CN106298105B - 一种空气动力防污型悬挂式绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在风沙区输电线路使用的悬挂式瓷质或玻璃绝缘子，尤其是一种空气动力防污型悬挂式绝缘子。由钢帽(1)、伞裙(2)和钢脚(3)连接组成，其特点是：所述伞裙(2)由上层伞裙(21)和下层伞裙(23)组成，并且该上层伞裙(21)半径大于下层伞裙(23)半径，其中在上层伞裙(21)的外边缘处设有朝向下方的环状小伞棱(22)。本发明提出了一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，其具有如下有益效果：风沙环境下绝缘子表面不易沉积沙尘，降低了绝缘子污秽程度；大小伞配合小伞棱使鸟污、冰凌和雨水不易桥接，提高了绝缘子耐污秽闪络水平；对爬电距离设计具有一定弹性。
Description
技术领域
本发明涉及在风沙区输电线路使用的悬挂式瓷质或玻璃绝缘子，尤其是一种空气动力防污型悬挂式绝缘子。
背景技术
目前，输电线路外绝缘染污情况严重，特别是在我国西北部风沙区运行的悬式绝缘子，表面沙尘附着比较严重。提高输电线路外绝缘防污秽闪络的一种方法是通过加大钟罩型悬式绝缘子伞棱高度，获得更大的爬电距离来提高污闪电压，达到防污闪目的。这种钟罩型绝缘子用于风沙区的缺点是空气流动在伞棱处会产生涡旋，伞棱部位的空气流速低于外部流速，使空气中裹挟的沙尘容易附着在伞裙下表面，这种现象在大风沙尘天气时尤其明显，使用深伞棱结构可能会加重绝缘子污秽程度。
另一种方法是使用空气动力型绝缘子，如双伞型或大伞径单伞型，这种方法是利用气流作用减少污秽物在绝缘子上、下表面的附着，但又分别存在一些局限性：例如双伞型绝缘子上、下伞径相等，雨水、覆冰以及覆鸟污时容易桥接，爬电距离不易高效利用；大伞径单伞型绝缘子盘径尺寸较大，而爬电距离偏小，如用于旧线路升级改造需考虑与原有设计的匹配问题，改造技术难度稍大。针对大风、多风且重沙尘运行环境下的功能性绝缘子尚缺乏研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，针对大风、多风且重沙尘运行环境下能够利用空气动力结构使绝缘子表面不易附着沙尘，且雨水、覆冰以及覆鸟污时伞裙间不易桥接，从而克服现有技术中绝缘子防污结构的不足。
一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，由钢帽、伞裙和钢脚连接组成，其特别之处在于：所述伞裙由上层伞裙和下层伞裙组成，并且该上层伞裙半径大于下层伞裙半径，其中在上层伞裙的外边缘处设有朝向下方的环状小伞棱。
其中小伞棱的高度与上层伞裙的半径的比值为0.045±0.001/1。
其中下层伞裙朝向下方倾斜，并且该下层伞裙与水平方向之间的倾斜角度与该下层伞裙半径的比值为0.084±0.001。
本发明提出了一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，其具有如下有益效果：风沙环境下绝缘子表面不易沉积沙尘，降低了绝缘子污秽程度；大小伞配合小伞棱使鸟污、冰凌和雨水不易桥接，提高了绝缘子耐污秽闪络水平；对爬电距离设计具有一定弹性。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的局部结构示意图；
附图3为本发明的局部结构示意图；
附图4为本发明的典型空气动力防污型悬挂式绝缘子三维模型图；
附图5为本发明的相近规格钟罩型悬挂式绝缘子三维模型图；
附图6为本发明的空气动力防污型悬挂式绝缘子轴向截面空气流速图；
附图7为本发明的钟罩型悬挂式绝缘子轴向截面空气流速图；
附图8为本发明的空气动力防污型悬挂式绝缘子径向截面空气流速图；
