电能的输送主要通过架空输电线路,绝缘子是架空输电线路中最重要的组成部 分。因为传输电能的
导线要利用绝缘子悬挂在杆塔上,导线处于高电位,杆塔处于地 电位,绝缘子在其中就担负起双重的任务,一方面它要使导线和杆塔在电气上绝缘, 另一方面使导线和杆塔在机械上相连。
绝缘子通常按用途分为线路绝缘子和电站电器绝缘子两大类。用于架空线路的绝 缘子称为线路类绝缘子,在电站用于支持
母线或电器的绝缘子称为电站电器类绝缘 子。线路绝缘子又可细分为针式绝缘子、悬式绝缘子和横担绝缘子等,电站电器绝缘 子又可细分为支柱绝缘子和
套管绝缘子,而支柱绝缘子包括棒形支柱绝缘子和针式支 柱绝缘子。
传统的针式瓷质绝缘子如图12所示,它是由带伞的瓷件21和伸入瓷件内的
铁脚 22组成,其结构为内胶装,铁脚22装在瓷件21的内部然后用
水泥胶装。由于铁脚 22一直伸到瓷件21的深处,可以直接承受弯曲负荷,所以针式绝缘子的抗弯性能好。 又由于其制造工艺简单,成本低,安装也简便,而且能减小杆塔高度,因此广泛使用 在6~10kV的配电线路中。
但是,它在运行中存在着以下几个方面的问题:
1、耐雷水平低:10kV配电线路,一般不沿全线装设避雷线,因此如何提高10kV 架空线路的耐雷水平,已变得越来越重要了,因其为
电极插入式结构,其闪络距离比 击穿距离大得多,属于“可击穿型”,在遭受
雷击时很容易在绝缘子内部产生击穿现 象,形成导电通道,造成10kV
线路跳闸或单相接地;
2、绝缘水平低:其绝缘部件主要是电瓷,薄瓷件具有很高的绝缘强度,随着瓷 件厚度的增加,由于瓷质不均匀,瓷的绝缘强度将显著降低,因瓷壁较厚,瓷件分成 2~3
块烧成,再用
水泥胶装在一起,因水泥的吸湿膨胀和冻结膨胀等原因易使绝缘子
破碎、无线电噪音干扰
电压升高,所以绝缘水平不高,将对配电线路的运行可靠性带 来一系列严重的问题。
近年来,人们对供电的可靠性要求越来越高,突然的停电事故将给社会带来巨大 的经济损失。为了解决树枝等外界物体对配电线的影响,提高供电可靠性,其中最有 效的办法是提高绝缘子的绝缘水平。
3、抗污闪性能差:随着经济的发展,环境污染日趋严重,绝缘子的污闪事故所 造成的危害也日益严重。绝缘子表面受到污染和绝缘子表面的污染物被湿润,是使绝 缘子发生污闪的两个必备条件,针式瓷质绝缘子的伞裙采用的是
深槽型结构,容易积 污,又由于瓷质是亲水性材料,容易吸潮,所以其抗污闪能
力差。为了提高绝缘子的 污闪电压,国内外普遍采用了复合绝缘子。
复合绝缘子(composite insulator)一般由伞裙护套(housing and shed)、玻璃
钢芯 棒(FRP core)和端部金具(end-fitting)三部分组成。其中伞裙护套一般由有机合 成材料制成,FRP芯棒一般是玻璃
纤维作
增强材料、环
氧树脂作基体的玻璃钢复合 材料,端部金具一般是外表面
镀有热镀层的
碳素铸钢或碳素结构钢。
与瓷绝缘子和玻璃绝缘子相比较,复合绝缘子具有强度高、重量轻;湿闪电压和 闪电压高;制造工艺简单;运行维护简便等优点。
目前世界上已开发和生产出各种类型的复合绝缘子,其中使用数量最多、增长速 度最快的是线路用棒形悬式复合绝缘子,它已广泛使用在35kV及以上输电线路中。
在10kV配电线路中,开发和生产的复合绝缘子主要是针式复合绝缘子和支柱复 合绝缘子,这两种复合绝缘子在结构上,除了下金具与杆塔的固定方式不同之外,其 它部分几乎完全相同。
图13为目前大量使用的针式复合绝缘子的结构示意图。这种针式复合绝缘子包 括:玻璃纤维
环氧树脂复合材质的芯棒26,上金具24,下金具27,
硅橡胶材质的伞 裙25。上金具24上有凹槽23,其形状与园截面的导线相适配。
从图中可见,它不过是支柱瓷质绝缘子的翻版,只是用
复合材料代替了瓷,绝缘 子与杆塔的连接部分用螺杆代替了
