CN114430853B - 具有非圆末端的绝缘子伞裙 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于使电导体电绝缘的绝缘子。所述绝缘子包括卷筒，所述卷筒限定沿着所述绝缘子的纵向轴线的中央纵向通孔。所述通孔被布置成允许一电导体穿过。所述绝缘子还包括至少一个伞裙(2)，所述至少一个伞裙布置在所述卷筒的外表面上。所述伞裙包括具有外围的非平坦的弯曲部(11)的伞裙末端(10)，所述外围的非平坦的弯曲部由多个不同的曲率半径限定并且包括所述伞裙的最远点。在所述弯曲部的所述最远点处的端部曲率半径(R)大于在所述最远点的一侧的第一曲率半径(r1)和在所述最远点的另一侧的第二曲率半径(r2)。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于电导体的绝缘子的伞裙。
背景技术
各种各样的电力产品的最外部结构，诸如套管、仪表变压器或互感器、线缆终端、断路器、电涌放电器和其他绝缘子，通常由伞裙组成。伞裙服务于多种目的。伞裙增加了从电压到地面的蠕变或表面放电路径，从而增加了闪络电压。在户外装备的情况下，伞裙还可以起到天气保护的作用。然而，伞裙的末端相当窄，这导致在末端附近的电场显着增加，尤其是对于电导体纵向穿过绝缘子的卷筒的伞裙，从而生成径向电场。
伞裙末端外侧的高径向电场可以导致电晕放电，从而使材料劣化并导致损失。在产品测试期间的放电也存在限制。可以在一定程度上增加伞裙厚度，但会增加显着的材料成本。
US 2016/284447公开了具有便于制造的平的伞裙末端和便于液滴形成的尖锐的外下角部的伞裙。
JP 2013/229312公开了一种具有大直径伞裙和小直径伞裙两者的瓷管套管，其中大直径伞裙具有凸出的末端以降低末端处的电势梯度。
发明内容
本发明的目的是提供一种伞裙，该伞裙在伞裙末端处具有减小的电场，并且不会损害其他所需的属性(诸如，蠕变或表面放电距离)，并且无需附加的材料成本。
根据本发明的一方面，提供了一种用于使电导体电绝缘的绝缘子。绝缘子包括卷筒，卷筒限定沿着绝缘子的纵向轴线的中央纵向通孔。通孔被布置成允许一电导体穿过。绝缘子还包括至少一个伞裙，至少一个伞裙布置在卷筒的外表面上。伞裙包括具有外围的非平坦的弯曲部的伞裙末端，弯曲部由多个不同的曲率半径限定并且包括伞裙的最远点。在弯曲部的最远点处的端部曲率半径大于在最远点的一侧的第一曲率半径和在最远点的另一侧的第二曲率半径。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造绝缘子的方法。方法包括将至少一个伞裙挤制到卷筒的外表面上，卷筒限定沿着绝缘子的纵向轴线的中央纵向通孔。伞裙包括具有外围的非平坦的弯曲部的伞裙末端，弯曲部由多个不同的曲率半径限定并且包括伞裙的最远点。在弯曲部的最远点处的端部曲率半径大于在最远点的一侧的第一曲率半径和在最远点的另一侧的第二曲率半径。
在电导体穿过绝缘子的卷筒的中央纵向通孔的绝缘子中，所形成的电场将基本上是径向的，这意味着将在伞裙的径向最远(在本文中也被称为远侧)部分(即，伞裙末端)的外侧形成电场。借助于在伞裙的最远点处的相对较大的曲率半径，可以减小点处的电场。另一方面，不希望在最远点处具有平坦表面(该曲率半径接近无穷大)，即不希望与绝缘子的纵向轴线平行的表面，因为这反而会将电场集中到平坦表面的任一侧。
为了实现根据本发明的期望的弯曲部，可能无法使用传统的材料(诸如，瓷器)或生产方法(诸如，铸造)来生产绝缘子。取而代之的是，伞裙优选地通过挤压到绝缘子的卷筒上而形成。
应当注意的是，任何方面的任何特征都可以在适当的情况下应用于任何其他方面。同样，任何方面的任何优点都可以应用于任何其他方面。所附实施例的其他目的、特征和优点将从以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图中显而易见。
