CN103971861A - 一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及动车领域，尤其涉及一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子。具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，包括支撑体，围绕所述支撑体侧壁设置有沿轴向并排排列的至少5组所述伞裙，所述至少5组伞裙包括：位于上端的至少4个伞裙中的每个包括一个大伞和一个小伞，位于最下端的至少一组伞裙中的每个包括两个小伞。改进后的伞裙结构有利于耐受冲击电压，界面不容易被击穿，甚至改进后界面的电场都不超过3kV/mm，即使界面出现气体，也不会从界面击穿。

Description

一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子
技术领域
本发明涉及动车领域，尤其涉及一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子。
背景技术
随着世界上第一条高速铁路日本东海道新干线在1964年10月1日开通运营，高速动车组的发展日益广泛。经过40余年的不断发展，基本形成了由日本新干线、德国ICE和法国TGV为代表的高速动车组三大技术体系。各国动车组从各自国家实际需要出发各具特色,对世界高速铁路的发展起了非常积极的作用。
法国自1976年开始着力研究TGV—PSE，在1981年9月投入使用。1990年5月，TGV-A325号车组在大西洋线达到运行时速515.3km，创造了轮轨系统行车速度的世界记录。2007年4月3日，法国试验动车组V150试验速度达到574.8km/h，创造高速铁路速度新纪录。
联邦铁路于1982年8月试制ICE城间快车试验车。1985年，采用2动3拖形式的ICE/V型试验高速动车组成功试制，达到317km/h的试验速度。1988年5月，ICE/V型试验列车在汉诺威—维尔茨堡间创造了406.9km/h的速度记录。
中华人民共和国铁道部由2004年起先后向加拿大庞巴迪、日本川崎重工业、法国阿尔斯通、德国西门子公司等外国企业购买高速铁路车辆技术，以引进国外先进技术并吸收的方式，由中国北车集团和中国南车集团旗下的车辆制造企业生产，研制时速350千米及以上高速列车。
而绝缘子作为车顶线路安全运行的重要设备之一，其技术性能得到电力机车运行部门及制造业的普遍关注。我国电网的高速发展促进了复合绝缘子产业的迅速壮大，使我国硅橡胶复合绝缘子制造技术居世界领先水平。
粗略统计，全国复合绝缘子制造企业已超过100家，但占市场主导的企业仅有10多家。同时从事铁路安全运输的绝缘子制造企业更是寥寥无几。随着列车速度的迅速提高和电气化铁路的广泛铺设，车顶绝缘子的工作环境更加多样化，要求更加苛刻。近年来绝缘子闪络跳闸事故趋于频繁和严重。
现有技术中的动车车顶复合绝缘子的结构如图1所示，原产品虽然伞套和伞裙12的绝缘爬距设计达到标准要求，即超过1000mm，但伞裙的布置不利于耐受冲击电压。对于复合绝缘支柱绝缘子来说，支撑体11与伞套界面是绝缘的薄弱环节，设计时应尽量降低这部分可能承受的绝缘电压，减小界面的纵向电场。因此需要对原设计进行适当修改。
针对以上问题，亟需要一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，以解决现有技术中存在的伞裙的布置不利于耐受冲击电压、容易造成界面击穿的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，改进后的伞裙结构有利于耐受冲击电压，界面不容易被击穿。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，包括支撑体，围绕所述支撑体侧壁设置有沿轴向并排排列的至少5组所述伞裙，所述至少5组伞裙包括：位于上端的至少4个伞裙中的每个包括一个大伞和一个小伞，位于最下端的至少一组伞裙中的每个包括两个小伞。
作为优选，所述大伞的直径为172mm-180mm。
作为优选，所述小伞的直径为80mm-90mm。
作为优选，相邻两伞之间的伞间距为26mm。
作为优选，所述支撑体的下端设置有下金具，所述下金具上设置有增爬裙。
作为优选，所述增爬裙的直径为80mm-90mm。
作为优选，所述增爬裙硫化在所述下金具上。
作为优选，所述大伞的直径为176mm。
作为优选，所述小伞的直径为86mm。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，由于围绕所述支撑体侧壁设置有沿轴向并排排列的至少5组所述伞裙，所述至少5组伞裙包括：位于上端的至少4个伞裙中的每个包括一个大伞和一个小伞，位于最下端的至少一组伞裙中的每个包括两个小伞。所以改进后的伞裙结构有利于耐受冲击电压，界面不容易被击穿，甚至改进后界面的电场都不超过3kV/mm，即使界面出现气体，也不会从界面击穿。
(2)由于所述支撑体下端的下金具上设置有增爬裙，所以在不增加产品高度的前提下，大大提高了电弧距离和绝缘子爬电距离，彻底解决了绝缘子下裙边对底座的放电问题，使产品的绝缘裕度更大，更安全可靠。
附图说明
图1是现有技术提供的动车车顶复合绝缘子的剖视图；