法兰盘,此外并没有任何改进。严格地说,现有的 针式复合绝缘子并不具备传统针式绝缘子的特点,可以说只是原有支柱绝缘子的
变形 而已。
综上所述,现有针式瓷质绝缘子和针式复合绝缘子还存在着许多问题,不能适应 配电系统供电可靠性的需要。
下面参照附图,详述本发明:
参照图1、2、3,本发明由由绝缘本体13、上附件1和下附件3三部分组成。
参照图2,绝缘本体13由内绝缘件和外绝缘件组成,内绝缘件为绝缘管8,外绝 缘件为伞裙护套2。伞裙护套2由起着外绝缘作用的护套2-1和伞裙2-2组成。护 套2-1紧密
覆盖着绝缘管21,护套2-1外的伞裙2-2呈等电位面形状。
上附件1的压紧件1-1由支承件1-2支承,压紧件1-1、支承件1-2设有固 定导线的凹槽11。压紧件1-1和支承件1-2用绝缘材料制成,增大了绝缘子的绝 缘距离,同时也增加了爬电距离,提高了绝缘子的绝缘水平和污闪电压。
本发明的上附件1为瓷材或木材上附件,或上附件1的压紧件1-1为木质,支 承件1-2为瓷材。压紧件1-1和支承件1-2所用的绝缘材料采用瓷绝缘,因在绝 缘材料中,薄瓷片有很高的
介电强度,而且瓷的抗压强度比
抗拉强度大得多,支承件 1-2使用瓷质材料,即可以发挥薄瓷片的高介电强度的优点,又能使瓷件承受了压
应力,充分发挥了瓷质材料的优点。
压紧件1-1和支承件1-2用木绝缘,因无论在干湿状态下,木材对于冲击电压 都有良好的绝缘性能,在上附件1中使用木材绝缘,可以使绝缘子的冲击放电电压大 为提高,同时,由于上附件1的尺寸并不大,所以可以充分利用其它行业使用木材后 剩下的边
角余料。
上附件1的压紧件1-1为木质,支承件1-2为瓷材的联合绝缘方式,可以充分 发挥木材绝缘冲击放电电压高的绝缘特点和瓷质绝缘抗压强度高的力学特点。
下附件3由与杆塔相连接的铁脚3-2以及包围在铁脚3-2外表面的绝缘护套3 -1组成。
参照图3,内绝缘件为绝缘棒9,这可以简化绝缘子的工艺过程。
参照图2、3,绝缘管8或绝缘棒9用环氧树脂浸渍的玻璃纤维构成,伞裙护套2 用有机合成材料制成。绝缘管8或绝缘棒9以环氧树脂作为基体,用玻璃纤维作为增 强材料,可以保证绝缘子优越的机械特性。
因本针式绝缘子承受的是弯曲负荷,所以采用绝缘管8比采用绝缘棒9具有更可 靠的抗弯性能。
在绝缘本体13中,护套2-1和伞裙2-2是外绝缘件。护套2-2保护绝缘管8 或绝缘棒9不受外界
气候的影响,伞裙2-2使下雨时,绝缘子保持一部分干燥表面, 增加电极间沿绝缘子表面的
泄漏距离,以提高绝缘子的湿闪电压和污闪电压。
护套2-1外的伞裙2-2呈等电位面形状,这样做的结果具有下面的优点:
1、表面的
电场比任何其它绝缘子的电场都要均匀,具有很好的电气性能,而且 伞裙的局部损伤也很少影响到绝缘子的电场分布和沿着表面的放电电压;
2、向下倾斜度很大,增加了防雨淋的区域,并能使雨水形成水珠下落,提高了 绝缘子的湿闪电压;
3、爬电距离大为增加,而且降低了污物降落在绝缘子表面上的可能性,提高了 绝缘子的污闪电压;
4、杜绝了在传统伞裙中经常发生的雨水或污水的桥接现象,改善了传统伞裙间 距分布不合理的现象,防止了由于大量积
雪和结
冰造成的线路
短路。
伞裙护套2用有机合成材料制成,减轻了绝缘子的重量,在安装、运输和运行过 程中不宜破碎,易于加工成复杂的绝缘结构,此外,还可以增加绝缘子表面的憎水性, 提高绝缘子的湿闪电压和污闪电压。
参照图2,根据提高污闪电压的需要,护套2-1和护套3-1的外表面各至少设 置一个金属环7和金属环5。在绝缘子发生污闪的过程中,随着污层受潮后电导的增 加,污层中
电流和
温度也随着增加。由于绝缘子的结构形状、污秽分布和受潮不均匀 等原因,绝缘子表面各处的电流
密度也将不同。由于绝缘子的护套2-1和护套3-1 相对来说直径很小,从而电流密度较大,泄
