CN108320870A - 一种支柱绝缘子 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种支柱绝缘子。所述支柱绝缘子包括：壳体、绝缘件和中央电极；所述壳体套设于所述中央电极的外部；所述绝缘件为柱状结构，所述绝缘件的一端与所述壳体连接，所述绝缘件的另一端与所述中央电极连接；所述绝缘件的轮廓线为平滑的曲线，所述曲线向远离所述绝缘件轴线的方向凸起。所述绝缘子能够增加电场线沿绝缘件表面的切向分量，使绝缘件外表面的电荷在切向分量的作用下不断地向绝缘件的两端运动，促进电荷的消散；并且能够减少电场线沿绝缘件表面的法向分量，减少绝缘件外表面电荷积聚，从而提高绝缘子的闪络电压，提升绝缘的稳定性与可靠性。

Description

一种支柱绝缘子

技术领域

本申请涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种支柱绝缘子。

背景技术

在GIS(Gas Insulated Switchgear,气体绝缘开关设备)/GIL(Gas InsulatedSwitchgear,气体绝缘金属封闭输电线路)中，绝缘子是很重要的绝缘部件，起到固定、绝缘等作用，但同时绝缘子也是GIS/GIL运行中绝缘击穿故障容易出现的位置之一。

当GIS/GIL长期工作于高压直流环境时，或者当GIS/GIL工作于交流环境中且开关断开时，GIS/GIL内的母线上也都会有一定幅值的直流电势存在。绝缘子内部的绝缘件一端与高压电极连接，另一端与低压电极连接，高压电极和低压电极之间会存在电场，并且电场线通常是由高压电极指向低压电极。然而由于绝缘件本身结构的限制，高压电极和低压电极结构、设置方式的限制，电场线通常都不会完全平行于绝缘件表面，必然会有部分电场线穿过绝缘件表面，产生平行于绝缘件表面的切向分量和垂直于表面的法向分量。目前，GIS/GIL中的支柱绝缘子通常包括中央导电区、绝缘件和连接座，该绝缘件设置于连接座和中央导电区之间，一方面，用于支撑中央导电区；另一方面，将中央导电区与连接座隔离，避免中央导电区接地导电。

然而，现有的支柱绝缘子中的绝缘件的外表面结构单一，例如圆柱状，与电场线的交叉面过多，导致绝缘件内部的切线分量过少，而法向分量过多。该切向分量有利于积聚于绝缘件上的电荷消散，而法向分量则会使电荷积聚于绝缘件的表面。因此，现有的绝缘子中的绝缘件很容易积聚表面电荷，这种表面电荷的存在将畸变原有电场，导致设备中的支柱绝缘子闪络电压显著降低，使得绝缘子容易发生绝缘击穿故障。

发明内容

本申请提供了一种支柱绝缘子，以解决现有绝缘子表面电荷积聚过多、难于消散的问题。

一种支柱绝缘子，包括：壳体、绝缘件和中央电极；

所述壳体套设于所述中央电极的外部；所述绝缘件为柱状结构，所述绝缘件的一端与所述壳体连接，所述绝缘件的另一端与所述中央电极连接；所述绝缘件的轮廓线为平滑的曲线，所述曲线向远离所述绝缘件轴线的方向凸起。

可选的，所述曲线与所述绝缘件外表面的电场线形状相适配。

可选的，所述绝缘件为鼓型结构。

可选的，所述绝缘件为钟型结构。

可选的，所述绝缘件的数量为多个，并且所述绝缘件环绕设置于所述中央电极四周。

可选的，所述中央电极的横截面为多边形，所述多边形的边数与所述绝缘件的数量相对应；所述绝缘件设置于所述多边形的边上，所述多边形的每个角均为圆弧状。

可选的，所述绝缘件的材料为环氧树脂基氧化铝，所述环氧树脂基氧化铝包括如下重量份的组分：环氧树脂100份、氧化铝330份、固化剂38份。

可选的，所述壳体为圆柱状。

可选的，所述绝缘件的两端分别设有第一嵌件和第二嵌件，所述第一嵌件用于连接所述绝缘件与所述中央电极，所述第二嵌件用于连接所述绝缘件与所述壳体。

可选的，所述中央电极、所述壳体、所述第一嵌件和所述第二嵌件的材料均为铝合金。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

