CN112017829B - 一种三支柱绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三支柱绝缘子，包括：绝缘子腹部、柱脚和金属嵌件；其中，所述柱脚由柱脚底面、倒角面和弯曲面组成；所述柱脚底面由圆环面和内凹的圆弧面组成，所述圆环面的内侧与所述圆弧面相连接；所述圆环面的外侧与所述倒角面的第一端相连接；所述倒角面的第二端与所述弯曲面的第一端相连接，所述弯曲面的第二端连接于所述绝缘子腹部上；所述内凹的圆弧面上设置所述金属嵌件。实施本发明实施例，能有效提高三支柱绝缘子的柱脚的抗应力能力，减少三支柱绝缘子的柱脚应力故障风险，以保障电力系统的安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及输变电绝缘设备领域，尤其涉及一种三支柱绝缘子。
背景技术
三支柱绝缘子是气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中的关键电气部件，起着电气绝缘和机械支撑的作用。三支柱绝缘子是由环氧树脂、固化剂(一般是酸酐类)和填料(氧化铝粉等)混合放到带铝合金嵌件的模具中高温固化而成。
近年来，在电力设备运行过程中，三支柱绝缘子应力集中导致绝缘故障时有发生，三支柱绝缘子应力集中的原因主要有：制造过程中产生的残余应力；运输防护不足、安装不当造成绝缘子运行时受力不平衡从而产生内应力集中或微裂纹；运行中因温度梯度和不同材料热膨胀系数不一致导致的热应力；运行中所受机械力不平衡。三支柱绝缘子在环境综合应力场的作用下，加之残余应力联合作用，会产生内部应力集中区域，极大提高了微裂纹或气缝形成的概率。在运行过程中受到多种载荷周期性作用，在应力集中较大的区域，这些微缺陷逐步演变和劣化，当发展到一定程度时，将诱发局部放电、异常发热等现象，加速绝缘老化，使绝缘子性能下降，严重影响电力系统安全运行的可靠性。因此，提高三支柱绝缘子柱脚的抗应力能力，对保障电力系统安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种三支柱绝缘子，能有效提高三支柱绝缘子的柱脚的抗应力能力，减少三支柱绝缘子的柱脚应力故障风险，以保障电力系统的安全可靠运行。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种三支柱绝缘子，包括：绝缘子腹部、柱脚和金属嵌件；其中，所述柱脚由柱脚底面、倒角面和弯曲面组成；所述柱脚底面由圆环面和内凹的圆弧面组成，所述圆环面的内侧与所述圆弧面相连接；所述圆环面的外侧与所述倒角面的第一端相连接；所述倒角面的第二端与所述弯曲面的第一端相连接，所述弯曲面的第二端连接于所述绝缘子腹部上；所述内凹的圆弧面上设置所述金属嵌件。
作为上述方案的改进，所述弯曲面包括直线段、第一弯曲段和第二弯曲段；其中，所述直线段的第一端与所述倒角面的第二端相连接；所述直线段的第二端与所述第一弯曲段的第一端平滑连接，所述第一弯曲段的第二端与所述第二弯曲段的第一端平滑连接；所述第二弯曲段的第二端连接于所述绝缘子腹部上。
作为上述方案的改进，所述内凹的圆弧面的圆弧半径为40.9mm，弧长跨度为57.6°。
作为上述方案的改进，所述圆环面的圆环宽度为6mm。
作为上述方案的改进，所述倒角面为圆弧倒角；所述圆弧倒角的半径为6.4mm，弧长跨度为90°。
作为上述方案的改进，所述直线段的直线长度为18.1mm。
作为上述方案的改进，所述第一弯曲段为圆弧；所述第一弯曲段的圆弧半径为142.3mm，弧长跨度为46.1°。
作为上述方案的改进，所述第二弯曲段为圆弧；所述第二弯曲段的圆弧半径为8.6mm，弧长跨度为53.9°。
作为上述方案的改进，所述柱脚设置三处，三处柱脚均等分布于所述绝缘子腹部的边缘。
作为上述方案的改进，所述绝缘子腹部的中心开设有中心通孔；所述中心通孔为圆孔。