漏电流产生的
焦耳热会使水分
蒸发,所以 这些部位易形成干区,电压降易集中于此,产生
辉光放电,当条件合适时,最终形成 沿面放电。本发明在护套2-1和护套3-1外表面设置了金属环7和金属环5,可以 改善此处的电流密度的分布,使泄漏电流产生的焦耳
热能够均匀分布,从而提高了绝 缘子的污闪电压。
参照图5、6、7,压紧件1-1和支承件1-2上都设有固定导线的凹槽11,其形 状与所固定的导线相适配。与传统的用细导线将高压导线
捆绑固定的方法相比较,这 种结构省去了捆绑导线,安装过程方便迅速,安装方式安全可靠。
压紧件1-1和支承件1-2上开有穿过螺杆14的螺孔12,螺杆把压紧件1-1 和支承件1-2连接在一起。通过这样的连接方式,可以更可靠地实现上附件1两部 分与导线之间的可靠结合。
参照图8,下附件3由与杆塔相连接的铁脚3-2以及包围在铁脚3-2外表面的 绝缘护套3-1组成。在铁脚3-2外表面覆盖绝缘护套3-1,延长了绝缘子的闪络 路径,导致了
电弧容易熄灭,提高了防止绝缘导线雷击断线的能力。另外,绝缘子闪 络路径的增加,也使得绝缘子的污闪电压得以提高。
参照图2、8,铁脚3-2与绝缘管8的金属连接部分6按照等位面形状来制造, 然后伞裙2-2的形状也与之相配合,制作为等电位形状。这样做有以下优点:表面 的电场比任何其它绝缘子的电场都要均匀,具有很好的电气性能,而且伞裙的局部损 伤也很少影响到绝缘子的电场分布和沿着表面的放电电压;向下倾斜度很大,增加了 防雨淋的区域,并能使雨水形成水珠下落,提高了绝缘子的湿闪电压;爬电距离大为 增加,而且降低了污物降落在绝缘子表面上的可能性,提高了绝缘子的污闪电压;杜 绝了在传统伞裙中经常发生的雨水或污水的桥接现象,改善了传统伞裙间距分布不合 理的现象,防止了由于大量积雪和结冰造成的线路短路。
参照图9A、9B,如果凹槽11中固定的是裸导线16,凹槽中的裸导线16外表面 设一段与导线同轴的绝缘套16-1。这不仅增大了绝缘子的绝缘距离,提高了绝缘子 的绝缘强度,而且还增加了绝缘子的爬电距离,使得绝缘子的沿面放电只能从绝缘套 16-1的边缘处发生,从而提高了绝缘子的闪络电压。
参照图10A、10B,如果凹槽11中固定的是绝缘导线17,如果凹槽11中固定的 是绝缘导线17,凹槽11中的绝缘导线17外表面设一段与导线同轴的金属套4。这是 因为雷击时电弧对绝缘导线的损坏,几乎都发生在绝缘导线与绝缘子的固定点上或者 在该固定点附近。金属套4的存在,可以消除上述现象的发生。而且在雷电感应过电 压时,金属套4的存在可以减小绝缘子附近绝缘导线中绝缘层两端的过电压,消除这 段绝缘层被击穿的可能性。另一方面,既使绝缘层被击穿进而引起绝缘子闪络时,持 续的工频短路电流会转移到金属套4上燃烧,从而保护了导线免于烧断。
参照图11,在铁脚3-2处设置一个金属
支撑件20,外接一段呈弯曲状的绝缘导 线18,绝缘导线18外表面有金属环19,绝缘导线18一端与金属支撑件20相接,另 一端用绝缘材料18-2封住端口,在该端口处设置一个金属件18-1,金属件18-1 与金属套4共同组成一个放电间隙。绝缘导线18用绝缘材料18-2封住端口,可不 使金属导线外露。绝缘导线18根据熄灭电弧的需要弯曲成不同形状,绝缘材料18- 2采用有机合成绝缘材料。金属件18-1与金属套4共同组成一个放电间隙,此放电 间隙的雷电冲击放电电压比针式复合绝缘子要低,当雷电过电压作用在配电线路时, 间隙将先于绝缘子动作,从而保护了绝缘子,并且给雷电流以出路。绝缘导线18的 存在,使配电线路的闪络路径得以延长,导致电弧容易熄灭。同时绝缘导线18的外 表面设置多个金属环19,又将电弧从长弧变为短弧,更
加速了电弧的熄灭,这对于 防止污闪的发生以及防止绝缘导线雷击断线都是十分重要的措施。