CN117368620A - 复合绝缘子老化实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种复合绝缘子老化实验装置，包括箱体、安装于所述箱体中的高压电极、接地电极、复合绝缘子固定装置以及应力加载模块，所述箱体用于提供实验所需的温度和湿度，所述高压电极与试验绝缘子的高压端金具连接，所述接地电极与试验绝缘子的低压端金具连接，试样绝缘子由所述复合绝缘子固定装置固定，所述应力加载模块经设置以向试样绝缘子施加横向应力。该复合绝缘子老化实验装置使得复合绝缘子能够在存在电场、温度、湿度作用的情况下被准确地施加横向应力，从而能够可靠地测试包括电场、温度、湿度和机械应力等多因素作用下对水分透过复合绝缘子硅橡胶护套过程的影响。
Description
技术领域
本发明涉及工业材料测试领域，特别是涉及一种复合绝缘子老化实验装置。
背景技术
复合绝缘子在线运行时，水分可能从外界进入绝缘子的护套-芯棒界面，如通过护套渗透或是通过金具压接界面渗入。在水、空气和强电场的作用下，复合绝缘子的芯棒发生水解、离子交换等现象，最终导致酥朽断裂。除此之外，不良护套-芯棒界面的局部放电和水分子极化损耗也是硅橡胶复合绝缘子异常发热现象的可能原因。
复合绝缘子在线运行时会受到温度变化、横风及导线振动等的影响，I型串绝缘子的护套在这些机械应力的作用下可能会产生一定形变；V型串能够减少风偏影响，但V型串绝缘子因其轴线与受力方向不是平行的，会因导线和自身重量而产生径向的应变，从而导致轴向的护套也产生应变。这些交变的机械应力会使护套硅橡胶产生交变的应变，从而不断对硅橡胶内部结构造成影响，而硅橡胶内部本身便具有大量的自由体积可供水分储存、移动，因此这些机械应力可能会对水分透过护套硅橡胶的过程造成影响，从而影响复合绝缘子的安全运行。
现有技术缺少能够研究包括机械应力在内的多因素作用下对水分透过硅橡胶护套过程的影响的实验箱。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种复合绝缘子老化实验装置，能够可靠地测试包括电场、温度、湿度和机械应力等多因素作用下对水分透过复合绝缘子硅橡胶护套过程的影响。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合绝缘子老化实验装置，包括箱体、安装于所述箱体中的高压电极、接地电极、复合绝缘子固定装置以及应力加载模块，所述箱体用于提供实验所需的温度和湿度，所述高压电极与试验绝缘子的高压端金具连接，所述接地电极与试验绝缘子的低压端金具连接，试样绝缘子由所述复合绝缘子固定装置固定，所述应力加载模块经设置以向试样绝缘子施加横向应力。
进一步地：
所述复合绝缘子固定装置包括支撑架，所述高压电极固定在所述支撑架上，所述接地电极固定在所述箱体的底部，所述高压电极和所述接地电极以足够的连接强度与试验绝缘子连接，从而在所述应力加载模块的作用下不会与试验绝缘子断开。
所述支撑架包括支撑杆和支撑台，所述支撑杆固定在所述箱体的底部，所述支撑台为绝缘材料，所述支撑杆固定支撑所述支撑台，所述支撑台为中心具有缺口而外围具有朝内的L形台阶的结构，所述高压电极设置在所述L形台阶上且所述高压电极的两端被所述L形台阶的相对侧壁卡住，位于所述支撑台下方的试样绝缘子通过所述缺口与所述高压电极固定连接。
所述支撑台为圆环形或内嵌圆形缺口的矩形，所述高压电极的形状及尺寸与所述支撑台相匹配。
通过竖直向下穿过所述高压电极的螺栓将所述高压电极固定于所述支撑台上。
所述应力加载模块包括电动缸、支架和推杆，所述电动缸通过所述支架固定安装在所述箱体上，所述电动缸与所述推杆相连，通过所述推杆将应力横向加载到试验绝缘子。
