CN102522161A - 具有温度监测功能的绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有温度监测功能的绝缘子。本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、制作方便、制造成本低的具有温度监测功能的绝缘子。本发明的技术方案是：具有温度监测功能的绝缘子，具有绝缘子和设置于绝缘子上并与需测温设备电连接的导电金属条，其特征在于，导电金属条的另一端连接一埋于绝缘子内部的导热绝缘条，导热绝缘条的无电端装有测温装置并在该处通过测温线引至绝缘子的外部。本发明适用于电工领域中带有绝缘子或绝缘套管的电气设备。

Description

具有温度监测功能的绝缘子

技术领域

本发明涉及一种具有温度监测功能的绝缘子。适用于电工领域中带有绝缘子或绝缘套管的电气设备。 

背景技术

绝缘子（或套管）一般由固体绝缘材料制成，安装在不同电位的导体之间或导体与接地构件之间，是同时起到电气绝缘和机械支撑作用的器件。不同类型绝缘子的结构、外形虽有较大差异，但都是由绝缘体和金属构件两大部分组成。变电站的电气设备如变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、隔离刀闸等设备都具有瓷套、棒形支柱等部件，这些部件同时起到电气绝缘和机械支撑的作用，瓷套和棒形支柱等器件也统称为绝缘子。 

目前，随着我国智能电网的蓬勃发展，对各个电力设备的监测提出了更高的要求。电力设备在工作状态下，由绝缘子承载的各连接处的温度值是显示电力设备正常运行的重要参数。如何实现设备连接处温度值的在线监测，对提高设备安全健康运行具有重大的意义，而利用绝缘子实现上述监测功能，具有显著的有益效果。 

在现有的监测技术中，如：1、利用无线网加传感器方式，因为传感网络要安装在设备上，且电源大多选用电池供电，使用寿命一般不超过两年，从而无法长期工作，需到期维护，增大了资金投入。2、利用红外测温仪以人工的方式进行测温具有随机性，工作量大，不可能长期实时在线工作。3、如专利号2011101386-176-1.3的中国专利公开了一种“带有温度或/和电压传感器的绝缘子或触头盒的生产方法”，该方法利用光纤全嵌入绝缘子，虽效果较好，但由于实用光纤传感器的制造成本过高，而无法大量推广使用。  

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、性能可靠、制作方便、制造成本低的具有温度监测功能的绝缘子。 

本发明所采用的技术方案是：具有温度监测功能的绝缘子，具有绝缘子和设置于绝缘子上并与需测温设备电连接的导电金属条，其特征在于，导电金属条的另一端连接一埋于绝缘子内部的导热绝缘条，导热绝缘条的无电端装有测温装置并在该处通过测温线引至绝缘子的外部。 

   所述绝缘子为直立支柱型绝缘子，绝缘子底部配有绝缘子底座，所述测温线沿着绝缘子的内腔中心向下敷设并在底部位置从侧壁穿出外部。 

所述绝缘子为穿墙套管型，所述导电金属条沿轴向贯穿埋于套管内，与导电金属条连接的导热绝缘条位于套管内且垂直于套管的轴线，所述测温线从套管中穿出外部。 

所述绝缘子为电缆接头型，绝缘子的材料为具有弹性的硅橡胶，所述测温线沿绝缘子的中轴线直接穿出外部。 

所述导热绝缘条选用氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝复合聚合物或碳纤维复合聚合物，上述材料的导热系数为50-300w/mk，而抗电压击穿强度不小于10kv/mm。　 

   所述导热绝缘条夹设于同样形状的绝缘隔热板中间。

在绝缘子底部靠近绝缘子底座附近，设置与测温线相连的低压避雷器和温度表。所述测温线的出口处装有有线或无线的通信终端。 

    所述导电金属条选用可根据温度改变颜色的铜基变色合金，合金中含有12~15%重量百分比的铝和1~5%重量百分比的镍。 

所述测温装置与导电金属条之间的距离根据不同电压等级确定，10KV电压等级取值5~15mm，35KV电压等级取值15~35mm，110KV电压等级取值20~40mm，220KV电压等级取值35~55mm；在导电金属条、导热绝缘条和测温装置之间用绝缘螺栓和绝缘胶粘剂紧固，同时在器件与绝缘子之间存在的缝隙内填充抗电压击穿强度不小于10kv/mm的高绝缘性能材料。 

本发明的有益效果是：本发明采用了将目标测温点的热量以绝缘搭接取样技术的方法，通过导热绝缘条（IHC）如氮化铝陶瓷进行温度传递，再在IHC的无电侧使用温度传感器实现对温度量的监测。本发明导热绝缘条IHC的使用简化了高电压领域监测温度的方法，提高可实施性。避免了使用光纤传感器等复杂、昂贵的器材，且可靠性大大提高。可长期有效地对电力设备进行实时温度监测，无需经常更换，制造成本低，易于推广。 

