CN111370188A - 一种用于三相共箱式紧凑型gis/gil的三相三支柱绝缘子 - Google Patents
一种用于三相共箱式紧凑型gis/gil的三相三支柱绝缘子 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,包括绝缘子腹部和设置在绝缘子腹部上的导体包覆区和支腿,导体包覆区和支腿在绝缘子腹部的周向相间分布,支腿内设有金属嵌件,导体包覆区沿轴向的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,导体包覆区与绝缘子腹部之间通过第一倒角平缓过渡,支腿的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,支腿与绝缘子腹部之间通过第二倒角平缓过渡,绝缘子腹部上位于支腿与导体包覆区之间的部分通过第一弧线段平缓过度,第一弧线段为内凹的弧线段。本发明的三相三支柱绝缘子表面合成场强、切向场强及金属嵌件表面场强能够大幅度降低,满足工程中的控制值要求,从而提高该绝缘子在长期运行下的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备设计生产制造技术领域,特别涉及一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子。
背景技术
为了实现GIS/GIL小型化设计,同时提升GIS/GIL电能传输的自然功率,节约生产制造成本,GIS/GIL的设计将发展为三相共箱式。而当系统负荷与环境温度发生变化时,由于温度场的改变将使导体与壳体发生相对位移,为补偿这种现象,三相共箱式紧凑型GIS/GIL需要一种适用于该结构特点的绝缘支撑部件。GIS/GIL存在电、热、力和表面缺陷、悬浮微粒、SF6分解产物、温度变化等多种复杂因素,绝缘结构典型,材料特性复杂,可能引发放电的因素众多,三相共箱时,这些问题也更显著突出,这都将成为诱发不明放电事故的原因。因此急需一种适用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的柱绝缘子。
发明内容
本发明专利的目的是为了提出一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,以解决三相共箱式紧凑型GIS/GIS在长距离输电时存在的绝缘问题。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案实现:
一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,包括绝缘子腹部和设置在绝缘子腹部上的导体包覆区和支腿,导体包覆区和支腿在绝缘子腹部的周向相间分布,支腿内设有金属嵌件,导体包覆区沿轴向的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,导体包覆区与绝缘子腹部之间通过第一倒角平缓过渡,支腿的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,支腿与绝缘子腹部之间通过第二倒角平缓过渡,绝缘子腹部上位于支腿与导体包覆区之间的部分通过第一弧线段平缓过度,第一弧线段为内凹的弧线段。
所述导体包覆区设置三处,三处导体包覆区位于绝缘子腹部的边缘,距绝缘子中心的距离应大于100mm,导体包覆区凸出于绝缘子腹部部分的侧壁为圆弧面,三处导体包覆区分别处于同一等腰三角形的顶点,等腰三角形顶角的范围在40°~80°之间。
支腿设置三处,三处支腿位于绝缘子腹部的边缘,支腿呈圆柱状、圆台状、棱柱状和棱台状,支腿的中心轴线与绝缘子腹部的中心轴线垂直,三处支腿分别处于同一等腰三角形的顶点,支腿底部与绝缘子中心的距离大于150mm,三处支腿的中心轴线垂直夹角分别为第一夹角、第二夹角和第三夹角,第一夹角与第二夹角相等,第一夹角与第二夹角的大小在110°~130°。
第一倒角和第二倒角为圆弧倒角,第一弧线段为圆弧线段,第一倒角的半径大于等于15mm,第二倒角的半径大于等于20mm。
导体包覆区处设有中心导体衬管,中心导体衬管穿过导体包覆区,中心导体衬管与导体包覆区之间经界面涂层相连。
金属嵌件一端与支腿相连,所述金属嵌件另一端设有安装孔,金属嵌件通过安装孔与滑动触头相连或与安装处焊接固定。
