一种能提高外绝缘电气强度的绝缘子制造技术

一种能提高外绝缘电气强度的绝缘子，涉及一种电气强度高的线路、支柱及套管绝缘子。在绝缘子的上、下电极外设置上、下屏障，在绝缘子串的串接电极外设置中间屏障，在有上、下均压环的绝缘子的上、下均压环外设置上、下环屏障，在靠近绝缘子的铁塔和输电线附近设置铁塔屏障和输电线屏障。本实用新型专利技术在绝缘子两电极之间设置一重和多重能提高绝缘子的外绝缘强度的屏障，将传统绝缘子的二元素结构改变为三元素结构，即由电极、绝缘体和屏障三部分组成。屏障阻止运动电荷从一个区域进入到另一个区域，使电场分布处于紧张状态的区域得到缓和；显著提高绝缘子的起始电晕电压和闪络电压，减小无线电干扰，减少高压输电线的电能损耗，减轻绝缘子的劣化。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电气强度高的线路绝缘子、支柱绝缘子以及套管绝缘子。
技术介绍
电力系统由电能的产生、电能的输送以及电能的使用等三部分组成。电能的 输送需要一整套设备，这套设备主要包括有输电线、杆塔、绝缘子和变压器，其中 绝缘子是用来固定输电线，并使其对大地保持一定绝缘距离的设备。绝缘子按用途可以分成三种主要形式线路绝缘子、支柱绝缘子和套管绝缘 子。线路绝缘子是固定架空输电线路的绝缘部件，支柱绝缘子是支承高压电气设备 带电部分的绝缘部件，套管绝缘子是将带电导体穿过高压电气设备金属外壳或母线 穿过墙壁时的绝缘部件。线路绝缘子的结构随着输电电压的升高以及绝缘材料的进步而变化。当输电 电压较低时，可以使用图1中的针式绝缘子13，由于这种绝缘子是"可击穿型"绝 缘子，所以目前许多地区开始使用线路柱式绝缘子，根据使用的绝缘材料不同，有图2中的瓷质材料线路柱式绝缘子14，图3中的复合材料线路柱式绝缘子15。当输电趋向于更高的电压时，线路绝缘子一般使用图4中的瓷质和玻璃盘形悬 式绝缘子16以及图5中的由它们组成的绝缘子串17所示。由于电瓷生产工艺和有 机材料的发展，瓷质和复合材料棒形悬式绝缘子也开始推广，如图6中的瓷质棒形 悬式绝缘子18、图7中的复合材料棒形悬式绝缘子19。随着输电电压的进一步升 高，图8中的瓷质棒形悬式绝缘子串20也开始使用。为了保护图9中的棒形悬式绝缘子21和图10中的绝缘子串22在闪络时免于 损害，并且在正常电压下使电压分布均匀，常使用图9中的上均压环10(也称保护 金具)，图10中的下均压环11。支柱绝缘子如图11中的电站支柱绝缘子23，在电压等级较高时，常用几个支 柱绝缘子组装成图12中的绝缘子柱24，由于沿绝缘子表面的电压分布不均匀，因 此一般采用图12中的上均压环10。目前套管绝缘子采用图13中的瓷套管绝缘子25，近年来复合材料外套因其轻 便和耐污，所以上述套管也可以用复合材料代替。空气的绝缘特性广泛被应用于高压电气设备的绝缘中，绝缘子电气强度的破坏 通常分为绝缘子内部发生的破坏性放电和沿绝缘子外表面的空气放电。在运行过程 中，为了避免绝缘子内部被击穿，要求绝缘材料的击穿电压必须比表面放电电压高 出1.5倍左右，因此绝缘子的电气强度通常取决于后者。由于绝缘子的表面闪络是 沿其表面的空气放电的结果，又由于暴露在空气中的绝缘子表面的绝缘称为外绝 缘，所以绝缘子的电气强度常称为绝缘子的外绝缘强度，要研究绝缘子的外绝缘强度，就要深入研究气体放电的理论。最早的绝缘子于1844年出现在美国的华盛顿与巴尔的摩之间的长40英里有线通讯线路中。最早的输电线绝缘子出现在1897年，它是在电信绝缘子的基础上发展起来的，在结构上与电信绝缘子没有任何区别，在输电线绝缘子诞生的1897年，气体放电理论根本还未出现。最早的气体放电理论是英国科学家汤逊(J S Townsend)于1903年提出的，而在此时已有电压等级为20kV的绝缘子运行在电网中，遗憾的是，汤逊气体放电理论的出现并没有成为当时绝缘子的新的设计思想，绝缘子的结构仍然与59年之前诞生之初相同。汤逊气体放电理论只适合于低气压的情况。1939年雷特(H*Rlether)和米克 (J M ，Meek)两人共同提出了一种适合大气条件下的气体放电理论——流注理论。 而此时绝缘子的电压等级已发展到287kV，遗憾的是这种新的放电理论仍然被绝缘 子领域排除在外。上述汤逊气体放电理论和流注理论的前提是电极之间为均匀电场，而在高压电 气设备的绝缘结构中，电场大多数都属于极不均匀电场。