图2是本发明装置实施例提供的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子的剖视图。
其中：
11、支撑体；12、伞裙；13、上金具；14、下金具；
21、支撑体；22、伞裙；23、上金具；24、下金具；26、增爬裙。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
针对现有技术的不足，本实施例提供一种新的复合绝缘子，其结构如图2所示，具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子包括支撑体21，围绕所述支撑体21侧壁设置有沿轴向并排排列的至少5组所述伞裙22，其中，所述至少5组伞裙包括：位于上端的至少4个伞裙22中的每个包括一个大伞和一个小伞，位于最下端的至少一组伞裙22中的每个包括两个小伞。
于本实施例中，作为优选方案，所述大伞的直径为172mm-180mm。
于本实施例中，作为优选方案，所述小伞的直径为80mm-90mm。
于本实施例中，作为优选方案，相邻两伞之间的伞间距为26mm。
于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述大伞的直径为176mm。
于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述小伞的直径为86mm。
以下对现有技术中的动车车顶复合绝缘子和本申请提供的动车车顶复合绝缘子的界面最小绝缘强度进行对比计算。
图1是现有技术中的动车车顶复合绝缘子的剖视图。根据结构对支撑体11与伞套界面在可能受到的冲击电压作用下的电场强度进行计算。根据试验要求，计算时取陡波电压500kV，伞套最小厚度取4.5mm，绝缘水平取30kV/mm，击穿电压为30kV/mm×4.5mm＝135kV。上金具13和下金具14之间的间距为235mm，平均电场500kV/235mm＝2.13kV/mm。各处界面要求的最小绝缘电压见1～6的计算结果。
1、第2伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度为：91kV/10mm＝9.1kV/mm。
2、第3伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：197kV/34mm＝5.8kV/mm。
3、第4伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：227kV/62mm＝3.7kV/mm。
4、第5伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：308kV/87mm＝3.5kV/mm。
5、末1伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：75kV/10mm＝7.5kV/mm。
6、末2伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：100kV/36mm＝2.8kV/mm。
图2是本申请提供的改进后的动车车顶复合绝缘子的外形。其上金具23和下金具24之间的间距为250mm，平均电场500kV/250mm＝2kV/mm。各处界面要求的最小绝缘电压见7～11的计算结果。
7、第1伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：1kV/20mm＝0.05kV/mm。
8、第2伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：105kV/46mm＝2.3kV/mm。
9、第3伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：133kV/72mm＝1.8kV/mm。
10、末1伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：36kV/17mm＝2.1kV/mm。
11、末2伞后根绝缘强度计算
界面最小绝缘强度：76kV/40mm＝1.9kV/mm。
对比改进后绝缘子靠近高压侧金具的伞套界面电场，第一组从9.1kV/mm减到0.05kV/mm，降低了99％，第二组从5.8kV/mm减到2.3kV/mm，降低了60％，第三组从3.7kV/mm减到1.8kV/mm，降低了51％。靠近低压侧金具的伞套界面电场，第四组从7.5kV/mm减到2.1kV/mm，降低了72％，第五组从2.8kV/mm减到1.9kV/mm，降低了32％。
更优越的是，改进后界面的电场都不超过3kV/mm，即使界面出现气体，也不会从界面击穿。
于本实施例中，针对动车车顶复合绝缘子的下裙边与其下金具24间在恶劣气候下的放电问题，如果还需要增加爬距，可在所述支撑体21下端的下金具24上设置有增爬裙26。
在不增加产品高度的前提下，大大提高了电弧距离和绝缘子爬电距离，彻底解决了绝缘子下裙边对底座的放电问题，使产品的绝缘裕度更大，更安全可靠。
于本实施例中，作为优选方案，所述增爬裙26与下金具24为分体结构，在运行时安装到下金具24上，但不是原配置，不会影响陡波试验。作为进一步的优选方案，所述增爬裙26选用热缩材料制造。
