CN110153847B - 用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备；该方法包括：将预设粒径的磨料粘附于打磨砂轮表面，利用该打磨砂轮打磨绝缘子，从而令绝缘子的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内且令其表面纹理的延伸方向与电极方向垂直；该绝缘子表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，且该绝缘子的表面纹理的延伸方向与电极方向垂直；上述绝缘子的打磨设备包括打磨砂轮，且打磨砂轮的表面通过硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附有预设粒径的磨料；本发明仅对绝缘子表面进行处理即可使得绝缘子的沿面闪络电压得到明显提升，从而达到有效提高绝缘子绝缘性能的技术目的，因此，本发明具有简单、高效、便于进行大规模的工业化生产应用等突出优点。

Description

用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备

技术领域

本发明涉及绝缘子技术领域，更为具体来说，本发明为一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备。

背景技术

能源分布具有不均匀的特点，随着能源需求的增加，诸如GIS(气体绝缘组合电器设备，Gas Insulated Switchgear)等高电压以及大容量的电气设备的应用发展成为不可逆转的趋势，而电气设备绝缘介质的沿面闪络是限制其发展的关键问题。因此，研究环氧树脂的气固界面电荷特性与绝缘性能对提高绝缘材料的物理化学及电气性能，提高输电设备和输电网络的可靠性，具有重要的意义。

绝缘子往往用于电气绝缘、隔离气室及支撑导体等，但同时也会使得GIS内的电场分布发生畸变，尤其是在三结合点处，比如，作为GIS或GIL(气体绝缘金属封闭输电线路，gas-insulated transmission lines)关键部件的盆式绝缘子，作为GIS或GIL中最为薄弱的环节，盆式绝缘子的故障在各类故障中占据很大的比例，尤其是沿面闪络的问题，即，现有绝缘子的沿面闪络电压较低。目前，提高绝缘子绝缘性能的方法主要有增加涂层、使用介电功能梯度材料、整体结构重新设计等方案，以提高绝缘子的沿面闪络电压，但是，现有技术却明显存在成本较高或者对使用环境要求高等问题，特别对于已经生产甚至已经使用的绝缘子，如果彻底摒弃不用或者对其改动过大，其必然存在成本过高、工作量过大等问题；所以现有技术在实际工程应用中受到较大限制，往往难以符合实际需要。

因此，在对已经生产或者已经使用的绝缘子改动较小的前提下，提供一种符合实际工程应用需要且实施成本较低的绝缘子，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为解决现有绝缘子绝缘性能优化方案存在的难以在实际工程应用中应用或实施成本过高等问题，本发明创新提供了一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备，通过对绝缘子的表面特征进行的特殊处理，能够显著提供绝缘子的绝缘性能，本发明处理方式简单易行，而且不受现有绝缘子自身的材料、尺寸或形状限制，能够实现工业化的大规模应用，从而彻底解决了现有技术存在的诸多问题。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法，该方法包括如下步骤；

步骤1，将预设粒径的磨料粘附于打磨砂轮表面；

步骤2，利用粘附有所述磨料的打磨砂轮对待处理的绝缘子进行打磨处理，从而令绝缘子的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，并令通过打磨绝缘子方式形成的表面纹理的延伸方向与电极方向垂直。

基于上述的技术方案，本发明能够通过绝缘子的表面特征处理的方式显著提高沿面闪络电压及提高绝缘子绝缘性能，上述处理方式简单易行，可以在现有的绝缘子上直接进行简单、快捷地处理，所以本发明不仅能够明显解决现有绝缘子存在的沿面闪络电压低等问题，且具有对绝缘子改动较小、实施成本较低及符合工程应用需要等优点，从而彻底解决现有技术存在的诸多问题。

进一步地，所述绝缘子为盆式绝缘子；

步骤2中，在对所述盆式绝缘子进行打磨处理时，沿盆式绝缘子的外侧面进行周向打磨。

基于上述改进的技术方案，将本发明应用于现有的盆式绝缘子，经过大量的实验表明，本发明对盆式绝缘子更为适用，即能够使盆式绝缘子的沿面闪络电压极大地提升，本发明能够极大提高盆式绝缘子的绝缘性能。