所述金属嵌件与支腿相连的一端与支腿经界面涂层相连,金属嵌件该端包括平面段与弧面段,平面段与弧面段光滑连接,弧面段相切曲线的曲率半径不小于10mm。
所述金属嵌件与其相连的支腿同轴,轴线与绝缘子腹部的中心轴线垂直。
绝缘子腹部的中心开设有用于内应力释放的中心通孔,中心通孔为圆孔,边缘设置为圆弧形倒角。
第一弧线段为圆弧形,第一弧线段的边缘设置为圆弧形倒角。
本发明具有如下有益效果:
本发明的用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子中,导体包覆区沿轴向的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,选用较大的导体包覆区沿轴向宽度,有利于平缓导体包覆区外轮廓,改善导体与金属嵌件之间的电容分布,均匀绝缘子表面合成场强,使其满足绝缘子设计的控制指标要求。支腿的宽度大于绝缘子腹部沿轴向的厚度,支腿与导体包覆区之间第一弧线段采用内凹的弧线段设计,能够有效降低金属嵌件表面电场强度最大值,使金属嵌件处金属-环氧界面场强的控制指标满足要求。本发明能够在一个绝缘子上集成三相导体,实现三相共箱,在满足设计控制指标要求的情况下,解决设备小型化、紧凑化设计的绝缘技术问题,。
进一步地,保证支腿底部与绝缘子中心的距离大于150mm,第一夹角与第二夹角相等且大小在110°~130°之间,控制了高、地压电极之间的极间距,改善了穿过绝缘子表面的电力线分布,极大程度降低了绝缘子表面切向场强值,将绝缘子表面切向场强最大值限制在控制值以下,降低运行中绝缘子沿面放电的风险。
进一步的,绝缘子腹部的中心开设有用于内应力释放的中心通孔,中心通孔既能够释缓绝缘子在浇注固化过程中产生的内应力,保证结构的稳定,同时还能够起到对绝缘子减重的目的。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术路线与方案,下面对实施例中所需使用的附图作简要介绍,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的前提下,可以根据一下附图说明获得其他附图。
图1为本发明实施中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子轴侧示意图;
图2为本发明实施中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子径向截面图。
图3为本发明实施中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子轴向截面图。
图4(a)为本发明实施中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子的关键参数示意图;
图4(b)为图4(a)中的A部放大示意图。
图5为本发明实施例中运行工况下金属嵌件表面电场分布图。
图6为本发明实施例中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子雷电冲击下合成场强分布图。
图7为本发明实施例中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子雷电冲击下切向场强分布图。
图8为本发明实施中用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子的横截面示意图。
图中:1-导体包覆区,2-缘子腹部,2-1-中心通孔,3-支腿,4-金属嵌件,5-第一倒角,6-中心导体衬管,7-第二倒角,8-第一顶点,9-第二顶点,10-第一弧线段,11-安装孔,12-平面段,13-弧面段。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例所需要使用的附图进行简单介绍,并详细说明本发明的技术路线与方案,显而易见地,对于本领域普通技术人员,可以在不付出创造性劳动的前提下,根据附图获得其他的附图。
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