所述推杆的前端通过绝缘的推头与试验绝缘子接触。
所述电动缸通过所述支架安装在所述箱体的箱壁外侧，所述箱壁上开设有开口以供所述推杆伸入及退出所述箱体。
所述箱体为具有温度和湿度的调节功能的恒温恒湿箱。
所述箱体具有足以耐受试验最高电压而不被击穿的箱壁，穿过所述箱壁安装有用于通导线的绝缘套管，所述高压电极通过所述导线连接至外部的高压电源。
本发明具有如下有益效果：
本发明的复合绝缘子老化实验装置中，由箱体提供实验所需的温度和湿度，高压电极、接地电极分别与试验绝缘子的高压端金具、低压端金具连接，通过复合绝缘子固定装置固定试样绝缘子，由应力加载模块向试样绝缘子施加横向应力，由此设计，本发明的复合绝缘子老化实验装置使得复合绝缘子能够在存在电场、温度、湿度作用的情况下被准确地施加横向应力，从而能够可靠地测试包括电场、温度、湿度和机械应力等多因素作用下对水分透过复合绝缘子硅橡胶护套过程的影响。
优选的方案中，通过支撑杆与箱底、支撑台的紧密连接，支撑台通过螺栓与高压电极之间的紧密连接，以及电极与绝缘子金具之间的紧密连接，能够使得电动缸产生的应变作用于复合绝缘子上时，复合绝缘子的两个金具端均不会发生大的相对位移而施加应变部位产生位移，从而得到横向应变的效果。
优选的方案中，通过支撑台固定高压电极，使得电极在实验时不会产生较大位移；支撑台还可为高压电极和支撑杆之间提供足够的绝缘距离，使得实验时不会发生沿面闪络。实验时的安全性较好。
优选的方案中，实验箱体为恒温恒湿箱，使得试样绝缘子的老化温度、湿度可以调节；支撑架和电极的设计使得电场可以施加于试样绝缘子，且与正常运行状况下的电场方向一致；支撑架和应力加载模块使得横向机械应力可以被施加于试样绝缘子上，从而可以很好地模拟横风等因素造成的弯折。
本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
图1为本发明实施例的复合绝缘子老化实验装置的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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。
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一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本发明实施例提供一种复合绝缘子老化实验装置，包括箱体1、安装于所述箱体1中的高压电极51、接地电极52、复合绝缘子固定装置以及应力加载模块，所述箱体1用于提供实验所需的温度和湿度，所述高压电极51与试验绝缘子的高压端金具连接，所述接地电极52与试验绝缘子的低压端金具连接，试样绝缘子由所述复合绝缘子固定装置固定，所述应力加载模块经设置以向试样绝缘子施加横向应变。在典型的实施例中，试样绝缘子在箱体1内竖直安装，所述应力加载模块向试样绝缘子施加水平的应变。
本发明实施例的复合绝缘子老化实验装置使得复合绝缘子能够在存在电场、温度、湿度作用的情况下被准确地施加横向应力，从而能够可靠地测试包括电场、温度、湿度和机械应力等多因素作用下对水分透过复合绝缘子硅橡胶护套过程的影响。
如图1所示，在优选的实施例中，所述复合绝缘子固定装置包括支撑架，所述高压电极51固定在所述支撑架上，所述接地电极52固定在所述箱体1的底部，所述高压电极51和所述接地电极52以足够的连接强度与试验绝缘子连接，从而在所述应力加载模块的作用下不会与试验绝缘子断开。