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。 

图2为实施例2的结构示意图。 

图3为实施例3的结构示意图。 

具体实施方式

实施例1：如图1所示，本实施例具有直立支柱型绝缘子1和配于绝缘子下端的绝缘子底座8。在绝缘子1的上端设置导电金属条2，导电金属条2的下侧面连接一埋于绝缘子1内的导热绝缘条3（英文名称the insulation heat conduction以下简称IHC），该导热绝缘条呈矩形片状。为防止热量不被散发、提高测量的精度和准确率，在导热绝缘条3两侧夹装同样形状的绝缘隔热板4。所述导热绝缘条3下端（无电侧）装有测温装置5。测温装置5电连接沿绝缘子内腔中心向下敷设的测温线6-1，所述测温线6-1外面套有绝缘护套6-2并从绝缘子1底部侧壁穿出。本例在绝缘子1的底部靠近绝缘子底座8附近，设置与测温线6-1相连的低压避雷器7、温度表9和无线通信终端10。 

    其中测温装置5与导电金属条2之间的距离（L₁）根据不同电压等级确定，一般10KV电压等级取值5~15mm，35KV电压等级取值15~35mm，110KV电压等级取值20~40mm，220KV电压等级取值35~55mm。在导电金属条2、导热绝缘条3和测温装置5之间用绝缘螺栓和绝缘胶粘剂紧固，同时在器件（导电金属条2、导热绝缘条3、测温装置5）与绝缘子1之间存在的缝隙内填充如环氧树脂、石英粉等高绝缘性能的材料。 

为便于巡视设备时用眼睛直观地看到绝缘子上部导电金属条2的温度变化，本实施例中使用了随温度变化而改变颜色的铜基金属条作为测温组件中的一部分，采用的含12~15%（重量百分比）铝和1~5%（重量百分比）镍的铜基记忆合金是具有热弹性马氏体相变的色调记忆合金，它在200~300℃范围具有温度相变特性。通过相变，合金的色调从红色变为金黄色，值班巡视人员就地或通过摄像机可观察远方的温度情况，做到双途径实施温度测量，确保可靠监测。 

本例绝缘子产品主要应用于隔离开关，高低压断路器和开关柜的测温，绝缘子的材料可以是陶瓷、环氧树脂或不饱和聚酯纤维等高绝缘性的材料。本实施例中，导热绝缘条3可采用产自福建华清电子材料科技有限公司的氮化铝陶瓷，规格：AIN（D），主要性能指标：抗电压击穿强度≥17kv/mm；抗弯强度≥330Mpa；热导率（系数）≥170W/m·k，氮化铝陶瓷具有优良的导热性，较低的介电常数和介电损耗，可靠的绝缘性能，优良的力学性能，无毒，耐高温，耐化学腐蚀。绝缘隔热板4选用导热系数不大于0.15w/m·k的绝缘隔热板，本例中绝缘隔热板4采用热导率为0.041w/m·k的玻璃棉。测温装置5选用线性温度传感器（型号HN82，大连和华电气制造公司）或环氧型（型号B3435，杭州科纳传感器件有限公司），通常温度传感器的工作温度适用于-50℃~200℃，当温度超过95℃时系统设置报警。测温线6-1使用高温测温线，型号为铁氟龙型。低压避雷器选用型号AL-10KVR、KV（广东中山市澳美电子科技公司）。 

在实际的热传递过程中，存在少量的热量损耗。因此需根据现场导热体的种类和长度来修正测温装置采集到的数据，即对温度传感器采集到的温度和目标设备接头处的实际温度值进行修正后，确定执行装置的启动温度值。关于温度校正系数的确定问题，所选用的IHC元件导热系数越高，所连接的长度越短，热传导损失越小，测量中与实际设备的温度值就越接近，但必须满足绝缘的要求，而反之越大。一般为0.8～0.99之间，因此需以1.2～2的系数来校正。 

本实施例的主要工作原理是：将需测温的主设备或汇流排导体与绝缘子1上具有温度相变特性的铜基金属条（导电金属条2）连接。将所需测温设备上的热量通过铜基金属条向矩形片状的氮化铝陶瓷（导热绝缘条3）传递，热量经过距离L1的传导后到达位于氮化铝陶瓷下端的温度传感器，温度传感器所测得的温度值经绝缘子底座8附近的温度表9校正和显示，并由无线通信终端10传输至远端接收与控制中心（使用无线传感器网络如ZigBee，型号为STM32W，MX·CHIP公司生产；Wi-Fi方式进行传输）。远端接收与控制中心可将多个设备接头温度进行历史数据比较，及时发现事故隐患，以及在不同负荷电流下的正常温度数据，及时报警。 