参照图1~图4(a)、图4(b),本发明的用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,包括绝缘子腹部2和设置在绝缘子腹部2上的导体包覆区1和支腿3,导体包覆区1和支腿3在绝缘子腹部2的周向相间分布,支腿3内设有金属嵌件4,导体包覆区1沿轴向的宽度大于绝缘子腹部2沿轴向的厚度,导体包覆区1与绝缘子腹部2之间通过第一倒角5平缓过渡,支腿3的宽度大于绝缘子腹部2沿轴向的厚度,支腿3与绝缘子腹部2之间通过第二倒角7平缓过渡,绝缘子腹部2上位于支腿3与导体包覆区1之间的部分通过第一弧线段10平缓过度,第一弧线段10为内凹的弧线段。
作为本发明优选的实施方案,所述导体包覆区1设置三处,三处导体包覆区1位于绝缘子腹部2的边缘,距绝缘子中心的距离大于100mm,导体包覆区1凸出于绝缘子腹部2部分的侧壁为圆弧面,三处导体包覆区1分别处于同一等腰三角形的顶点,该等腰三角形顶角的范围在40°~80°。
作为本发明优选的实施方案,支腿3设置三处,三处支腿3位于绝缘子腹部2的边缘,支腿3呈圆柱状、圆台状、棱柱状或棱台状,支腿3的中心轴线与绝缘子腹部2的中心轴线垂直,三处支腿3分别处于同一等腰三角形的顶点。参照图8,上支腿(即图8中位于顶部的支腿)轴线与侧支腿(即图8中位于底部的两个支腿)轴线的夹角(即第一夹角14与第二夹角15)于110°~130°之间,支腿底部距绝缘子中心的距离大于150mm。作为本发明优选的实施方案,第一倒角5和第二倒角7为圆弧倒角,第一弧线段10为圆弧线段,第一倒角5的半径大于15mm,第二倒角5的半径大于等于20mm。
作为本发明优选的实施方案,导体包覆区1处设有中心导体衬管6,中心导体衬管6穿过导体包覆区1,中心导体衬管6与导体包覆区1之间经界面涂层相连。
作为本发明优选的实施方案,金属嵌件4一端与支腿3相连,所述金属嵌件4另一端设有安装孔11,金属嵌件4通过安装孔11与滑动触头相连或与安装处焊接固定。
作为本发明优选的实施方案,金属嵌件4与支腿3相连的一端与支腿3经界面涂层相连,金属嵌件4该端包括平面段12与弧面段13,平面段12与弧面段13光滑连接,弧面段13相切曲线的曲率半径不小于10mm。
作为本发明优选的实施方案,金属嵌件4与其对应相连的支腿3同轴,轴线与绝缘子腹部2的中心轴线垂直。
作为本发明优选的实施方案,绝缘子腹部2的中心开设有用于内应力释放的中心通孔2-1,中心通孔2-1为圆孔,边缘设置为圆弧形倒角。
作为本发明优选的实施方案,第一弧线段10为圆弧形,第一弧线段10的边缘设置为圆弧形倒角。
实施例
如图1所示,本实施例的用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子包括导体包覆区1、绝缘子腹部2和支腿3三个主要组成部分。支腿为圆柱状,内设有金属嵌件4。中心导体6经三相三支柱绝缘子导体包覆区1穿过绝缘子。如图2~图4(a)、图4(b)、图8所示,所述导体包覆区1包括第一顶点8,第一顶点8为导体包覆区1上远离绝缘子腹部2中心的点,支腿3包括第二顶点9,第二顶点9为支腿3顶端外缘且临近导体包覆区1的点,绝缘子腹部2的第一弧线段10应在所述第一顶点8与第二顶点9之间的连线靠近绝缘子对称中心一侧。金属嵌件4经过界面涂覆层与支腿3紧密相连。所述金属嵌件4上设置有安装孔11。所述安装孔11包括螺纹孔,以便进行螺纹连接。金属嵌件4能够通过安装孔11经螺栓与滑动滚轮相连或与粒子收集器固定。三个支腿轴线构成第一夹角14、第二夹角15和第三夹角16。上支腿位于两个导体包覆区1的中垂线上,上支腿的轴线与该中垂线重合。三处导体包覆区1分别处于同一等腰三角形的顶点,该等腰三角形顶角为67°。三处导体包覆区1距绝缘子中心的距离为157mm。三处支腿3的中心轴线垂直夹角:第一夹角:14为122°,第二夹角15为122°,第三夹角16为116°。绝缘子腹部2的中心开设有用于内应力释放的中心通孔2-1,中心通孔2-1为圆孔,边缘设置为圆弧形倒角,通孔直径为110mm,倒角为10mm。
参见图3、图4(a)和图4(b),所述导体包覆区1沿轴向的宽度D1大于绝缘子腹部2沿轴向的宽度,导体包覆区1与绝缘子腹部2之间由第一倒角5平缓过渡。优选地,D1的取值可为120mm,第一倒角5的取值可为50mm,绝缘子腹部2的厚度可为60mm。支腿3直径D2大于绝缘子腹部2沿轴向的宽度,支腿3与绝缘子腹部2之间由第二倒角7平缓过渡。金属嵌件4包括光滑连接的平面段12与弧面段13,平面段12的形状为圆形,弧面段13为圆弧面,平面段12与弧面段13相切,弧面段13相切曲线的曲率半径不小于10mm。金属嵌件4旋转轴的轴线与三相三支柱绝缘子的中心轴线垂直。优选地,D2可取值为112mm,平面段12的直径D3可取值为12mm,弧面段13的半径R4可取值为35mm。绝缘子腹部2上位于支腿3与导体包覆区1之间的部分通过第一弧线段10平缓过度,第一弧线段10为内凹的弧线段,优选地,第一弧线段由一条直线段与一条圆弧与其相切的圆弧拼接,圆弧半径为100mm。