与现有技术相比，所述绝缘件的轮廓线为向远离所述绝缘件轴线的方向凸起的平滑的曲线，与绝缘件表面电场线的形状较为接近。绝缘件向上凸起的外形，一方面，能够增加电场线沿绝缘件表面的切向分量，能够使绝缘件外表面的电荷在切向分量的作用下不断地向绝缘件的两端运动，促进电荷的消散，另一方面，能够减少电场线沿绝缘件表面的法向分量，减少绝缘件外表面电荷积聚。从而提高绝缘子的闪络电压，提升绝缘的稳定性与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种支柱绝缘子的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种绝缘件的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的另一种绝缘件的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的实验对比图。

附图标记说明：

1、壳体；2、绝缘件；21、第一嵌件；22、第二嵌件；3、中央电极。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种支柱绝缘子适用于GIS/GIL以及其他各种气体绝缘设备中，尤其适用于长期工作于高压直流环境下的GIS/GIL，或者工作于交流环境中但开关断开后，GIS/GIL内的母线上有一定幅值的直流电势存在的情况。

实施例1

参见图1，本申请实施例提供的一种支柱绝缘子的结构示意图。所述绝缘子包括壳体1、绝缘件2和中央电极3。所述壳体1套设于所述中央电极3的外部，所述壳体1与所述中央电极3同轴，并且长度相等；所述绝缘件2为柱状结构，所述绝缘件2的一端与所述壳体1连接，所述绝缘件2的另一端与所述中央电极3连接；所述绝缘件2的轮廓线为平滑的曲线，所述曲线向远离所述绝缘件2轴线的方向凸起。

通常情况下，当支柱绝缘子带有直流电之后，中央电极3为高电位的一端，而壳体1为低电位的一端，高电位和低电位之间会存在电场，并且电场线通常是由高电位指向低电位。对于本申请提供的支柱绝缘子的结构，由于高电位的中央电极3位于低电位的壳体1内部，所以，在本申请提供的支柱绝缘子中，电场线是由壳体1内部轴线处指向壳体1的内壁。

当中央电极3和壳体1之间设置有绝缘件2之后，绝缘件2会使中央电极3和壳体1之间的电场产生畸变，导致电场线向远离所述绝缘件2轴线的方向凸起。

而在本申请中，由于所述绝缘件2的轮廓线为向远离所述绝缘件2轴线的方向凸起的平滑的曲线，与绝缘件2表面电场线的形状较为接近。一方面，能够增加电场线沿绝缘件2表面的切向分量，能够使绝缘件2外表面的电荷在切向分量的作用下不断地向绝缘件2的两端运动，促进电荷的消散。另一方面，能够减少电场线沿绝缘件2表面的法向分量，减少绝缘件2外表面电荷积聚。从而提高绝缘子的闪络电压，提升绝缘的稳定性与可靠性。

另外，绝缘件2外表面的曲线设计增大了中央电极3和壳体1之间的爬电距离，有助于增大支柱绝缘子的击穿电压。

可选的，本实施例提供一种绝缘件2，所述绝缘件2的轮廓线为平滑的曲线，所述曲线向远离所述绝缘件2轴线的方向凸起，且所述曲线与所述绝缘件2外表面的电场线形状相适配。

需要说明的是，本实施例中所说的所述曲线与所述绝缘件2外表面的电场线形状相适配，包括所述曲线与所述绝缘件2外表面的电场线形状相近或者相同。

在一种可能的方式中，对于图1所示的绝缘件2，当所述中央电极3通有直流电流之后，通过电势测量装置检测不同电势下所述绝缘件2周围的电势相等的点，简称等势点。根据检测到的不同电势的等势点，确定该绝缘件2周围的电场线。根据该电场线更新该绝缘件2的外形曲线，形成第一更新绝缘件2。

