[科普中国]-绝缘垫块

在管道阴极保护施工时，经常会遇到穿越马路、铁路以及河流的时候，一般会有金属管套。为了防止管道与管套的接触，一般采取官道上固定绝缘垫块，绝缘垫块一般采用塑料制成的。支撑力度和要根据管道的壁厚还有输送的介质从而断定的，一般的支撑间距控制在1.5-2.0米。

管道的端头安装支撑绝缘接头采用端头两组支撑并按排安装，中间段距离按设计要求的安全距离均匀安放。像一些特殊的套管，如混凝土套管，为防止绝缘拉运是受损过大，一般采取前端增加一个钢制托管支架，钢制外圆托管支架不小于绝缘支架。

绝缘垫块异常老化的原因分析通过一起干式铁心串联电抗器绝缘垫块异常老化的分析，发现了绝缘垫块堵塞绕组散热气道时受影响面积虽不大，但会引起绕组温升偏高，造成绝缘垫块异常老化。1

试验分析电抗器故障后，提取了噪声等实测数据，并进行了现场分析。 该型号产品为电网公司常用规格，经型式试验噪声合格，投运后曾测试一次噪声，声压级57.8dB，比标准（55dB）高了2.8dB。 由于标准规定的电抗器噪声为试验室数据，在电流波形、环境干扰等方面实际工况和试验室有较大差异，现场稍高噪声也是认可的。 运行人员发现噪声异常时，测得产品噪声达到71.1dB，跟往常比已有3dB 左右升高，已严重超标。说明电抗器内部可能发生结构松动，并可能影响了绝缘结构参数的稳定。

对该电抗器进行绝缘试验、绕组直流电阻测试和工频耐压等试验。测试结果表明，铁心对地绝缘良好，绕组直流电阻和出厂值对比仍在合格范围内。工频耐压试验结果显示，施加28kV 电压时，B、C相均有明显电晕放电声，A相则不明显，说明B、C相绕组对铁心绝缘已不完好，绝缘距离可能已发生改变。

为进一步查找产品结构松动情况，检查绕组辐向定位，发现A、B、C三相绕组均发生位移，B、C相达到6mm，A相位移为3mm，结合工频耐压分析可以判断B、C相绕组压紧结构松动已较严重。1

拆卸检查拆卸上下垫块各一处，进行对比测试，测试结果表明，橡胶垫产生较大变形，上垫块比下垫块更加明显。特别是上垫块的橡胶垫端面极不规则，从留在端面的凹凸痕迹判断，上垫块的橡胶垫刚好堵住了一个气道口。1

浇注绕组的气道口分析浇注绕组气道口主要受所使用模具的影响，调查发现该类型的干式铁心串联电抗器，其绕组一般具有一个或以上气道。 所使用的气道模具是一种组合模具，即由厚度15mm、宽度40mm、长度1200mm 的若干POM气道板组合而成。 为拔模方便，POM气道板和玻璃布套搭配使用，造成相邻气道口之间有0.5mm~1mm间隔，气道间隔的存在，将气道细分成若干截面为15mm×40mm的小气道，而端部绝缘垫块截面为80mm×50mm，二者截面积之比为1：6.66，可见气道口被绝缘垫块堵住的风险是客观存在的。1

垫块堵住气道口对温升的影响分析温度是绝缘材料老化的关键影响因素之一，绝缘材料的温度和产品的温升密切相关，在产品电阻损耗（I2R)不变的情况下，上垫块堵住气道口将恶化局部区域的散热条件，从而对产品温升造成不利影响。

（1）对散热条件的影响。上垫块堵住气道口，使该细分气道的空气不参与对流，笔者把它称作“蓄热现象”。传统温升计算模型，都假设气道内空气对流带走热量，气道的功能是有效的，没有涉及“蓄热现象”，与此相关的研究几乎没有公开报导。

（2）对绕组温升的影响。对铁心串联电抗器CKSC-300/10-5，其绕组有个细分气道情况下，绕组温升达到 50.1K，而正常的A相平均温升是47.9K，温升差异达到2.2K，十分显著。 绝缘垫块堵塞绕组散热气道时受影响面积虽不大，但会引起绕组温升偏高，这种影响不可忽视。

（3）对气道口温升的影响。气道口温升差异反映了局部区域的对流散热效果差异。气道口堵住和不堵两种条件下，温升稳定后气道口处温度相差9.2K。分析温升试验过程数据可以看出，二者差异上升较快，大约经过2h，已达到9.0K 以上，说明气道的实际通风条件对气道口温升的影响十分显著。1

气道口温升对橡胶垫的影响分析绝缘垫块由树脂垫块和橡胶垫两部分组成，紧贴气道口的是绝缘垫块的橡胶垫部分，经形貌检查发现除外形发生较大的伸缩变化外，橡胶垫表面也十分粗糙，并有孔洞和裂纹生成，老化现象十分明显。只选取橡胶垫进行重点分析。