进一步地，步骤1包括如下步骤；

步骤10，通过分样筛筛选磨料的方式得到预设粒径的磨料，所述磨料为石英砂砾磨料；

步骤11，在打磨砂轮的表面依次均匀涂覆硅烷偶联剂N–β–氨乙基–γ–氨丙基三甲氧基硅烷和树脂粘结剂；

步骤12，在树脂粘结剂涂覆过程结束后，向打磨砂轮的表面均匀喷洒一层所述预设粒径的磨料，然后将涂覆的硅烷偶联剂和树脂粘结剂晾干。

基于上述改进的技术方案，本发明能够提供符合实际打磨需要的打磨砂轮，从而实现控制对绝缘子的打磨精度，进而使本发明能够最大程度地优化绝缘子的绝缘性能，提高了本发明的可靠性和适用性。

进一步地，步骤1还包括如下步骤；

步骤100，配置75％乙醇溶液或者0.5％苯扎溴铵溶液作为清洁剂；

步骤101，令分样筛在装有所述清洁剂的容器中浸泡十分钟后，使用毛刷对浸泡后的分样筛进行清洗，再令分样筛自然干燥，然后利用去离子水清洁分样筛上残留的清洁剂，从而得到用于筛选磨料的分样筛。

基于上述改进的技术方案，本发明能保证用于筛出预设粒径的磨料的分样筛的清洁，避免杂质混入磨料中，进而避免混入杂质的磨料对绝缘子表面纹理特征的影响且避免了污染，从而保证了本发明的稳定性和可靠性。

进一步地，所述预设粒径为80目，所述预设粗糙度范围为1.1μm～1.5μm。

进一步地，绝缘子的表面粗糙度为1.3μm。

进一步地，所述绝缘子为环氧树脂绝缘子。

为实现上述技术目的，本发明还公开了一种绝缘子，该绝缘子的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，且该绝缘子的表面纹理的延伸方向与电极方向垂直。

基于上述的技术方案，本发明提供了一种具有表面粗糙度改性、表面纹理的延伸方向与电极方向垂直的绝缘子，该绝缘子具有闪络电压较高、绝缘性能较好等优点，可通过加工现有的绝缘子得到，便于大规模应用。

进一步地，所述绝缘子为盆式绝缘子，所述盆式绝缘子具有外侧面、外顶面、内侧面以及内顶面，盆式绝缘子的表面纹理沿周向均匀分布于盆式绝缘子的外侧面。

基于上述的技术目的，与现有盆式绝缘子相比，本发明能够提供一种沿面闪络电压相对非常高的盆式绝缘子，即本发明能够提供一种绝缘性能相对非常好的盆式绝缘子。

为实现上述技术目的，本发明还公开了一种上述绝缘子的打磨设备，该打磨设备包括打磨砂轮，所述打磨砂轮的表面通过硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附有预设粒径的磨料。

基于上述改进的技术方案，本发明能够提供符合实际打磨需要的打磨砂轮，从而控制对绝缘子的打磨精度，进而使本发明能够最大程度地优化绝缘子的绝缘性能，使本发明具有优异的可靠性和适用性。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明克服了必须对绝缘子整体结构进行彻底改变才能提高其绝缘性能的弊端，仅对绝缘子表面进行处理即可使得绝缘子的沿面闪络电压得到明显提升，以明显降低沿面闪络发生的可能性，从而达到有效提高绝缘子绝缘性能的技术目的，因此，本发明具有所需设备简单、效率高、经济性较强、操作较容易以及便于进行大规模的工业化生产应用等突出优点。

附图说明

图1为用于提高绝缘子绝缘性能的方法的流程示意图。

图2为使用打磨砂轮对盆式绝缘子进行打磨处理的工作状态图。

图3为被打磨后的盆式绝缘子的剖面结构示意图。

图4为验证实验过程中盆式绝缘子与电极之间的位置关系示意图。

图5为通过本发明处理前后的正极性直流闪络电压对比示意图。

图6为通过本发明处理前后的负极性直流闪络电压对比示意图。

图7为通过本发明处理前后的交流闪络电压对比示意图。

图中，

1、绝缘子；2、打磨仪器；3、打磨砂轮；4、固定台；10、外侧面；11、外顶面；12、内侧面；13、内顶面；14、第一低压端；15、第二低压端；16、高压端；17、金属微粒；100、纹理。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明提供的一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法、绝缘子及其打磨设备进行详细的解释和说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例公开了一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法，具体可为一种用于提高环氧树脂盆式绝缘子绝缘性能的方法，具体来说，该方法包括如下步骤。