应用有限元计算方法,当中心导体加载实际运行电压时,绝缘子金属嵌件表面电场强度如图5所示,金属嵌件表面最大电场强度值为2.28kV/mm,小于运行工况下的控制值3kV/mm;当中心导体加载雷电冲击试验电压时,绝缘子表面合成场强与切向场强分别如图6和图7所示。绝缘子表面合成场强最大值为21.5kV/mm,切向场强最大值为11.7kV/mm,分别低于控制场强指标24kV/mm和12kV/mm。
本发明的制造安装工艺如下:
1、安装配比准备绝缘子原料,同时在金属嵌件、中心导体处涂敷界面材料;
2、浇注:中心导体、金属嵌件安装在购置的模具上,采用真空浇注设备完成绝缘件的浇注;
3、固化:固化分为两个阶段,在浇注模具放入指定温度环境中固化一定时间后取出,通过浇口向模具补料,再放入指定温度环境中二次固化一定时间;
4、固化完成后缓慢降温取处,并再次缓慢升温再降温,以释放绝缘子内应力。
5、安装时,将载流管母插接穿过中心导体,并压接固定,金属嵌件与滑轮的安装螺栓相连,整个绝缘子通过滚轮与壳体接触。
本发明首次提出用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三支柱绝缘子,用以解决三相共箱式紧凑型GIS/GIL用于长距离输电时,由于温度场分布变化导致导体与壳体相对膨胀程度不同而使绝缘件内部产生应力集中的问题。在本发明的设计下,三相三支柱绝缘子表面合成场强、切向场强及金属嵌件表面场强能够大幅度降低,满足工程中的控制值要求,从而提高该绝缘子在长期运行下的稳定性。
该三相三支柱绝缘子可通过等比例放大或者缩小,应用于不同电压等级的交流三相输电系统中。另外,采用不同填充材料、不同形状嵌件、不同数量支腿及不同设计思路制造的应用于三相共箱式GIS/GIL的支柱绝缘子,都属于该专利保护范围内。
综上所述,本发明的三相三支柱绝缘子能够保证绝缘子合成场强最大值、绝缘子切向场强最大值和金属嵌件表面场强最大值满足设计指标要求的情况下,能够显著降低绝缘子尺寸,减少绝缘子体积,降低生产制造成本。同时,能够解决由于导体的膨胀收缩以及绝缘子与中心导体热膨胀系数不匹配,在外界温度与负荷变换时,金属-环氧界面的应力集中现象。
应当理解的是,对于实施例的多种修改对本领域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发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。本发明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。本申请的范围由所附的权利要求来限制。
该绝缘子设计能够使其表面电场设计指标维持在较优值,同时能够释缓运行过程中由载荷与温度变化导致的温度场变化,而引起的绝缘子应力集中现象,从而降低绝缘子的破坏几率,提高三相共箱式紧凑型GIS/GIS安全性和运行可靠性。
Claims (10)
1.一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,包括绝缘子腹部(2)和设置在绝缘子腹部(2)上的导体包覆区(1)和支腿(3),导体包覆区(1)和支腿(3)在绝缘子腹部(2)的周向相间分布,支腿(3)内设有金属嵌件(4),导体包覆区(1)沿轴向的宽度大于绝缘子腹部(2)沿轴向的厚度,导体包覆区(1)与绝缘子腹部(2)之间通过第一倒角(5)平缓过渡,支腿(3)的宽度大于绝缘子腹部(2)沿轴向的厚度,支腿(3)与绝缘子腹部(2)之间通过第二倒角(7)平缓过渡,绝缘子腹部(2)上位于支腿(3)与导体包覆区(1)之间的部分通过第一弧线段(10)平缓过度,第一弧线段(10)为内凹的弧线段。
2.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,所述导体包覆区(1)设置三处,三处导体包覆区(1)位于绝缘子腹部(2)的边缘,距绝缘子中心的距离大于100mm,导体包覆区(1)凸出于绝缘子腹部(2)部分的侧壁为圆弧面,三处导体包覆区(1)分别处于同一等腰三角形的顶点,该等腰三角形顶角的范围在40°~80°。
