CN107359022B - 能改善高压电极附近电场分布的绝缘子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，在绝缘子的高压电极的外表面粘接辅助电极，在辅助电极和靠近高压电极的第一个伞裙的外表面粘接电介质组合单元；辅助电极与电介质组合单元粘接为一个整体。本发明的辅助电极改进原有的电极形状，增大电极的曲率半径，改善电极附近的电场分布；避免原有电极因为毛刺、棱角而产生的电场局部增强的现象；电极处电介质单元可以改善高压电极附近的电场，提高电极附近的绝缘强度；伞裙处电介质单元将该伞裙保护起来，增加了伞裙的运行寿命；其极化电荷产生的电场，将会使伞裙表面的原有的电场减弱，减少了空气与伞裙交界面场强的陡度。

Description

能改善高压电极附近电场分布的绝缘子
技术领域
本发明涉及一种高压支柱绝缘子，具体为一种能改善高压电极附近电场分布的绝缘子。
背景技术
电气从产生、输送到消费的整个过程，都必须具有高度的稳定性和可靠性。为了能够使用这种能量，必须把电能保持住是必不可少的条件，而这一任务就由绝缘技术来承担。在这种技术中，图3所示的绝缘子是承担电气设备的电气绝缘和机械固定的器件，它在整个电力系统中使用量极大，其绝缘结构的设计是保证电网运行的基础技术。因此研究改进现有绝缘子的设计，对它们提出更加优良的机电性能要求，是一个极为重要的问题。特别是随着我国电力系统向着特高压大容量方向的迅速发展，在提高绝缘子的长期运行特性、设计的合理性等方面都会提出一系列更加严格的要求。在这方面，本发明将在这一领域提出一种新的更加合理的设计方法。
高压绝缘子的设计一般包括电气、机械和热性能三方面。本发明只涉及绝缘子的电气性能。
绝缘子的电极布置原则上可分为支柱型绝缘子和套管型两大类。前者的两电极(高压电极和接地电极)相毗邻地布置，后者的两电极交叉地(相互插入)布置。本发明只涉及前者的电极布置型式。
绝缘子在其高压电极附近会形成高强度电场，该电场基本上属于极不均匀电场，这种电场会大大降低绝缘子的闪络电压。因此在设计中需要尽可能地采取措施使电场均匀或者使闪络难于发展。对于前者，目前普遍使用的方法是装设均压环，其目的是把电场极不均匀的区域往外移，阻止电场的过分集中，阻止电晕和局部放电的形成；对于后者，往往是在绝缘子场强最高的地方设置伞棱，以阻碍闪络的发展。
除了上述两种方法之外，本申请人在《一种三元素结构的户外支柱绝缘子柱》(中国专利申请号201610365743.8)中，在上绝缘子的高压电极设置高压电极附件系统，在上、下绝缘子的电极连接处设置中间电极附件系统，在下绝缘子的接地电极设置接地电极附件系统，在接地电极附近设置接地电极辅助系统。高压电极附件系统、中间电极附件系统、接地电极附件系统和接地电极辅助系统由高压绝缘部分和高压导电部分组成。
这种绝缘子虽可以提高这种绝缘子的防污闪能力、防湿闪能力和防雷能力，但有以下不足：
1、从该申请的图2的高压电极附件系统导电部分的具体位置和形状看，导电部分的作用仅仅增加绝缘子高压电极与附件系统绝缘部分的接触程度，并没有起到改进原有高压电极形状的功能；
2、该申请的图2所示绝缘子的伞裙和附件系统在湿污层存在的情况下，进行了计算机仿真，其计算结果见下表。通过图4可以发现该发明的第二个不足之处：高压电极附件系统的外伞裙部分7-1的最下端(点C)和内伞裙部分7-3的最下端(点B)的电位比相邻绝缘子伞裙的最外侧(点A)要高。这是因为高压电极附件系统的表面存在湿污层，湿污层的电势近似为高压端的电压，使得点A的电势要小于点B和C的电势，而且点C处的电场强度最大，因此电弧可能从点C打到点A，反而使得绝缘子的闪络电压下降。
点A 点B 点C
电势(kV) 1.61 1.79 1.79
电场模(kV/mm) 0.59 1.48 1.92
3、附件系统的绝缘部分使用的是一般介电常数的硅橡胶材料。
支柱绝缘子的电极结构接近棒--板电极布置的结构，属于极不均匀电场。其电场分布由电极的几何形状和绝缘介质材料所决定。从图5的支柱绝缘子高压电极附近的等位线3分布图可以看出：在高压电极附近的电场十分集中，其相邻的第一个伞裙几乎承受了50％以上的电压，即这里是电位梯度最大的区域。在该区域内，总会产生初始电子，它们在短时间内会引发造成绝缘子表面闪络的关键的电子崩，因此需要改善这里的电场分布状态。
发明内容
本发明的目的是在克服上述发明的不足之处的基础上，旨在提供一种通过改善高压电极的形状、利用电介质的极化和形状来改善绝缘子高压电极附近的电场分布的绝缘子。