实施例2：如图2所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处在于本例具有穿墙套管型绝缘子1和沿绝缘子1轴向贯穿且埋于绝缘子内的导电金属条2，在导电金属条2的中间（或两端）位置连接两侧夹装绝缘隔热板4的导热绝缘条3，导热绝缘条3下端（无电侧）安装测温装置5，并在绝缘子固定部位（中间处）通过套有绝缘护套6-2的测温线6-1引至绝缘子的外部，测温线6-1出口处装有有线通信终端，温度信号可经有线的方式传输至远端控制接收中心。 

本例中，绝缘子的材料选用可以是陶瓷填石英粉水泥型，也可以是环氧树脂（户内型）或不饱和聚酯玻璃纤维（户外型）。导热绝缘条3采用矩形的氧化铍陶瓷材料，紧贴固定于绝缘子上的导电金属条2处，由于氧化铍陶瓷的导热系数为230w/m·k，可将导电金属条2的热量迅速传递至测温装置5。绝缘隔热板4选用热导率为0.15w/m·k的石棉纸材料。测温装置5选用热电偶，型号为：K型（杭州科纳传感器件有限公司）。其余部件的选用可与实施例1相同。 

实施例3：如图3所示，本实施例的基本结构与实施例2基本相同，不同之处是本例为电缆接头套管形绝缘子1，绝缘子1顶部竖向装有导电金属条2，该导电金属条下端连接埋于绝缘子内的导热绝缘条3，导热绝缘条的无电侧装有测温装置5及套有绝缘护套6-2的测温线6-1，测温线沿绝缘子中心敷设并在绝缘子底部引出。 

本实施例主要应用于对变压器接头或断路器连接头处的温度测量，或用于电缆终端接头处的温度测量。绝缘子一般使用硅橡胶材料，该绝缘子具有弹性，可以实现弯折，因此较适合在特种场合电气设备接头对温度测量的要求。所述测温装置5选用温度开关，型号KSD-9700（广东东莞凯恩电子科技公司），也可以是温度控制仪（例如余姚开拓温度仪表厂，型号TED）。其余部件的选用可与实施例2相同。 

上述实施例中，如果绝缘子上部与铝导体连接，则绝缘子上的导电金属条2也采用铝材料，以防止不同材料之间产生的电蚀现象。导热绝缘条3采用氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝复合聚合物或碳纤维复合聚合物制成的高导热绝缘元件。为使热量不被散发，提高测量点的精度和准确率，绝缘隔热板4导热系数不大于0.15w/m·k，本发明中隔热板4还可采用如石棉衬垫、石棉布、石棉绝热带等性能良好的绝缘隔热材料。 

Claims (10)

1.一种具有温度监测功能的绝缘子，具有绝缘子（1）和设置于绝缘子上并与需测温设备电连接的导电金属条（2），其特征在于：导电金属条（2）的另一端连接一埋于绝缘子（1）内部的导热绝缘条（3），导热绝缘条的无电端装有测温装置（5）并在该处通过测温线（6-1）引至绝缘子的外部。

2.根据权利要求1所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述绝缘子（1）为直立支柱型绝缘子，绝缘子底部配有绝缘子底座（8），所述测温线（6-1）沿着绝缘子的内腔中心向下敷设并在底部位置从侧壁穿出外部。

3.根据权利要求1所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述绝缘子（1）为穿墙套管型，所述导电金属条（2）沿轴向贯穿埋于套管内，与导电金属条连接的导热绝缘条（3）位于套管内且垂直于套管的轴线，所述测温线（6-1）从套管中穿出外部。

4.根据权利要求1所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述绝缘子（1）为电缆接头型，绝缘子的材料为具有弹性的硅橡胶，所述测温线（6-1）沿绝缘子的中轴线直接穿出外部。

5.根据权利要求1-4所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述导热绝缘条（3）选用氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化铝复合聚合物或碳纤维复合聚合物，上述材料的导热系数为50-300w/mk，而抗电压击穿强度不小于10kv/mm。

6.根据权利要求1-4所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述导热绝缘条（3）夹设于同样形状的绝缘隔热板（4）中间。

7.根据权利要求2所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：在绝缘子（1）底部靠近绝缘子底座（8）附近，设置与测温线（6-1）相连的低压避雷器（7）和温度表（9）。

8.根据权利要求1所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述测温线（6-1）的出口处装有有线或无线的通信终端。

9.  根据权利要求1-4所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述导电金属条（2）选用可根据温度改变颜色的铜基变色合金，合金中含有12~15%重量百分比的铝和1~5%重量百分比的镍。

10.根据权利要求1-4所述的具有温度监测功能的绝缘子，其特征在于：所述测温装置（5）与导电金属条（2）之间的距离根据不同电压等级确定，10KV电压等级取值5~15mm，35KV电压等级取值15~35mm，110KV电压等级取值20~40mm，220KV电压等级取值35~55mm；在导电金属条（2）、导热绝缘条（3）和测温装置（5）之间用绝缘螺栓和绝缘胶粘剂紧固，同时在器件与绝缘子（1）之间存在的缝隙内填充抗电压击穿强度不小于10kv/mm的高绝缘性能材料。

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