Quels sont les défis liés à la conception de raccords d’extrémité d’isolateurs en caoutchouc de silicone ?

La conception des raccords métalliques pour isolateurs en silicone doit équilibrer plusieurs exigences, notamment l'étanchéité, l'optimisation du champ électrique et la connexion mécanique. Elle est également contrainte par les processus de fabrication et les environnements extrêmes. Tout oubli peut entraîner des défaillances telles qu'une rupture fragile de la tige centrale et une rupture de l'isolation. Les principaux défis de conception se concentrent sur les aspects suivants :

La qualité de l’étanchéité détermine directement si la tige centrale de l’isolateur est corrodée, ce qui en fait un défi majeur dans la conception des raccords. L'étanchéité externe consiste à coller une gaine en caoutchouc de silicone sur la surface extérieure du raccord. Cette couche d'étanchéité est exposée à l'environnement, vulnérable aux décharges corona, aux arcs électriques et à l'érosion naturelle, ce qui entraîne des risques de dommages élevés. L'étanchéité interne repose sur une combinaison de rainures d'étanchéité et de produit d'étanchéité pour empêcher la pénétration d'eau, mais la production nécessite l'application d'un agent de couplage à l'intérieur du raccord-l'uniformité et l'intégralité du revêtement interne sont difficiles à inspecter. De plus, l'air emprisonné lors de l'injection du caoutchouc de silicone dans le raccord consomme des agents de vulcanisation, provoquant une dévulcanisation partielle. Les défauts de vulcanisation internes après moulage ne peuvent pas être détectés visuellement, ce qui augmente considérablement le risque de défaillance de l'étanchéité.

La concentration du champ électrique a tendance à se produire à la jonction du raccord d'extrémité et de la tige centrale des isolateurs composites. Si l'intensité du champ électrique dépasse la force de claquage de l'air, une décharge corona se produira, accélérant le vieillissement de la tige centrale et l'endommagement des joints. Les anneaux d'égalisation de tension sont essentiels pour améliorer la répartition du champ électrique, mais leurs paramètres de conception sont très exigeants. Par exemple, un diamètre de tube trop petit ne parvient pas à réduire efficacement l’intensité du champ électrique final ; un diamètre extérieur insuffisant augmente l’intensité du champ à des endroits spécifiques ; et une profondeur excessive dans la jupe du parapluie raccourcit la distance de l'arc sec, abaissant ainsi la tension de décharge par impulsion de foudre. Parallèlement, il n'existe pas de norme technique industrielle unifiée pour les anneaux d'égalisation de tension, ce qui entraîne des différences significatives en termes de structure et de conception de taille entre les fabricants. Les problèmes d'installation tels qu'un montage inversé ou des anneaux mal assortis compliquent encore davantage l'adaptation de la conception à l'isolateur global.

 

Les raccords doivent supporter de manière stable le poids des conducteurs et transmettre les charges mécaniques, chaque structure de connexion présentant des défis de conception uniques. Les structures de coin externes n'endommagent pas l'intégrité de la tige centrale mais nécessitent une précision dimensionnelle extrêmement élevée de la cavité métallique, du coin externe et de la circonférence de la tige centrale. Une difficulté élevée du processus entraîne une résistance mécanique instable des joints. Les structures de coin internes offrent une résistance stable mais compromettent l'intégrité de la tige centrale, exigeant un contrôle précis de la position et de la force du coin pendant la conception. La structure de sertissage traditionnelle nécessite une correspondance élevée des propriétés physiques entre les matériaux du raccord et de la tige centrale. Une extrusion précise pour contrôler la déformation plastique du raccord est nécessaire pour générer une contrainte de pré-compression suffisante, qui se transforme en force de frottement pour supporter les charges. Tout écart de paramètre affectera la fiabilité de la connexion.

D'une part, l'adhésion interfaciale entre les raccords, les tiges centrales et le caoutchouc de silicone dépend des agents de couplage. L’épaisseur optimale de la couche adhésive pour l’efficacité de l’agent de couplage n’est que de 0,5 μm. La conception doit correspondre aux processus de revêtement appropriés-une couche adhésive trop épaisse provoque une fracture de la surface de liaison, tandis qu'une couche trop fine ne parvient pas à obtenir une réticulation complète-, conduisant facilement à un décollement ou à une rupture de l'isolation. D’un autre côté, les environnements extérieurs extrêmes exacerbent les difficultés de conception. Par exemple, les différences de température entre le jour et la nuit provoquent des écarts de dilatation et de contraction thermique entre les raccords et le caoutchouc de silicone, entraînant potentiellement des fissures dans les joints au fil du temps. Les vents forts et le galop des lignes exercent un impact externe continu sur les connexions, nécessitant la conception d'une structure tampon. De plus, le matériau métallique des raccords doit équilibrer la résistance à la corrosion et la résistance mécanique pour éviter une réduction de la capacité portante et des performances électriques en raison des couches de corrosion.

Les schémas de conception doivent s'adapter aux processus de production réels, sinon des risques liés à la qualité peuvent survenir. Par exemple, les structures d'étanchéité externes nécessitent une couche de caoutchouc de silicone relativement épaisse pour garantir l'efficacité de l'étanchéité, ce qui entraîne une répartition inégale de la température à l'intérieur et à l'extérieur de la cavité du moule pendant la vulcanisation et une vulcanisation incomplète des pièces scellées. Même si des dispositifs de chauffage d'appoint peuvent être ajoutés, cela augmente les coûts de production, ce qui entre en conflit avec les objectifs de conception économique. De plus, les processus traditionnels tels que l’application manuelle d’agents de couplage sont sujets à des couches adhésives inégales et à une contamination secondaire. Même avec une structure de connexion-bien conçue, des défauts de processus peuvent entraîner un échec de liaison. La conception de structures de raccords compatibles avec les processus de pulvérisation automatisés nécessite un équilibre entre la précision dimensionnelle et la faisabilité de la production.