本发明目的的实现方式为，能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，在绝缘子的高压电极的外表面粘接辅助电极，在辅助电极和靠近高压电极的第一个伞裙的外表面粘接电介质组合单元；辅助电极与电介质组合单元粘接为一个整体。
本发明具有以下优点：
1、在绝缘子的高压电极的外表面粘接辅助电极，辅助电极易于改进原有的电极形状，增大电极的曲率半径，改善电极附近的电场分布；避免原有电极因为毛刺、棱角而产生的电场局部增强的现象；
2、电极处电介质单元处于高压电极附近的空气中，因为空气的击穿场强和介电常数比固体材料要小得多，所以会在高压电极的附近产生局部放电，电介质单元可以改善高压电极附件的高电场，提高电极附近的绝缘强度；
3、靠近高压电极的第一个伞裙处在高场强的危险区域，伞裙处电介质单元将该伞裙保护起来，增加了伞裙的运行寿命；其极化电荷产生的电场，将会使伞裙表面的原有的电场减弱，减少了空气与伞裙交界面场强的陡度。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为图1中的辅助电极和电介质组合单元的局部放大图，
图3为现有的110kV支柱绝缘子结构示意图，
图4是CN201610365743.8的图2通过计算机仿真的计算结果图，
图5为支柱绝缘子高压电极附近的等位线图。
具体实施方式
绝缘体的电气性能可以归纳为两大方面：保持电压所需要的电气绝缘性质和储存电荷的电介质性质。本发明就是基于绝缘体的电介质性质来改善绝缘子高压电极附近的电场分布。
下面参照附图详述本发明。
参照图1、图2，本发明在绝缘子1的高压电极2的外表面粘接辅助电极2-1，在辅助电极2-1和靠近高压电极2的第一个伞裙的外表面粘接电介质组合单元2-2；辅助电极与电介质组合单元粘接为一个整体。
所述电介质组合单元为电极处电介质单元2-2-1和伞裙处电介质单元2-2-2的组合。电极处电介质单元2-2-1处于高压电极2附近的强电场中，伞裙处电介质单元2-2-2包覆在高压电极2附近的第一个伞裙的外表面。
所述在绝缘子的高压电极的外表面采用室温硫化硅橡胶粘接剂粘接辅助电极。在辅助电极和靠近高压电极的第一个伞裙的外表面采用高温硫化的方式粘接电介质组合单元。
所述辅助电极采用体积电阻率小于50欧姆·厘米的导电复合材料。电极处电介质单元采用相对介电常数大于6的复合材料，伞裙处电介质单元采用相对介电常数大于3的复合材料。
本发明在绝缘子的高压电极2的外表面粘接辅助电极，辅助电极2-1改进了高压电极2的形状，增大了高压电极2的曲率半径；由于采用体积电阻率小于50欧姆·厘米的导电材料，改善了高压电极附近的电场分布；另外，辅助电极避免了高压电极因为毛刺、棱角而产生的电场局部增强的现象。
本发明在辅助电极2-1和靠近高压电极2的第一个伞裙的外表面粘接电介质组合单元2-2；辅助电极与电介质组合单元粘接为一个整体。电介质组合单元可以利用介质的折射定律来调整电场。
所述电极处电介质单元处于高压电极附近的空气中，因为空气的击穿场强和介电常数比固体材料要小得多，所以会在高压电极的附近产生局部放电。而由于电极处电介质单元的高介电常数，改善了高压电极附件的高电场，提高了电极附近的绝缘强度。
靠近高压电极的第一个伞裙处在高场强的危险区域，所述伞裙处电介质单元将原有伞裙保护起来，增加了伞裙的运行寿命。其次，该单元为高介电常数，其极化电荷产生的电场，将会使伞裙表面的原有的电场减弱，减少了空气与伞裙交界面场强的陡度。

Claims (4)

1.能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，其特征在于：在绝缘子的高压电极的外表面粘接辅助电极，在辅助电极和靠近高压电极的第一个伞裙的外表面粘接电介质组合单元；辅助电极与电介质组合单元粘接为一个整体；
所述辅助电极采用体积电阻率小于50欧姆·厘米的导电复合材料 ；电极处电介质单元采用相对介电常数大于6的复合材料，伞裙处电介质单元采用相对介电常数大于3的复合材料。
2.根据权利要求1所述的能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，其特征在于：在绝缘子的高压电极的外表面采用室温硫化硅橡胶粘接剂粘接辅助电极。
3.根据权利要求1所述的能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，其特征在于：在辅助电极和靠近高压电极的第一个伞裙的外表面采用高温硫化的方式粘接电介质组合单元。
4.根据权利要求1所述的能改善高压电极附近电场分布的绝缘子，其特征在于：电介质组合单元为电极处电介质单元和伞裙处电介质单元的组合。
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