与现有技术相比，本发明公开的一种三支柱绝缘子，包括：绝缘子腹部、柱脚和金属嵌件；其中，所述柱脚由柱脚底面、倒角面和弯曲面组成；所述柱脚底面由圆环面和内凹的圆弧面组成，所述圆环面的内侧与所述圆弧面相连接；所述圆环面的外侧与所述倒角面的第一端相连接；所述倒角面的第二端与所述弯曲面的第一端相连接，所述弯曲面的第二端连接于所述绝缘子腹部上；所述内凹的圆弧面上设置所述金属嵌件。本发明能够解决现有技术中三支柱绝缘子的内部应力集中的问题，有效提高三支柱绝缘子的柱脚抗应力能力，减少三支柱绝缘子微裂纹或气缝的形成概率，减小三支柱绝缘子柱脚应力故障风险，提高了三支柱绝缘子的绝缘性能。且所述三支柱绝缘子的设计结构简单、可靠。在实际应用过程中，能够有效保障电力系统的安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的柱脚的剖面示意图；
图3是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的柱脚底面的剖面示意图；
图4是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的倒角面的剖面示意图；
图5是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的弯曲面的剖面示意图；
图中：1-柱脚，2-绝缘子腹部，3-金属嵌件，11-柱脚底面，12-倒角面，13-弯曲面，111-圆弧面，112-圆环面，131-直线段，132-第一弯曲段，133-第二弯曲段，21-中心通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的结构示意图；本发明实施例提供的一种三支柱绝缘子，包括：绝缘子腹部2、柱脚1和金属嵌件3。其中，所述柱脚1设置与所述绝缘子腹部2上，所述柱脚1的柱脚底部设置有所述金属嵌件3。所述柱脚1为一个束腰型圆柱体，参见图2，是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的柱脚的剖面示意图。所述柱脚1由柱脚底面11、倒角面12和弯曲面13组成。
具体地，参见图3，是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的柱脚底面的剖面示意图。所述柱脚底面11由圆环面112和内凹的圆弧面111组成，所述圆环面112的内侧与所述圆弧面111相连接。所述内凹的圆弧面111上设置所述金属嵌件3。图3中，所述柱脚底面11的剖面图是一个马鞍形的柱脚底面，圆弧面111为马鞍形柱脚底面的中间凹处，与中间凹处相接的两端对称的直线，在空间结构上构成所述圆环面112。
参见图4，是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的倒角面的剖面示意图。所述倒角面12为圆弧倒角，所述倒角面12的第一端与所述圆环面112的外侧相连接。所述倒角面12的第二端与所述弯曲面13的第一端相连接。所述倒角面12的圆弧半径处于0-10mm数值范围内。
参见图5，是本发明实施例中一种三支柱绝缘子的弯曲面的剖面示意图。所述弯曲面13的第二端连接于所述绝缘子腹部2上。
具体地，所述弯曲面13包括直线段131、第一弯曲段132和第二弯曲段133；其中，所述直线段131的第一端与所述倒角面12的第二端相连接；所述直线段131的第二端与所述第一弯曲段132的第一端平滑连接，所述第一弯曲段132的第二端与所述第二弯曲段133的第一端平滑连接；所述第二弯曲段133的第二端连接于所述绝缘子腹部2上。
所述弯曲面13的直线段131的直线长度处于0-25mm数值范围内，所述第一弯曲段132和所述第二弯曲段133均为圆弧，所述第一弯曲段132的圆弧半径处于120-160mm数值范围内；所述第二弯曲段132的圆弧半径处于0-10mm数值范围内。
进一步地，所述柱脚1设置三处，三处柱脚1均等分布于所述绝缘子腹部2的边缘。所述绝缘子腹部2的中心开设有中心通孔21；所述中心通孔21为圆孔。
在本发明实施例中，对于所述三支柱绝缘子的柱脚1的结构设计，能够有效提高三支柱绝缘子的柱脚抗应力能力，减小三支柱绝缘子柱脚应力故障风险。且所述三支柱绝缘子的设计结构简单、可靠。在实际应用过程中，能够有效保障电力系统的安全可靠运行。