步骤S0，首先将打磨用的石英砂砾磨料用分样筛筛选出来，即通过分样筛从普通磨料中筛出用于本发明使用的石英砂砾，然后将该石英砂砾用硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附在打磨砂轮3表面，本实施例能够将预设粒径的磨料粘附于打磨砂轮3用于进行打磨的表面，其中，本实施例中的预设粒径为80目，而且筛出的石英砂砾为350g；本实施例具体通过如下方式实现，即步骤S0可包括如下步骤S1～S5。

步骤S1，分别配置75％乙醇溶液或者0.5％苯扎溴铵溶液作为清洁剂，可使用上述两种清洁剂中的任意一种清洁剂对分样筛进行清洗。

步骤S2，令分样筛在装有清洁剂的容器中浸泡十分钟后，使用毛刷对浸泡后的分样筛进行清洗，再令分样筛自然干燥(即取出控干)，然后利用去离子水清洁分样筛上残留的清洁剂，从而得到用于筛选磨料的分样筛。

步骤S3，通过分样筛筛选磨料的方式得到预设粒径的磨料，本实施例中，待筛选的磨料为40～80目的石英砂砾，即采用的磨料为石英砂砾磨料，从而实现用分样筛筛出80目的石英砂砾(350g)。

步骤S4，使用无氟水配置浓度为1％的硅烷偶联剂溶液，本实施例的硅烷偶联剂具体为N–β–氨乙基–γ–氨丙基三甲氧基硅烷，在打磨砂轮3的表面依次均匀涂覆硅烷偶联剂N–β–氨乙基–γ–氨丙基三甲氧基硅烷以及树脂粘结剂，本实施例使用的打磨砂轮3直径为125mm且表面粗糙度为0.2μm且厚度为16mm；本实施例中，具体将打磨用的砂轮用硅烷偶联剂N–β–氨乙基–γ–氨丙基三甲氧基硅烷进行处理，涂覆的硅烷偶联剂的厚度约为0.5mm，然后继续在已经涂覆硅烷偶联剂的打磨砂轮3表面均匀喷涂一层树脂粘结剂，本实施例中的树脂粘结剂为环氧树脂且涂抹厚度为0.5mm。

步骤S5，在树脂粘结剂涂覆过程结束后，本发明还向打磨砂轮3的表面均匀喷洒一层预设粒径(即选定目数)的磨料，以使石英砂砾粘贴在打磨砂轮3表面，然后将涂覆的硅烷偶联剂和树脂粘结剂晾干，即将经过上述处理过程的打磨砂轮3晾干，本实施例中，晒干所使用的时间为24小时。

步骤S6，如图2所示，本实施例将打磨砂轮3安装在打磨仪器2(即打磨设备)上、将等待打磨用的绝缘子1安装在固定仪器(即固定设备)上，以对绝缘子1进行打磨，本实施例中的固定仪器为固定台4，并利用粘附有磨料的打磨砂轮3对待处理的绝缘子1进行打磨处理，以在绝缘子1的表面形成需要的纹理100，并且使得绝缘子1的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，同时令通过打磨绝缘子1方式形成的表面纹理100的延伸方向与电极方向垂直，如图4所示；本发明涉及的“与电极方向垂直”应理解为“与电场方向垂直”。