附图9为本发明的钟罩型悬挂式绝缘子径向截面空气流速图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，由钢帽1、瓷质或玻璃伞裙2和钢脚3三者依次连接而成，其中绝缘子伞裙2为上下双层结构，上层伞裙21最外侧的边沿(边缘)具有单圈凸台作为小伞棱22，上层伞裙21半径大于下层伞裙23，下层伞裙23与水平方向呈一定角度α向下倾斜且无(小)伞棱，单片爬电距离L与普通钟罩型悬挂式绝缘子近似相等。
如图2、3所示，本发明中在瓷质或玻璃上层伞裙21最外侧设有一圈小伞棱22，其它部位和下层伞裙23上均没有伞棱，最外侧小伞棱22高度H1与上层伞裙21半径L1的比值A为0.045±0.001。经过试验证明，外侧小伞棱22对横向来风阻碍较小，伞棱内侧A1区域涡旋范围较小，上层伞裙21的下表面A2区域附近空气流速较大，空气中的沙尘不易在上层伞裙21的下表面A2区域附着。
瓷质或玻璃下层伞裙23与水平方向呈一定角度α向下倾斜，下层伞裙23倾斜角度α与下层伞裙23半径L2的比值B为0.084±0.001(角度单位为°度，半径单位为mm毫米)。下层伞裙23倾斜角度α不大于90度。经过试验证明，适当的倾斜角度α使下层伞裙23的上表面A4远离伞棱内侧A1涡旋区，横向来风对下层伞裙23的上表面A4具有更好的清洁效果。
上层伞裙21半径L1大于下层伞裙23半径L2，单片绝缘子爬电距离L与相同机械载荷等级的普通钟罩型悬挂式绝缘子爬电距离近似相等，差距控制在5％以内。上层伞裙21和下层伞裙23采用非等径结构有利于增大伞间垂直距离，对于雨水、冰凌和鸟粪等垂直形态的绝缘破坏物有较强的防护性能。下层伞裙23半径L2可根据爬电距离要求作适当增减，以满足设计、运行要求，具有较好的设计适应性和便利性。
实施例1：
下面结合附图，对本发明的空气动力防污型悬挂式绝缘子作进一步说明。如图1、图2、图3所示，本发明的空气动力防污型悬挂式绝缘子主要分为三个部分：钢帽1、瓷质或玻璃伞裙2和钢脚3，三者依次连接。钢帽1和钢脚3的结构尺寸与普通钟罩式绝缘子相同，瓷质或玻璃伞裙2采用双伞结构，分为上、下两层。上层伞裙21的伞径和上表面倾斜角度可遵照现有相同机械载荷等级的钟罩型绝缘子设计，本发明不再赘述。
上层伞裙21最外侧具有一圈小伞棱22，其它部位没有伞棱。小伞棱22作为上层伞裙21的滴水缘具有一定遮蔽雨水作用，可防止小伞棱22内侧A1区域、下层伞裙23上表面A4区域和下层伞裙23边沿A5区域被雨水淋湿。但伞棱对横向来风有阻碍作用，使伞棱内侧产生气流涡旋，且涡旋区气流速度较绝缘子外部为低，空气中裹挟的沙尘颗粒容易在涡旋区附着在绝缘子表面。经过流体力学计算研究，分析了小伞棱22高度H1对绝缘子附近空气涡旋和流速的影响以及小伞棱22高度H1与上层伞裙21半径L1之间的变化关系，提出了最外侧小伞棱22高度H1与上层伞裙21半径L1的比值A为0.045±0.001时，绝缘子附近空气流场比较理想，涡旋区域比较小，有利于防止沙尘附着绝缘子表面。
瓷质或玻璃下层伞裙23与水平方向呈一定角度α向下倾斜。下层伞裙23保持一定程度倾角有利于遮蔽下层伞裙23下表面A6区域，防止雨水浸湿下表面A6区域污层，并且有助于适当增加爬电距离L。经过流体力学计算研究，分析了下层伞裙23倾斜角度α对绝缘子附近空气涡旋和流速的影响以及下层伞裙23倾斜角度α与下层伞裙23半径L2之间的变化关系，提出了下层伞裙23倾斜角度α与下层伞裙23半径L2的比值B为0.084±0.001。下层伞裙23倾斜角度α不大于90度。适当的倾斜角度α使下层伞裙23的上表面A4区域远离伞棱内侧A1涡旋区，使下层伞裙23的A1区域、A2区域、A3区域、A4区域、A5区域所围成的区域流场分布较理想，横向来风对下层伞裙23的上表面A4区域具有更好的清洁效果。
实施具体绝缘子伞裙2设计时，可根据机械载荷要求、制造工艺要求和相关设计规范，先确定上层伞裙21的伞径和倾角，再根据比值A确定小伞棱22高度H1，然后估算出上层伞裙21爬电距离，根据爬电距离要求值初步估算出下层伞裙23爬电距离，而后参照比值B确定下层伞裙23半径L2和下层伞裙23倾角α，同时比值A和比值B可根据需要在±0.001范围内做适当浮动，保持最终的绝缘子爬电距离与相同机械载荷等级钟罩型悬挂式绝缘子爬电距离近似相等，差距控制在5％以内。