（1）橡胶垫的热老化。合成橡胶实际使用过程中受光、氧、热和化学介质等外界因素的作用，将会发生一定程度的老化，使其性能劣化、制品使用寿命缩短。

（2）橡胶垫的选用。橡胶制品因老化而引起功能丧失的问题，常常与材料选择不当有关。绝缘垫块用橡胶垫的选用，要求材料必须具有耐热老化性、优良的电绝缘性以及弹性。合成橡胶品种繁多，根据产品使用条件，橡胶垫宜选用经补强的乙丙橡胶(EPR)。乙丙橡胶是由乙烯和丙烯共聚而得的二元聚合物(EPM)或由乙烯、丙烯和非共轭二烯单体共聚而得三元共聚物(EPDM)的总称，具有耐老化性、耐臭氧性、耐化学介质性、优良的电绝缘性以及弹性等，符合橡胶垫基本要求。1

橡胶垫老化对产品噪声的影响分析橡胶垫老化时，先发生软化，受此影响依靠垫块来压紧绕组的定位结构发生松动，通电绕组在电磁力作用下渐渐偏离了原来所处的中心对称位置，压紧结构对绕组振动的抑制能力降低；此外，在铁心电磁振动和绕组振动共同作用下，铁心柱在紧固方面的缺陷如浇注质量不高、接触面粘接不牢等被放大，发生脱漆、接触面裂开、甚至错位，噪声随之增大。1

变压器绝缘垫块冲裁全自动冲床设计为满足变压器企业绝缘条料加工自动化的需要，将检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术和精密机械技术融为一体，研制了一种专用于冲制柔性非金属条形材料的自动冲床。在讨论了摩擦力驱动模型的基础上，采用模糊控制、PID 控制与神经网络结合的结构，用多节点的网络来实现模糊映射，构成了一种包含隐含层的3层模糊神经网络，用于交流伺服电机的控制，通过对电机单轴转动速率进行摩擦力自适应补偿，从而提高送料系统控制精度。通过试运行证明，该冲床运行稳定，操作精度良好。2

冲床结构简介该冲床整机外形，由材料升降机构、送料机构、材料检测装置、自动冲头及控制机构构成。

（1）控制机构。考虑到控制的稳定性及现场加工环境，设计由三菱FX2N-48MT-001型PLC、FX0N-3A模拟量模块以及台达DOP-B07S201触摸屏构成。

（2）材料升降机构。其作用为将待加工的条形材料向上抬起至送料位置，在材料送完后自动下降装料，该机构采用螺杆升降，需手动调整以安装不同尺寸的材料，采用步进电机驱动。

（3）送料机构。该机构为整个自动冲床最重要也是最核心的受控装置，其性能决定了冲床整体的工作效率，其作用是自动适应条形材料的光滑程度从而改变搓轮的转动速度及下压力度，在一定的速度精度内将材料送至冲头进行加工，为保证送料精度，该装置采用伺服电机驱动，采用模糊神经PID算法进行控制。

（4）材料检测装置。采用行程开关、红外线传感器、光栅、接近开关等多种检测装置精确检测冲床的工作状态并将信号送至PLC。

（5）自动冲头。对材料进行冲压加工。2

工作过程分析（1）开机初始化，若自检正常，则检查条料状态。若条料到位，可选择是否工作，若未检测到条料，则提示装填条料。首次工作只进行单次循环工作，完毕后可选择是否重复循环工作，在工作的整个过程中，红外线传感器都会检测承料托板上是否有条料，如传感器检测为0，材料升降机构自动下降至底部并提示装填材料。

（2）当升降机上升至送料检测传感器状态置1时，搓料电机起动，要求送料状态检测红外线传感器在2s内可以检测到搓出的条料，如果检测不到，说明材料未被搓出，升降机向上微调，搓料电机继续工作，若重复3次后送料状态检测传感器状态仍为0，则报警并提示检查搓料出口挡板是否异常。2

（3）当送料状态检测传感器状态置1时，表示条料已搓出，送料伺服电机起动，设置了单层分拣滚轮对材料进行单层分拣（确保每次只搓出一根条料），将单层分拣传感器状态0作为送料电机工作条件之一（在程序中用触点的串联形式表示），当材料前端到达料头位置传感器位置使传感器置位后，搓料电机停止运行，升降机下降 3mm从而减小条料抽取阻力，从而达到节能的效果并防止下一条料被提前搓出。在此过程中用光栅全程检测材料的输送速度并换算为单位时间产量显示输出。

如果材料表面很光滑无法搓出，控制系统取消搓料，改用强力吸盘吸取材料送出，既可以保证送料速度又兼顾了节能。

（4）当料头位置传感器状态置1时，送料步进电机开始步进工作，条料到达冲头下方指定位置触发冲头行程开关，冲头向下冲制，根据工作模式（单步、单周、重复）决定送料步进电机是否继续送料。在整个工作过程中，全程检测是否有急停中断、传感器置异常等信号。

（5）当料头位置传感器状态出现下降沿时，表示料尾到达，送料电机反向转动若干步，将尾料抽出送至尾料收集器，然后进行下一循环。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学