作为优选的实施方案，为了进一步确定所述三支柱绝缘子的柱脚1的各结构参数的具体数值范围，从而确定所述三支柱绝缘子的最终设计结构，本发明提供了一种三支柱绝缘子的结构设计方法，通过步骤S1至S3执行：
S1、建立所述三支柱绝缘子的柱脚的结构优化因子；
S2、确定所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值范围；其中，所述结构参数包括倒角面12的圆弧半径、直线段131的直线长度、第一弯曲面132的圆弧半径和第二弯曲面133的圆弧半径；
S3、以所述柱脚的结构优化因子最小为优化目标，确定所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数数值。
在本发明实施例中，根据所述三支柱绝缘子的柱脚的应力数值计算结果和电场强度数值计算结果，建立所述结构优化因子：
y＝70％y1+30％y2；
其中，y为所述结构优化因子，y1为所述三支柱绝缘子的柱脚的应力数值计算结果，y2为所述三支柱绝缘子的柱脚的电场强度数值计算结果。
进一步地，确定所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值范围，具体包括：所述倒角面12的圆弧半径处于0-10mm数值范围内；所述弯曲面13的直线段131的直线长度处于0-25mm数值范围内；所述第一弯曲段132的圆弧半径处于120-160mm数值范围内；所述第二弯曲段132的圆弧半径处于0-10mm数值范围内。
将所述三支柱绝缘子的柱脚的各个结构参数在其对应的数值范围内进行随机组合，根据每一种组合情况对应的一种柱脚结构，得到所述三支柱绝缘子的结构模型。采用有限元计算方法，在有限元仿真软件中建立每一种组合情况下的所述三支柱绝缘子的结构模型，并分别进行柱脚的应力和电场强度的仿真计算。将计算得到的所述三支柱绝缘子的柱脚有限元数值计算的应力最大值，作为所述应力数值计算结果y1；将所述三支柱绝缘子的柱脚有限元数值计算的表面电场强度最大值，作为所述电场强度数值计算结果y2，进而计算得到每一种组合情况下的所述三支柱绝缘子的结构优化因子y。
对比不同组合情况下的结构优化因子y值，确定所述结构优化因子y的最小值，得到所述结构优化因子y的最小值对应的三支柱绝缘子的柱脚的结构参数。根据最终确定的所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数，包括倒角面12的圆弧半径、直线段131的直线长度、第一弯曲面132的圆弧半径和第二弯曲面133的圆弧半径，可以进一步确定所述三支柱绝缘子的倒角面12、第一弯曲面132和第二弯曲面133的圆弧跨度，从而确定所述三支柱绝缘子的柱脚结构，得到所述三支柱绝缘子的最终设计结构。
在一种优选的实施方式下，根据上述三支柱绝缘子的结构设计方法，得到所述内凹的圆弧面111的圆弧半径为40.9mm，弧长跨度为57.6°；所述圆环面112的圆环宽度为6mm；所述倒角面12的圆弧半径为6.4mm，弧长跨度为90°；所述直线段131的直线长度为18.1mm；所述第一弯曲段132的圆弧半径为142.3mm，弧长跨度为46.1°；所述第二弯曲段133的圆弧半径为8.6mm，弧长跨度为53.9°。
需要说明的是，本发明实施例提供的所述三支柱绝缘子可根据实际应用情况，通过等比例放大或者缩小的方法，应用于不同运行模式下的输电电路GIL中。另外，采用不同填充材料、不同形状嵌件、不同数量柱脚所制造得到的所述三支柱绝缘子，都属于本发明保护范围内。
本发明实施例提供了一种三支柱绝缘子，用于解决现有技术中三支柱绝缘子的内部应力集中的问题，采用本发明实施例的技术手段，能够有效提高三支柱绝缘子的柱脚抗应力能力，减少三支柱绝缘子微裂纹或气缝的形成概率，减小三支柱绝缘子柱脚应力故障风险，提高了三支柱绝缘子的绝缘性能。且所述三支柱绝缘子的设计结构简单、可靠。在实际应用过程中，能够有效保障电力系统的安全可靠运行。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种三支柱绝缘子，其特征在于，包括：绝缘子腹部、柱脚和金属嵌件；其中，所述柱脚由柱脚底面、倒角面和弯曲面组成；所述柱脚底面由圆环面和内凹的圆弧面组成，所述圆环面的内侧与所述圆弧面相连接；所述圆环面的外侧与所述倒角面的第一端相连接；所述倒角面的第二端与所述弯曲面的第一端相连接，所述弯曲面的第二端连接于所述绝缘子腹部上；所述内凹的圆弧面上设置所述金属嵌件；