3.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,支腿(3)设置三处,三处支腿(3)位于绝缘子腹部(2)的边缘,支腿(3)呈圆柱状、圆台状、棱柱状或棱台状,支腿(3)的中心轴线与绝缘子腹部(2)的中心轴线垂直,三处支腿(3)分别处于同一等腰三角形的顶点,支腿(3)底部与绝缘子中心的距离大于150mm,三处支腿(3)的中心轴线垂直夹角分别为第一夹角(14)、第二夹角(15)和第三夹角(16),第一夹角(14)与第二夹角(15)相等,第一夹角(14)与第二夹角(15)的大小在110°~130°。
4.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,第一倒角(5)和第二倒角(7)为圆弧倒角,第一弧线段(10)为圆弧线段,第一倒角(5)的半径大于等于15mm,第二倒角(7)的半径大于等于20mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,导体包覆区(1)处设有中心导体衬管(6),中心导体衬管(6)穿过导体包覆区(1),中心导体衬管(6)与导体包覆区(1)之间经界面涂层相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,金属嵌件(4)一端与支腿(3)相连,所述金属嵌件(4)另一端设有安装孔(11),金属嵌件(4)通过安装孔(11)与滑动触头相连或与安装处焊接固定。
7.根据权利要求6所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,所述金属嵌件(4)与支腿(3)相连的一端与支腿(3)经界面涂层相连,金属嵌件(4)该端包括平面段(12)与弧面段(13),平面段(12)与弧面段(13)光滑连接,弧面段(13)相切曲线的曲率半径不小于10mm。
8.根据权利要求6所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,所述金属嵌件(4)与其相连的支腿(3)同轴,轴线与绝缘子腹部(2)的中心轴线垂直。
9.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,绝缘子腹部(2)的中心开设有用于内应力释放的中心通孔(2-1),中心通孔(2-1)为圆孔,边缘设置为圆弧形倒角。
10.根据权利要求1所述的一种用于三相共箱式紧凑型GIS/GIL的三相三支柱绝缘子,其特征在于,第一弧线段(10)为圆弧形,第一弧线段(10)的边缘设置为圆弧形倒角。
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Cited By (3)
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CN112017829A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-12-01 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种三支柱绝缘子 |
CN113793736A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-14 | 江苏恒高电气制造有限公司 | 一种轻量化三支撑绝缘子 |
WO2022252331A1 (zh) * | 2021-06-04 | 2022-12-08 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种三支柱绝缘子固化方法 |
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- 2019-12-23 CN CN201911333426.8A patent/CN111370188A/zh active Pending
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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