总体上，除非本文中另有明确定义，否则在权利要求中所使用的所有术语均应根据其在技术领域中的普通含义进行解释。除非另有明确说明，否则所有对“一种/一/元件、设备、部件、装置、步骤等”的引用将被公开解释为指代元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文所公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。对于本公开的不同特征/部件使用的“第一”、“第二”等只是为了将该特征/部件与其他类似特征/部件区分开来，而不是赋予该特征/部件任何顺序或层次结构。
附图说明
将参考附图以示例的方式描述实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的电绝缘子的示意性侧视图。
图2是根据本发明的实施例的绝缘子的纵向截面的示意性细节，示出了伞裙的截面。
图3是根据本发明的实施例的绝缘子的纵向截面的示意性细节，示出了在其伞裙末端处包括液滴边缘的伞裙的截面。
图4是示出根据伞裙末端的曲率半径的场减小的模拟的图。
图5是在图4中所模拟的具有带有轴线a与轴线b的椭圆形截面的伞裙末端。
具体实施方式
现在将在下文中参考其中示出了某些实施例的附图来更全面地描述实施例。然而，许多不同形式的其他实施例在本公开的范围内也是可行的。相反，通过示例的方式提供以下实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且以下实施例将向本领域技术人员完整地传达本公开的范围。在整个描述中相同的附图标记指代相同的元件。
图1图示了绝缘子1，该绝缘子1使电导体4电绝缘，该电导体4沿该绝缘子的纵向轴线3穿过该绝缘子的卷筒5的中央纵向通孔。由具有多个径向周向伞裙2的卷筒5形成该绝缘子1，该多个径向周向伞裙2布置在该卷筒的外表面上。每个伞裙2基本上在与纵向轴线3正交的平面中，从卷筒5的外表面向外(通常基本上径向地)延伸并且围绕该卷筒(周向地)延伸。沿着卷筒5一个接一个地布置伞裙2，通常基本上沿着卷筒的整个纵向延伸部一个接一个地布置伞裙2。
在替代性实施例中，可以由围绕卷筒5并且沿着纵向轴线3的连续的或不连续的螺旋来形成伞裙2。
卷筒5限定了绝缘子1的中央纵向通孔，电导体4可以穿过该中央纵向通孔。然而，在卷筒5内也可以布置其他部件，例如，布置在卷筒5与导体4之间的电容器(condenser)芯。卷筒5可以是任何刚性的电绝缘材料的，例如包括热固性的或可固化的树脂(诸如，环氧树脂)。可以增强该卷筒，例如通过玻璃纤维来增强该卷筒。目前用于形成卷筒5的优选材料是玻璃纤维增强的环氧树脂。
卷筒5可以是圆筒形的，如图1所示，但是在其他实施例中也可以例如沿着该卷筒的整个长度或沿着该卷筒的长度的一部分是圆锥形的，例如用于将(例如变压器套管的)较小直径的绝缘部与较大直径的绝缘部连接起来。
导体4例如可以是导电材料(诸如，铜和/或铝)的中空管。
优选地将伞裙2挤制到卷筒2上，原因是伞裙优选地由电绝缘的可挤制的材料制成，例如包括弹性体(诸如，硅橡胶)。
绝缘子1的实施例可以被用于例如电套管、仪表变压器或互感器、线缆终端、断路器、电涌放电器等，尤其是在形成径向电场的地方。设想到，绝缘子可以在高压(HV)套管(例如，变压器套管)中是特别有用的。
图2和图3图示了通过制作绝缘子1(例如，图1中所示的绝缘子)的纵向截面而形成的伞裙2的截面。伞裙可以具有基本上平坦的第一表面14和基本上平坦的第二表面15，因为当该绝缘子被安装时该基本上平坦的第一表面14通常旨在形成上表面，因此在本文中被称为上表面；因为当该绝缘子被安装时该基本上平坦的第二表面15通常旨在形成下表面，因此在本文中被称为下表面。