在极不均匀电场中的气体 放电与均匀电场时有显著不同，例如电极间隙在完全击穿以前，在曲率半径较小的 电极附近常产生电晕放电。电晕放电起源于一个电极，但是不到达另一个电极，而 且不断变更位置。在放电的这一阶段，空间电荷的存在具有特别重要的意义。在极不均匀电场中，还存在长间隙放电的问题，当绝缘子两电极之间的绝缘距 离超过一米时，流注的发展不足以贯穿间隙两端，这时流注放电会发展为比流注过 程更为强烈、更为炽热的热电离通道，这种热电离的通道人们称为先导。在长间隙 下，整个间隙的击穿过程是在流注放电的基础上再由先导贯穿整个间隙，最后导致 主放电来完成的。以上即为绝缘子诞生之后所出现的各种气体放电理论。而上述理论一直都被绝缘子领域拒之门外，因此ioo多年来，上述三种绝缘子的设计思想和产品结构没有任何变化。从设计思想看，绝缘子的两个电极间的距离决定其绝缘水平，从结构上 看，所有类型的绝缘子虽然外形有所不同，但都是由绝缘本体和连接金具两大元素 组成。虽然绝缘子诞生以来涌现出不计其数的绝缘子专利，但是这些专利都没有对 绝缘子的上述设计思想和产品结构提出质疑，因此在提高绝缘子的外绝缘强度上一 直没有突破性的进展。本申请人认为传统绝缘子设计思想有以下错误-一、 没有认识到电信绝缘子和电力系统中的绝缘子是两种运行条件完全不同的 绝缘子。对于电信绝缘子，其工作电压很低，此时空气是极好的绝缘体，所以两电 极间不会发生气体击穿现象。而对于电力系统中的绝缘子，情况就完全不同了。两 电极间的气体放电现象经常发生。而根据气体放电理论，在高电压下，前者会产生 在低电压下不会出现的新的过程和新的现象。但是一百多年来，电力系统的输电电 压等级已经在通信绝缘子工作电压的基础上增加了几千倍，但是绝缘子在结构上没 有发生任何变化，电极和绝缘体仍然是组成绝缘子的两大元素，当电压增高时，绝 缘子只是在绝缘长度上线性增长。二、 没有考虑极不均匀电场中的电晕现象。在高电压下，绝缘子的绝缘距离会 增加，因此电极的曲率半径相应也显得很小，这时会产生低电压时不会出现的电晕 放电，电晕放电产生的空间电荷改变了电极间的电场分布，放电的进一步发展会随 着电场的分布的不同而不同，而此时的电场分布不仅决定于电场的形状和电极间的 距离，而且还决定于气体游离过程的发展而产生的空间电荷。三、 仅从静电场的角度来考虑绝缘子的闪络电压。静电场理论认为在绝缘子 的电极形状决定之后，绝缘子的闪络电压基本上由两个电极间的距离决定的。按照 这种观点，只要两个电极的距离不变，那么它们之间的绝缘强度就是一定的。这个 观点体现在所有关于电力设备绝缘的国内外标准之中，也体现在所有电力设备的外 绝缘结构中。在低电压下，空气不会被电离，因此绝缘子的两电极间没有运动电荷， 因此用静电场理论可以指导低压绝缘子的外绝缘设计。但在高电压下，由于绝缘子 的两电极之间是极不均匀电场，会产生电晕放电，因此在绝缘子的电极附近就充斥 着运动的电荷，故绝缘子两电极间的闪络电压就不能仅用静电场理论来决定。由于 上述静态的设计思想和单调的二元素结构，导致一百多年来在提高绝缘子的外绝缘 强度方面一直没有突破。四、没有认识到在大多数情况下，绝缘子的沿面放电是长间隙放电。当绝缘子 两电极之间距离小于一米时，间隙的击穿过程与电晕放电和流柱放电有关。当间隙 距离超过一米时，绝缘子的沿面放电是长间隙放电，此时间隙的击穿过程与电晕放 电、流柱放电和先导放电有关，而在传统绝缘子的设计中，并没有区别对待上述两 种不同性质的放电。五、没有将绝缘子与铁塔、输电线作为一个整体，然后在这个整体的基础上 来考虑提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能提高外绝缘电气强度的绝缘子，其特征在于在绝缘子的上电极外设置上屏障，下电极外设置下屏障，在绝缘子串的串接电极外设置中间屏障，在有上、下均压环的绝缘子的上、下均压环外设置上、下环屏障，在靠近绝缘子的铁塔和输电线附近设置铁塔屏障和输电线屏障。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德赛，
申请(专利权)人：武汉市德赛电力设备有限公司，张德赛，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]