本实施例中，对待处理的绝缘子1进行打磨时打磨的厚度为1mm，预设粗糙度范围为1.1μm～1.5μm，如图3所示，上述的绝缘子1可为盆式绝缘子，盆式绝缘子的表面粗糙度为1.3μm，即盆式绝缘子的外侧面10的周向纹理100粗糙度为1.3μm，通过上述方式可以得到粗糙度为1.3μm的环氧树脂绝缘子1。本实施例的步骤2中，使环氧树脂盆式绝缘子1顶部距离固定台3cm，以便打磨砂轮3能够对绝缘子1侧面进行完全打磨，在对盆式绝缘子1进行打磨处理时，固定台4也在自转，打磨2min后，将打磨砂轮3的位置下移1cm，根据打磨部位的不同，调整打磨机的角度，使砂轮的轴向和砂轮与盆式绝缘子1接触面的切向始终保持平行，以适配于环氧树脂绝缘子1倾斜的侧面，继续打磨，且固定台4转速和打磨深度保持不变，重复上述的步骤，直至盆式绝缘子1的整个侧面被打磨完成，最终即得到粗糙度为1.3μm、纹理为周向的环氧树脂绝缘子1，在完成对盆式绝缘子1的外侧面10的周向打磨之后，可以用干净的毛刷清理打磨完毕的环氧树脂绝缘子1表面，用防静电无尘布蘸取无水乙醇擦拭绝缘子1，防止打磨造成的环氧树脂粉末残留在环氧树脂绝缘子1表面。

应当理解，本实施例涉及的盆式绝缘子1的外侧面10的纹理100的延伸方向与电极方向垂直，该纹理100的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内。另外，本发明涉及的绝缘子1为环氧树脂绝缘子，环氧树脂作为一种具有优良物理性能、力学性能、介电性能以及良好的可加工工艺性的绝缘材料，自二十世纪四十年代末就被广泛应用于电工绝缘领域，尤其在电气设备中起绝缘、支撑等作用的部件均采用环氧树脂加工而成；所以本发明具有极其广阔的应用场景。

综上，本实施例创新地提供了一种新的用于提高环氧树脂绝缘子绝缘性能的方法，采用沿绝缘子1表面周向打磨的方式，得到表面粗糙度改性、纹理100均匀且与电极垂直的绝缘子，提高绝缘子表面的闪络电压，降低环氧树脂绝缘子的表面发生沿面闪络的机率。本发明提供的技术方案具有所需设备简单、经济性强、操作容易、效率高及便于大规模的工业化生产应用等优点。

为证明本发明提供的技术方案确实能够显著提高沿面闪络电压、提高绝缘子绝缘性能，本发明还进行了如下的实验验证过程。

将使用本发明的方案表面处理的盆式环氧树脂绝缘子放入腔体，并在297.15K温度条件下，向腔体内充入压力0.2MPa、20％C₄F₇N与80％CO₂的混合气体，并且在如图4中的盆式绝缘子中间部位接入高压导电杆成为高压端16，同时使第一低压端14和第二低压端15接地成为低压端；在盆式绝缘子1的外侧面粘附一个条状的金属微粒17，使金属微粒17一端紧贴高压端16，另一端与第二低压端15保持1cm距离，线性金属微粒17延伸的方向与绝缘子1表面打磨后形成的纹理100的方向垂直。沿面闪络电压分别选用正极性直流电压、负极性直流电压和交流电压，升压速度为2kV/s，每种绝缘子1进行10次实验求取闪络电压的平均值。

实验时同时将未经过表面处理的环氧树脂绝缘子放在相同的环境下测量沿面闪络电压，与经过表面处理的环氧树脂绝缘子1形成对照组，以方便对比两者的闪络电压，从而能够直接观察出经过表面处理的环氧树脂绝缘子1闪络电压的变化，以验证本发明是否能够显著地提高绝缘子绝缘性能。

测得采用本发明方法处理后的环氧树脂的闪络电压如图5～7所示，从附图中可以看出，通过本发明提供的方法处理环氧树脂绝缘子后，正极性直流电压、负极性直流电压以及交流电压下的环氧树脂绝缘子的表面闪络电压都有明显的变化；如图5所示，经过表面处理的环氧树脂绝缘子1的正极性直流闪络电压比未经过表面处理的环氧树脂绝缘子的正极性直流闪络电压升高了47.2％；如图6所示，经过表面处理的环氧树脂绝缘子1的负极性直流闪络电压比未经过表面处理的环氧树脂绝缘子1的负极性直流闪络电压升高了55.7％；如图7所示，经过表面处理的环氧树脂绝缘子1的交流闪络电压为比未经过表面处理的环氧树脂绝缘子的交流闪络电压升高了8.2％；因此，上述实验证明：本发明能够显著地提升绝缘子1沿面闪络电压，从而达到明显提高绝缘子绝缘性能的目的。

