绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
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本文使用 Workbench 仿真软件，采用瞬态温度 场与结构场耦合的计算方法，研究环氧树脂绝缘子 在经过高温固化后，由高温到室温自然冷却过程中 的热应力情况，并进行仿真计算，分别得到金属嵌 件应力槽的不同宽度和深度对绝缘子内部热应力的 影响。为了发现环氧树脂与金属嵌件的配合规律， 研究了中心筒体壁厚对绝缘子内部热应力的影响。
绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
电工电气 (2020 No.2)
绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
卢银花，侯亚峰，郑林楠，陈蕊，吴明清
(河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001)
摘 要：采用瞬态温度场与瞬态结构场耦合的计算方法，研究环氧树脂绝缘子产品在固化后的去应 力过程中树脂内部所受到的热应力情况。以盆式绝缘子为对象，研究金属嵌件应力槽大小对绝缘子热应 力的影响；以带中心导筒体的绝缘盘为对象，研究中心筒体壁厚对绝缘子热应力的影响。结果表明：随 着应力槽的深度和宽度的增加，热应力的变化曲线呈现出凹字形分布，绝缘子内部热应力最大值位置均 出现在与金属嵌件相结合面上；随着中心筒体壁厚逐渐增大，绝缘盘所受到的热应力逐渐增加。
造成零件之间相互制约，不能自由胀缩，从而各自
产生不同的热应力。当温度由 t0 冷却到 t1 时，各 方向的应变和应力为：
ε=α(t 0-t 1)
规律的相关资料。若绝缘件金属与环氧树脂结构配 合不当，其结合处存在不易检测出的隐形缺陷，存 在这种隐形缺陷的绝缘件应用于电网中，随着运行 时间的增长，隐形缺陷会日益扩展，最终导致绝缘 失效，酿成电网事故 。 [1-2]
为了发现金属嵌件与环氧树脂的配合关系，减 少绝缘子在固化过程中的热应力，一般在金属嵌件 上都会设计应力槽。
Abstract: The calculation method of transient temperature field and transient structural field coupling was adopted to study on the thermal stress inside the resin of epoxy resin insulator products in the process of stress relieving after curing. The basin-type insulator was taken as the research object to study on the influence of the stress slot size of the metal insert on the thermal stress of the insulator; the insulation disc of band center conducting cylinder was taken as the research object to study on the influence of center cylinder wall thickness on the insulator thermal stress. The result indicates that as the depth and width of the stress slot increases, the distribution of concave glyph is shown in the curve of thermal stress and the location of maximum thermal stress appears on the interface between the insulator and the metal insert. As the wall thickness of the central cylinder gradually increases, the thermal stress on insulating disc gradually incre)，女，助理工程师，硕士，从事高压绝缘件工艺研究与有限元仿真工作。
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电工电气 (2020 No.2)
绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
1 仿真分析原理
绝缘子产品由环氧树脂与金属嵌件经过高温固
化而成，由于环氧固化物与金属嵌件的线热膨胀系
数不同，因此在温度变化时，由于膨胀方式不同，
关键词：绝缘子；金属嵌件；应力槽；热应力耦合场 中图分类号：TM216+.3 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2020)02-0023-04
Study on Thermal Stress of Insulator Resin and Metal Insert
LU Yin-hua, HOU Ya-feng, ZHENG Lin-nan, CHEN Rui, WU Ming-qing （Henan Pinggao Electric Co., Ltd, Pingdingshan 467001, China）
Key words: insulator; metal insert; stress slot; thermal-stress coupled field
0 引言
国 外 的 环 氧 浇 注 技 术 相 对 比 较 成 熟， 早 在 1948 年瑞士和美国首先开始了环氧树脂的工业化 生产和应用开发工作，国外厂家所制造绝缘件的质 量和综合性能均较优 [1-3]。国内高压开关企业在 20 世纪 80 年代以来先后引进了法国、日本等国家的 六氟化硫 ( S F6) G I S 制造技术和德国、瑞士等国家 的环氧树脂真空浇注成套设备。目前国内高压开关 制造企业环氧浇注件的生产条件和生产能力及所用 材料与国外相比尚有一定的差距，且国内环氧浇注 件生产制造相关的基础研究薄弱，很多设计相关方 面未进行系统性研究。因商业保密，目前未掌握关 于金属结构设计对树脂与金属嵌件结合面质量影响
绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
电工电气 (2020 No.2)
绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
卢银花，侯亚峰，郑林楠，陈蕊，吴明清
(河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001)
摘 要：采用瞬态温度场与瞬态结构场耦合的计算方法，研究环氧树脂绝缘子产品在固化后的去应 力过程中树脂内部所受到的热应力情况。以盆式绝缘子为对象，研究金属嵌件应力槽大小对绝缘子热应 力的影响；以带中心导筒体的绝缘盘为对象，研究中心筒体壁厚对绝缘子热应力的影响。结果表明：随 着应力槽的深度和宽度的增加，热应力的变化曲线呈现出凹字形分布，绝缘子内部热应力最大值位置均 出现在与金属嵌件相结合面上；随着中心筒体壁厚逐渐增大，绝缘盘所受到的热应力逐渐增加。
造成零件之间相互制约，不能自由胀缩，从而各自
产生不同的热应力。当温度由 t0 冷却到 t1 时，各 方向的应变和应力为：
ε=α(t 0-t 1)
规律的相关资料。若绝缘件金属与环氧树脂结构配 合不当，其结合处存在不易检测出的隐形缺陷，存 在这种隐形缺陷的绝缘件应用于电网中，随着运行 时间的增长，隐形缺陷会日益扩展，最终导致绝缘 失效，酿成电网事故 。 [1-2]
为了发现金属嵌件与环氧树脂的配合关系，减 少绝缘子在固化过程中的热应力，一般在金属嵌件 上都会设计应力槽。
Abstract: The calculation method of transient temperature field and transient structural field coupling was adopted to study on the thermal stress inside the resin of epoxy resin insulator products in the process of stress relieving after curing. The basin-type insulator was taken as the research object to study on the influence of the stress slot size of the metal insert on the thermal stress of the insulator; the insulation disc of band center conducting cylinder was taken as the research object to study on the influence of center cylinder wall thickness on the insulator thermal stress. The result indicates that as the depth and width of the stress slot increases, the distribution of concave glyph is shown in the curve of thermal stress and the location of maximum thermal stress appears on the interface between the insulator and the metal insert. As the wall thickness of the central cylinder gradually increases, the thermal stress on insulating disc gradually incre)，女，助理工程师，硕士，从事高压绝缘件工艺研究与有限元仿真工作。
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绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究
1 仿真分析原理
绝缘子产品由环氧树脂与金属嵌件经过高温固
化而成，由于环氧固化物与金属嵌件的线热膨胀系
数不同，因此在温度变化时，由于膨胀方式不同，
关键词：绝缘子；金属嵌件；应力槽；热应力耦合场 中图分类号：TM216+.3 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2020)02-0023-04
Study on Thermal Stress of Insulator Resin and Metal Insert
LU Yin-hua, HOU Ya-feng, ZHENG Lin-nan, CHEN Rui, WU Ming-qing （Henan Pinggao Electric Co., Ltd, Pingdingshan 467001, China）
Key words: insulator; metal insert; stress slot; thermal-stress coupled field
0 引言
国 外 的 环 氧 浇 注 技 术 相 对 比 较 成 熟， 早 在 1948 年瑞士和美国首先开始了环氧树脂的工业化 生产和应用开发工作，国外厂家所制造绝缘件的质 量和综合性能均较优 [1-3]。国内高压开关企业在 20 世纪 80 年代以来先后引进了法国、日本等国家的 六氟化硫 ( S F6) G I S 制造技术和德国、瑞士等国家 的环氧树脂真空浇注成套设备。目前国内高压开关 制造企业环氧浇注件的生产条件和生产能力及所用 材料与国外相比尚有一定的差距，且国内环氧浇注 件生产制造相关的基础研究薄弱，很多设计相关方 面未进行系统性研究。因商业保密，目前未掌握关 于金属结构设计对树脂与金属嵌件结合面质量影响