于本实施例中，作为另一种优选方案，所述增爬裙26硫化在所述下金具24上。
于本实施例中，作为优选方案，所述增爬裙26的直径为80mm-90mm。
于本实施例中，作为优选方案，所述支撑体21为高强玻璃纤维环氧树脂棒。
所述支撑体21为复合绝缘子的骨架，由于本方案采用高强玻璃纤维环氧树脂棒作为支撑体21，所以具有较好的耐酸特性和高抗弯特性，抗弯大于16kN。
新体材料玻璃纤维浸环氧树脂高温缠绕，它同时承受机械应力、电应力、六氟化硫及其分解物的化学作用，大气中的水分可能由于设计缺陷、质量缺陷等进入内部，使玻璃纤维增强环氧树脂管发生劣化。并且，玻璃纤维增强环氧树脂管的膨胀系数接近于零，而金属附件的膨胀系数为0.26×10-6，两者相差尽管很小，但气体无孔不入，为了保证产品在户外长期运行的可靠性与安全性，设计和制造时要能保证端部附件、玻璃纤维增强环氧树脂管和伞套的界面联接和密封可靠。
于本实施例中，所述支撑体21的上端设置有用于连接导电杆的上金具23，所述上金具23通过高压压接的方式装配在所述支撑体21的上端。
并且所述支撑体21的下端设置有用于将所述复合绝缘子安装在动车车顶上的下金具24，所述下金具24通过高压压接的方式装配在所述支撑体21的下端。
具体的，所述支撑体21的上端和下端分别设有上端开口和下端开口，所述上金具23和下金具24分别插入所述上端开口和下端开口进而装配在所述支撑体21的两端。
于本实施例中，由于位于所述支撑体21上下两端的金具均采用高压压紧的方式装配，所以抗弯复合绝缘子连接牢固，具有良好的抗震性能、抗冲击力性能和防脆断性能，抗弯大于16kN，能在各种气候、工况、环境下运行。
于本实施例中，作为优选方案，所述上金具23由不锈钢304制成。
于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述下金具24也由不锈钢304制成。
于本实施例中，作为优选方案，所述伞裙22由硅橡胶材料制成。
硅橡胶具有表面能低、憎水性强以及憎水迁移性等特性，使其具有特别好的抗污闪性能。硅橡胶分子中的碳原子数比有机聚合物的少，所以其抗电弧性、耐漏电性非常好。加之，即便燃烧也会形成绝缘的硅，所以其电绝缘性优异。
由于硅橡胶的键能高、化学稳定性好，所以其耐热性比有机聚合物的好。再者，由于分子间相互作用力弱，所以玻璃化温度低，耐寒性也好。因此，在地球上的任何地区使用，其特性都不会变化。由于聚硅氧烷的表面为甲基基团，所以它具有疏水性，因而可用于防水。本产品外绝缘材料采用高品质硅橡胶，耐酸、碱、盐特性，具有优异的抗大气老化和紫外线老化性能。温度实用性强，耐高温，可在100℃下工作；耐低温，在-60℃下仍保持弹性。
于本实施例中，作为优选方案，所述伞裙22位于伞套的外侧。为了消除因粘接而存在的内绝缘隐患，提高内绝缘强度，所述伞裙22与所述伞套为一体结构。
该产品具有质量轻、体积小、便于运输和安装、机械强度高以及耐污秽性能好等优点，同时在运行中可以免清扫，免预防性测试，可避免污闪事故。特别适用于中等以上污秽地区使用。同时采用增爬裙发明专利技术,在不增加产品高度的前提下有效地延长了绝缘子电弧距离，是一种从材料到结构完全不同于瓷绝缘子的新型绝缘子。具有结构合理和高速性能良好等优点。产品通过了中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所380公里/小时风洞试验。该系列产品适用于CRH3系列动车组。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，包括支撑体，围绕所述支撑体侧壁设置有沿轴向并排排列的至少5组所述伞裙，其特征在于，所述至少5组伞裙包括：位于上端的至少4个伞裙中的每个包括一个大伞和一个小伞，位于最下端的至少一组伞裙中的每个包括两个小伞。
2.根据权利要求1所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述大伞的直径为172mm-180mm。
3.根据权利要求2所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述小伞的直径为80mm-90mm。
4.根据权利要求3所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，相邻两伞之间的伞间距为26mm。
5.根据权利要求1所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述支撑体的下端设置有下金具，所述下金具上设置有增爬裙。
6.根据权利要求5所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述增爬裙的直径为80mm-90mm。
7.根据权利要求5所述的动车车顶抗污闪复合绝缘子，其特征在于，所述增爬裙硫化在所述下金具上。
8.根据权利要求2所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述大伞的直径为176mm。
9.根据权利要求3所述的具有防界面击穿的动车车顶复合绝缘子，其特征在于，所述小伞的直径为86mm。
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