将上表面14和下表面15彼此连接，存在凸弯曲的(例如，椭面的)端表面，在截面图2和截面图3中，该凸弯曲的端表面被限定为该伞裙2的远侧周向端部10(在本文中被称为伞裙末端10)的凸弯曲部11。该弯曲部11包括伞裙末端10的最远点(当以三维观察而不是以截面观察时，对应于例如圆形或螺旋形)。第一点12标记平坦的上表面14与弯曲部11之间的过渡部，并且第二点13标记平坦的下表面15与弯曲部11之间的过渡部。在截面图2和截面图3中，伞裙末端10可以被限定为该伞裙的位于第一点12与第二点13之间的直线的(相对于中央纵向轴线3的)远侧上的部分。如果伞裙2以及卷筒5是旋转对称的(如图1的实施例)，则可以通过图2和图3中的二维截面围绕纵向轴线3旋转来形成三维的伞裙末端10。
根据本发明，通过多个不同的曲率半径R、r1和r2来限定弯曲部11(即，该弯曲部不是圆的)。在弯曲部的(相对于纵向轴线3的)最远点处的曲率半径在本文中被称为端部曲率半径R。除了该端部曲率半径R之外，弯曲部11还具有第一曲率半径r1和第二曲率半径r2，该第一曲率半径r1可以被称为上曲率半径，其是弯曲部11的介于最远点与第一点12之间的部分的曲率半径；该第二曲率半径r2可以被称为下曲率半径，其是弯曲部11的介于最远点与第二点13之间的部分的曲率半径。
根据本发明，端部曲率半径R大于第一曲率半径r1和第二曲率半径r2两者，即R>r1且R>r2。第一曲率半径r1和第二曲率半径r2可以相同或不同，但两者均小于端部曲率半径R。因此，弯曲部11在其最远点处是平的，但不是平坦的，例如在形状上呈椭圆形。在一些实施例中，端部曲率半径R是第一曲率半径r1的至少两倍和/或是第二曲率半径r2的至少两倍，即R>2r1和/或R>2r2。
在图2和图3的截面中，末端厚度T可以被限定为伞裙2的伞裙末端10的最大厚度。如上所述，可以由第一点12与第二点13之间的直线来界定伞裙末端10，该第一点12标记伞裙2末端的基本上平坦的上外表面14与弯曲部11之间的过渡部，该第二点13标记伞裙2的基本上平坦的下外表面15与弯曲部11之间的过渡部。
在图2的实施例中，伞裙末端10在第一点12与第二点13之间是最厚的。相比之下，图3的实施例包括布置在伞裙末端的下部处的液滴边缘(drip edge)30(或者可以被称为滴唇)，该液滴边缘30用于促进液滴形成并且防止水分从伞裙的端表面流到下表面15。在图3的实施例中，末端厚度T因此被限定在该第一点12与该液滴边缘30底部的在最远点与第二点13之间的点之间。
在本发明的一些实施例中，端部曲率半径R大于末端厚度T的一半，即R>T/2，例如端部曲率半径R等于或大于末端厚度T，即R≥T。在一些实施例中，端部曲率半径R在0.6T至10T的范围内，例如在0.7T至3T的范围内。
在本发明的一些实施例中，第一曲率半径r1和/或第二曲率半径r2小于末端厚度T的一半，即r1、r2＜0.5T，例如该第一曲率半径r1和/或第二曲率半径r2等于或小于末端厚度的四分之一，即r1、r2≤0.25T。
在本发明的一些实施例中，第一曲率半径(r1)和/或第二曲率半径(r2)在0.05T至0.45T的范围内，例如在0.1T至0.4T的范围内。
图4是模拟图，示出了伞裙末端处的场是如何根据如图5所示的具有椭圆形截面的简化的伞裙末端的轴线a与轴线b之间的关系减小的。该模拟还基于绝缘子的伞裙的典型尺寸。
当关系b/a为1时，伞裙末端的截面是圆的，即完美的圆拱形。随着b/a减小，场也减小，但是当b/a为约0.5时达到最大。这是因为没有考虑第一曲率半径r1和第二曲率半径r2，这在该伞裙末端的平坦的上外表面和下外表面与该伞裙末端的端部的弯曲部之间产生了陡峭的过渡部。当该模拟中包括第一曲率半径r1和第二曲率半径r2时，基本上可以改善图4中所示的曲线的左侧部分，给出10％至15％的场减小。
以上主要参考几个实施例来描述本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附权利要求所限定的本公开的范围内，除了上述公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。
Claims (18)