为了使最终绝缘件2的外形更加接近于该绝缘件2外表面的电场线形状，可再次以第一更新绝缘件2为基础，根据第一更新绝缘件2周围的电场线形状，采用上述方法修正第一更新绝缘件2的外形，获得第二更新绝缘件2。多次对绝缘件2的外形进行修正，使绝缘件2与其外表面的电场线形状相适配。

根据电场基本理论可知，当绝缘件2与其外表面的电场线形状相适配时，能够使绝缘件2外表面的电荷在切向分量的作用下不断地向绝缘件2的两端运动，促进电荷的消散。同时当绝缘件2与其外表面的电场线形状相适配时，电场线便几乎不会穿过绝缘件2外表面，也不会在绝缘件2的外表面产生法向分量，也显著减少了绝缘件2外表面电荷堆积。从而提高绝缘子的闪络电压，提升绝缘的稳定性与可靠性。

参见图3，本申请实施例提供的一种绝缘件2的结构示意图。可选的，所述绝缘件2为鼓型结构。所述鼓型结构的上底面和所述鼓型结构的下底面形状相同，均匀圆形，且所述圆形的大小相等。所述鼓型结构的轮廓线为规则的圆弧。

需要说明的是，在本实施例中，所述鼓型结构的轮廓线的弧度可以为预设的，也可以根据电场线的分布确定，以便与所述电场线适配。

参见图4，本申请实施例提供的另一种绝缘件2的结构示意图。可选的，所述绝缘件2为钟形结构。所述钟形结构的上底面和下底面均为圆形，但是，所述下底面的直径大于所述下底面的直径。所述上底面与所述中央电极3连接，所述下底面与所述壳体1的内壁连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述钟型结构的轮廓线的弧度可以为预设的，也可以根据电场线的分布确定，以便与所述电场线适配。

可选的，本实施例提供的绝缘件2的数量为多个，并且所述绝缘件2环绕设置于所述中央电极3四周。例如，所述绝缘件2的数量为三个，并且所述绝缘件2环绕设置于所述中央电极3四周。三个绝缘件2环绕设置于中央电机四周并与壳体1连接，能够稳定支撑壳体1内部的中央电极3，并不会使得该绝缘子的结构过于复杂。

但是，需要说明的是，本申请的并不局限于设置三个绝缘件2，所述绝缘子的数量也可以为一个、两个、四个、五个、六个等。

可选的，所述中央电极3的横截面为多边形，所述多边形的边数与所述绝缘件2的数量相对应；所述绝缘件2设置于所述多边形的边上，所述多边形的每个角均为圆弧状。例如，对应于上述三个绝缘件2，所述中央电极3的横截面为三角形，所述三角形的每个顶角均为圆弧状。

可选的，所述中央电极3的横截面为圆形或者椭圆形。

可选的，所述绝缘件2的材料为环氧树脂基氧化铝，所述环氧树脂基氧化铝包括如下重量份的组分：环氧树脂90～110份、氧化铝300～350份、固化剂35～40份。

例如，环氧树脂100份、氧化铝330份、固化剂38份。

或者，环氧树脂90份、氧化铝300份、固化剂35份。

或者，环氧树脂110份、氧化铝350份、固化剂40份等。

可选的，所述绝缘件2的材料为环氧树脂基氧化硅，所述环氧树脂基氧化硅包括如下重量份的组分：环氧树脂90～110份、氧化硅300～350份、固化剂35～40份。

例如，环氧树脂100份、氧化硅330份、固化剂38份。

或者，环氧树脂90份、氧化硅300份、固化剂35份。

或者，环氧树脂110份、氧化硅350份、固化剂40份等。

可选的，所述壳体1为圆柱状。圆柱状的壳体1有利于电荷消散、避免电荷堆积。当然，本申请的保护范围并不局限于圆柱状，也可以是任何外表面没有棱角的柱体，例如，椭圆柱状等。