实施例2：
下面结合本发明所提出的空气动力防污型悬挂式绝缘子结构特点，设定各结构尺寸具体数值，构造一种典型绝缘子。使用此典型空气动力防污型悬挂式绝缘子进行流体力学仿真计算，并与传统钟罩型悬挂式绝缘子流体力学仿真数据相比较，证明本发明所提出的绝缘子结构具有良好的防污特性。
此典型空气动力防污型悬挂式绝缘子上层伞裙21半径L1设定为191mm，小伞棱22高度H1设定为8.7mm，上层伞裙21倾斜角度设定为8°，下层伞裙23半径L2设定为156mm，下层伞裙23倾斜角度α设定为13°。典型空气动力防污型悬挂式绝缘子三维模型如图4所示，相近规格钟罩型悬挂式绝缘子三维模型如图5所示。
采用大型计算流体力学软件Fluent模拟水平方向5级风(风速8m/s)环境，完成绝缘子附近空气流场仿真计算。使用3片绝缘子组成悬垂短串，只采用中间一片绝缘子伞裙附近流场仿真数据，此举是为了充分考虑成串绝缘子上下片之间影响。
因空气湍流而在绝缘子附近生成的低风速区域是极易造成沙尘、污秽在此附着。沿绝缘子轴向截面的空气流速等值图如图6、图7所示，图6为空气动力防污型悬挂式绝缘子附近空气流速图，图7为钟罩型悬挂式绝缘子附近空气流速图。对比两图可以看出，在迎风侧和背风侧的钟罩型绝缘子伞裙下部均存在大范围风速小于2m/s的低风速区，而空气动力防污型悬挂式绝缘子只在背风侧上下层伞裙间存在大范围低风速区。沿绝缘子伞裙下方径向截面的空气流速等值图如图8、图9所示，图8为空气动力防污型悬挂式绝缘子上、下层伞裙之间径向截面空气流速图，图9为钟罩型悬挂式绝缘子伞棱附近径向截面空气流速图。对比两图可以看出，在钟罩型绝缘子多层伞棱之间均存在大范围风速小于2m/s的低风速区，而空气动力防污型悬挂式绝缘子只存在背风侧小范围低风速区。
通过计算伞裙附近空间截面低风速区所占有的面积比例，可以定量对比两种结构绝缘子在空气动力学方面的差异。如图6、图7所示的空间截面，选取严格包围伞裙、伞棱的矩形面积作为背景面积，背景面积与伞裙所占白色区域面积之差定为基准面积，再选取出风速小于2m/s的低风速区色块，将低风速区色块面积与基准面积之比定为低风速区占比。在绝缘子轴向空间截面中，通过图像处理和面积计算，得出空气动力防污型悬挂式绝缘子低风速区占比为37.59％，钟罩型悬挂式绝缘子低风速区占比为35.03％，两者数值相差不大。如图8、图9所示的绝缘子径向空间截面中，空气动力防污型悬挂式绝缘子低风速区占比为15.01％，钟罩型悬挂式绝缘子低风速区占比为36.94％，两者低风速区分布差异明显。综合分析两个截面方向低风速区占比数值，可以看出空气动力防污型悬挂式绝缘子附近低风速区空间占比是要小于钟罩型悬挂式绝缘子的，低风速区只存在于背风侧上、下伞裙间一个窄小空间内。
通过轴向和径向两个方向的空气流速分布图像比较和低风速区占比数值比较，可以证明空气动力防污型悬挂式绝缘子的优势在于提高了迎风面和侧面伞裙部位的空气流速，并且将风速小于2m/s的低风速区压缩到小范围内，不利于沙尘、污秽大面积附着；同时，由于低风速区集中在背风侧，即使在此处有污秽附着，当风向变换时也有利于风力清除已附着的沙尘、污秽。
Claims (1)
1.一种空气动力防污型悬挂式绝缘子，由钢帽（1）、伞裙（2）和钢脚（3）连接组成，其特征在于：所述伞裙（2）由上层伞裙（21）和下层伞裙（23）组成，并且该上层伞裙（21）半径大于下层伞裙（23）半径，其中在上层伞裙（21）的外边缘处设有朝向下方的环状小伞棱（22）；
其中小伞棱（22）的高度与上层伞裙（21）的半径的比值为0.045±0.001；
其中下层伞裙（23）朝向下方倾斜，并且该下层伞裙（23）上表面与水平方向之间的倾斜角度与该下层伞裙（23）半径的比值为0.084±0.001。
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