所述弯曲面包括直线段、第一弯曲段和第二弯曲段；其中，所述直线段的第一端与所述倒角面的第二端相连接；所述直线段的第二端与所述第一弯曲段的第一端平滑连接，所述第一弯曲段的第二端与所述第二弯曲段的第一端平滑连接；所述第二弯曲段的第二端连接于所述绝缘子腹部上；
所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值通过以下步骤计算得到：
S1、建立所述三支柱绝缘子的柱脚的结构优化因子：
y＝70％y1+30％y2；
其中，y为所述结构优化因子，y1为所述三支柱绝缘子的柱脚的应力数值计算结果，y2为所述三支柱绝缘子的柱脚的电场强度数值计算结果；
S2、确定所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值范围；其中，所述结构参数包括倒角面的圆弧半径、直线段的直线长度、第一弯曲面的圆弧半径和第二弯曲面的圆弧半径；
S3、以所述柱脚的结构优化因子最小为优化目标，确定所述三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值；
其中，步骤S3具体为：将所述三支柱绝缘子的柱脚的各个结构参数在其对应的数值范围内进行随机组合，采用有限元计算方法，在有限元仿真软件中建立每一种组合情况下的所述三支柱绝缘子的结构模型，并分别进行柱脚的应力和电场强度的仿真计算；将所述三支柱绝缘子的柱脚有限元数值计算的应力最大值，作为所述应力数值计算结果y1；将所述三支柱绝缘子的柱脚有限元数值计算的表面电场强度最大值，作为所述电场强度数值计算结果y2，以计算得到每一种组合情况下的所述三支柱绝缘子的结构优化因子y；对比不同组合情况下的结构优化因子y值，确定所述结构优化因子y的最小值，得到所述结构优化因子y的最小值对应的三支柱绝缘子的柱脚的结构参数的数值。
2.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述内凹的圆弧面的圆弧半径为40.9mm，弧长跨度为57.6°。
3.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述圆环面的圆环宽度为6mm。
4.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述倒角面为圆弧倒角；所述圆弧倒角的半径为6.4mm，弧长跨度为90°。
5.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述直线段的直线长度为18.1mm。
6.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述第一弯曲段为圆弧；所述第一弯曲段的圆弧半径为142.3mm，弧长跨度为46.1°。
7.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述第二弯曲段为圆弧；所述第二弯曲段的圆弧半径为8.6mm，弧长跨度为53.9°。
8.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述柱脚设置三处，三处柱脚均等分布于所述绝缘子腹部的边缘。
9.如权利要求1所述的三支柱绝缘子，其特征在于，所述绝缘子腹部的中心开设有中心通孔；所述中心通孔为圆孔。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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