可选的，所述绝缘件2的两端分别设有第一嵌件21和第二嵌件22，所述第一嵌件21用于连接所述绝缘件2与所述中央电极3，所述第二嵌件22用于连接所述绝缘件2与所述壳体1。

可选的，所述中央电极3、所述壳体1、所述第一嵌件21和所述第二嵌件22的材料均为铝合金。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。因此，采用铝合金制备的中央电极3、所述壳体1、所述第一嵌件21和所述第二嵌件22，一方面能够减轻绝缘子自身的质量，另一方面，铝合金的表面易形成氧化层，使得绝缘子抗腐蚀性能较好。

实施例2

为了验证本申请提供的支柱绝缘子的绝缘件的表面电荷消散情况，本实施例对带有圆柱状绝缘件的绝缘子和带有鼓型绝缘件的绝缘子分别在相同的环境下进行检测，建立以检测点距离中央电极3的距离为横坐标，以检测点处电场的法向分量或检测点处电场的切向分量为纵坐标的统计图，具体参见图4。

在图4中，O1为圆柱绝缘件的表面法向电场强度分布曲线；O2为圆柱绝缘件的表面切向电场强度分布曲线。A1为鼓型绝缘件的表面法向电场强度分布曲线；A2为圆柱绝缘件的表面切向电场强度分布曲线。

从图4中可以看出，鼓型绝缘件的表面切向电场强度明显大于圆柱绝缘件的表面切向电场强度，并且，鼓型绝缘件的表面法向电场强度明显小于圆柱绝缘件的表面法向电场强度。进一步说明了，本申请提供的支柱绝缘子能够增加电场线沿绝缘件表面的切向分量，并减少电场线沿绝缘件表面的法向分量，促进电荷的消散，减少电荷积聚，从而提高绝缘子的闪络电压，提升绝缘的稳定性与可靠性

需要说明的是，本申请中使用的字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种支柱绝缘子，其特征在于，包括：壳体(1)、绝缘件(2)和中央电极(3)；

所述壳体(1)套设于所述中央电极(3)的外部；所述绝缘件(2)为柱状结构，所述绝缘件(2)的一端与所述壳体(1)连接，所述绝缘件(2)的另一端与所述中央电极(3)连接；所述绝缘件(2)的轮廓线为平滑的曲线，所述曲线向远离所述绝缘件(2)轴线的方向凸起。

2.根据权利要求1所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述曲线与所述绝缘件(2)外表面的电场线形状相适配。

3.根据权利要求1所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘件(2)为鼓型结构。

4.根据权利要求1所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘件(2)为钟型结构。

5.根据权利要求1-4任一项所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘件(2)的数量为多个，并且所述绝缘件(2)环绕设置于所述中央电极(3)四周。

6.根据权利要求5所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述中央电极(3)的横截面为多边形，所述多边形的边数与所述绝缘件(2)的数量相对应；所述绝缘件(2)设置于所述多边形的边上，所述多边形的每个角均为圆弧状。

7.根据权利要求1-4任一项所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘件(2)的材料为环氧树脂基氧化铝，所述环氧树脂基氧化铝包括如下重量份的组分：环氧树脂100份、氧化铝330份、固化剂38份。

8.根据权利要求1所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述壳体(1)为圆柱状。

9.根据权利要求1所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘件(2)的两端分别设有第一嵌件(21)和第二嵌件(22)，所述第一嵌件(21)用于连接所述绝缘件(2)与所述中央电极(3)，所述第二嵌件(22)用于连接所述绝缘件(2)与所述壳体(1)。

10.根据权利要求9所述的支柱绝缘子，其特征在于，所述中央电极(3)、所述壳体(1)、所述第一嵌件(21)和所述第二嵌件(22)的材料均为铝合金。