1.一种用于使电导体(4)电绝缘的绝缘子(l)，所述绝缘子(l)包括：
卷筒(5)，所述卷筒(5)限定沿着所述绝缘子的纵向轴线(3)的中央纵向通孔，所述中央纵向通孔被布置成允许电导体(4)穿过；以及
至少一个伞裙(2)，所述至少一个伞裙(2)布置在所述卷筒的外表面上；
其中，所述伞裙(2)包括具有外围的非平坦的弯曲部(11)的伞裙末端(10)，所述弯曲部(11)由多个不同的曲率半径(R、r1、r2)限定并且包括所述伞裙的最远点，其中，所述弯曲部(11)在所述最远点处具有非平坦表面；
其中，在所述弯曲部(11)的所述最远点处的端部曲率半径(R)大于在所述最远点的一侧的第一曲率半径(r1)和在所述最远点的另一侧的第二曲率半径(r2)。
2.根据权利要求1所述的绝缘子，其中，所述端部曲率半径(R)是所述第一曲率半径(r1)的至少两倍和/或是所述第二曲率半径(r2)的至少两倍。
3.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘子，其中，末端厚度(T)被限定为所述伞裙(2)的所述伞裙末端(10)的最大截面厚度，通过第一点(12)与第二点(13)之间的直线界定所述伞裙末端(10)，所述第一点(12)标记所述伞裙的基本上平坦的上外表面(14)与所述弯曲部(11)之间的过渡部，所述第二点(13)标记所述伞裙的基本上平坦的下外表面(15)与所述弯曲部(11)之间的过渡部；并且
其中，所述端部曲率半径(R)大于所述末端厚度(T)的一半。
4.根据权利要求3所述的绝缘子，其中，所述端部曲率半径(R)等于或大于所述末端厚度。
5.根据权利要求3所述的绝缘子，其中，所述端部曲率半径(R)在0.6倍的所述末端厚度(T)至10倍的所述末端厚度的范围内。
6.根据权利要求5所述的绝缘子，其中，所述端部曲率半径(R)在0.7倍的所述末端厚度至3倍的所述末端厚度的范围内。
7.根据权利要求3所述的绝缘子，其中，所述第一曲率半径(r1)和/或所述第二曲率半径(r2)小于所述末端厚度(T)的一半。
8.根据权利要求7所述的绝缘子，其中，所述第一曲率半径(r1)和/或所述第二曲率半径(r2)等于或小于所述末端厚度的四分之一。
9.根据权利要求5所述的绝缘子，其中，所述第一曲率半径(r1)和/或所述第二曲率半径(r2)在0.05倍的所述末端厚度(T)至0.45倍的所述末端厚度的范围内。
10.根据权利要求9所述的绝缘子，其中，所述第一曲率半径(r1)和/或所述第二曲率半径(r2)在0.1倍的所述末端厚度至0.4倍的所述末端厚度的范围内。
11.根据权利要求1或2所述的绝缘子，其中，所述伞裙末端(10)包括液滴边缘(30)。
12.根据权利要求1或2所述的绝缘子，其中，所述至少一个伞裙(2)是能够挤制的材料。
13.根据权利要求12所述的绝缘子，其中，所述至少一个伞裙(2)包括弹性体。
14.根据权利要求13所述的绝缘子，其中，所述弹性体是硅橡胶。
15.根据权利要求1或2所述的绝缘子，其中，所述卷筒(5)是包括树脂的材料。
16.根据权利要求15所述的绝缘子，其中，所述树脂是环氧树脂。
17.根据权利要求16所述的绝缘子，其中，所述环氧树脂是玻璃纤维增强的环氧树脂。
18.一种制造绝缘子(1)的方法，所述方法包括将至少一个伞裙(2)挤制到卷筒(5)的外表面上，所述卷筒(5)限定沿着所述绝缘子的纵向轴线(3)的中央纵向通孔；
其中，所述伞裙(2)包括具有外围的非平坦的弯曲部(11)的伞裙末端(10)，所述弯曲部(11)由多个不同的曲率半径(R、r1、r2)限定并且包括所述伞裙的最远点，其中，所述弯曲部(11)在所述最远点处具有非平坦表面；
其中，在所述弯曲部(11)的所述最远点处的端部曲率半径(R)大于在所述最远点的一侧的第一曲率半径(r1)和在所述最远点的另一侧的第二曲率半径(r2)。
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