实施例二：

与实施例一基于相同的发明构思，如图2、3、4所示，本实施例具体公开了一种绝缘子1，该绝缘子1的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，且该绝缘子1的表面纹理100的延伸方向与电极方向垂直。本实施例中，绝缘子1为盆式绝缘子，盆式绝缘子具有外侧面10、外顶面11、内侧面12以及内顶面13，本发明仅对盆式绝缘子的外侧面10进行了处理，使得盆式绝缘子的表面纹理100沿周向均匀分布于盆式绝缘子1的外侧面10。

实施例三：

本实施例与实施例二基于相同的发明构思，具体公开了一种实施例二中的绝缘子的打磨设备，该设备用于在实施例一工作过程中将现有结构的绝缘子打磨成与本发明具有相同结构的绝缘子1；具体说明如下。

该打磨设备包括打磨砂轮3和驱动装置等，且打磨砂轮3的表面通过硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附有预设粒径的磨料，本发明的打磨设备(即打磨机)在工作时的转速为10000r/min，固定绝缘子1的固定台4(即底座)转速为90r/min，打磨深度为1mm，在打磨过程中打磨盆式绝缘子1的侧面。本实施例可在现有打磨机的基础上进行改进，即在打磨砂轮3的表面通过硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附预设粒径的磨料，从而得到本发明的打磨设备。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤；

步骤1，将预设粒径的磨料粘附于打磨砂轮表面；

步骤1包括如下步骤；

步骤10，通过分样筛筛选磨料的方式得到预设粒径的磨料，所述磨料为石英砂砾磨料；

步骤11，在打磨砂轮的表面依次均匀涂覆硅烷偶联剂N–β–氨乙基–γ–氨丙基三甲氧基硅烷和树脂粘结剂；

步骤12，在树脂粘结剂涂覆过程结束后，向打磨砂轮的表面均匀喷洒一层所述预设粒径的磨料，然后将涂覆的硅烷偶联剂和树脂粘结剂晾干；

步骤2，利用粘附有所述磨料的打磨砂轮对待处理的绝缘子进行打磨处理，从而令绝缘子的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，所述预设粗糙度范围为1.1μm～1.5μm，并令通过打磨绝缘子方式形成的表面纹理的延伸方向与电极方向垂直。

2.根据权利要求1所述的用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：所述绝缘子为盆式绝缘子；

步骤2中，在对所述盆式绝缘子进行打磨处理时，沿盆式绝缘子的外侧面进行周向打磨。

3.根据权利要求1所述的用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：步骤1还包括如下步骤；

步骤100，配置75％乙醇溶液或者0.5％苯扎溴铵溶液作为清洁剂；

步骤101，令分样筛在装有所述清洁剂的容器中浸泡十分钟后，使用毛刷对浸泡后的分样筛进行清洗，再令分样筛自然干燥，然后利用去离子水清洁分样筛上残留的清洁剂，从而得到用于筛选磨料的分样筛。

4.根据权利要求3所述的用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：所述预设粒径为80目。

5.根据权利要求1或4所述的用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：绝缘子的表面粗糙度为1.3μm。

6.根据权利要求5所述的用于提高绝缘子绝缘性能的方法，其特征在于：所述绝缘子为环氧树脂绝缘子。

7.一种绝缘子，其特征在于：该绝缘子的表面粗糙度处于预设粗糙度范围内，且该绝缘子的表面纹理的延伸方向与电极方向垂直。

8.根据权利要求7所述的绝缘子，其特征在于：所述绝缘子为盆式绝缘子，所述盆式绝缘子具有外侧面、外顶面、内侧面以及内顶面，盆式绝缘子的表面纹理沿周向均匀分布于盆式绝缘子的外侧面。

9.一种权利要求7或8所述的绝缘子的打磨设备，其特征在于：该打磨设备包括打磨砂轮，所述打磨砂轮的表面通过硅烷偶联剂和树脂粘结剂粘附有预设粒径的磨料。

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