金属材料的性能2.1.1、金属的机械性能金属材料受机械力作用，所表现出抵抗机械力破坏的能力，称为机械性能。由于机械作用力的形式不同，一般主要表现用强度、硬度、塑性、韧性和抗疲劳性等指标分别表示。（1）抗拉强度它是用材料在拉力试验中所显示的弹性变形和塑性变形的应力与应变指标来表示的。其中包括比例极限、弹性极限、屈服点、抗拉强度、断裂强度、伸长率和断面收缩率等指标。可在机械手册中查阅。（2）硬度它是指金属表面不大的体积内抵抗变形或抵抗破裂的能力。常见硬度指标用布氏（HB）、洛氏（HR）等表示。（3）冲击强度它是表示材料在动弯曲负荷作用下折断时的性能指标，出是表示金属材料韧性好坏的指标。（4）疲劳强度它表示在对称弯曲应力作用下，经受一定应力循环数N而仍不发生断裂时