上述优选的实施例中，高压电极51和接地电极52配合支撑架共同实现了对试验绝缘子的固定作用。高压电极51可通过铰接等方式与试验绝缘子的高压端金具连接，接地电极52可通过铰接等方式与试验绝缘子的低压端金具连接，且这两个连接点的连接强度保证在电动缸61的作用下不会断开连接。在其他实施例中，也可以使用其他支撑结构或固定装置来固定试验绝缘子，而不是依靠高压电极51和接地电极52的连接来固定试验绝缘子。
如图1所示，在进一步优选的实施例中，所述支撑架包括支撑杆41和支撑台42，所述支撑杆41固定在所述箱体1的底部，所述支撑台42为绝缘材料，所述支撑杆41固定支撑所述支撑台42，所述支撑台42为中心具有缺口而外围具有朝内的L形台阶的结构，所述高压电极51设置在所述L形台阶上且所述高压电极51的两端被所述L形台阶的相对侧壁卡住，位于所述支撑台42下方的试样绝缘子通过所述缺口与所述高压电极51固定连接。
在一些实施例中，所述支撑台42可以为圆环形或内嵌圆形缺口的矩形，所述高压电极51的形状及尺寸与所述支撑台42相匹配。
如图1所示，在更优选的实施例中，通过竖直向下穿过所述高压电极51的螺栓43将所述高压电极51固定于所述支撑台42上。
在一些实施例中，所述应力加载模块包括电动缸61、支架62和推杆63，所述电动缸61通过所述支架62固定安装在所述箱体1上，所述电动缸61与所述推杆63相连，通过所述推杆63将应力横向加载到试验绝缘子。
以下进一步描述本发明的具体实施例。
参阅图1，实验装置的箱体1采用恒温恒湿箱，内部尺寸足以容纳试验所需型号绝缘子、支撑架及电极。箱体1所采用的恒温恒湿箱具有温度、湿度的调节功能，温度、湿度的调节范围能够满足老化试验需求。恒温恒湿箱的箱壁足以耐受试验最高电压而不被击穿。为此，箱壁可以采用绝缘夹层。
绝缘套管2使用法兰固定等方式安装于箱壁上，安装位置可以为箱体1的顶部或侧壁上半部等。绝缘套管2的绝缘能力满足试验最高电压的要求。绝缘导线31与高压电极51相连，并通过绝缘套管2穿过箱壁，连接至高压电源。若箱体1的内壁与外壁之间导电，则接地线32与内壁相连，同时外壁通过另一根接地线连接至地。若箱体1的内壁与外壁之间不导电，则实验箱箱壁下半部可加装一个绝缘套管，绝缘套管满足试验绝缘要求，接地线通过另一个绝缘套管穿过箱壁，连接至地。
支撑架包括支撑杆41和支撑台42。支撑杆41通过螺纹连接等方式固定于箱体1底部，数量为3根或以上，能够保证支撑架在电动缸61作用下不会产生位移；支撑杆41的材质为金属或绝缘材料，不会被水腐蚀，且机械强度足以支撑电动缸带动绝缘子及高压电极51所产生的应力。42为支撑台，垂直方向上厚度大于高压电极，俯视和仰视形状为圆环或正方形内嵌圆形缺口，俯视时的内径大于仰视时的内径，形成L形的台阶；支撑台的设计使得高压电极51可以从支撑台上方置入支撑台中心，并将电极卡住；支撑台的材质为绝缘材料，不会被水腐蚀，且机械强度足以支撑电动缸带动绝缘子及高压电极51所产生的应力而不会变形，可尝试材料如聚四氟乙烯、硅酸盐陶瓷、氧化铝材料等。螺栓43竖直向下穿过高压电极51并将电极固定于支撑台42上。支撑杆41、支撑台42以及螺栓43固定高压电极51，使其能够在试验过程中不发生较大位移，固定结构本身不引起沿面闪络。
高压电极51形状为圆形或方形，与支撑台42的形状及尺寸相匹配，使其可以被固定于支撑台上。接地电极52的尺寸优选与高压电极51相同，通过螺栓连接等方式固定于实验箱箱体1底部。高压电极51与绝缘导线31相连，接地电极52与接地线32相连。高压电极的下端通过铰接等方式与试验绝缘子的高压端金具连接，接地电极的上端通过铰接等方式与试验绝缘子的低压端金具连接，这两个连接点的连接强度保证在电动缸的作用下不会断开连接。
应力加载模块包括电动缸61、支架62及推杆63。电动缸61能设置动作频率与行程长度，通过支架62连接电动缸61和实验箱箱体1，将电动缸固定于箱壁。支架及连接点具有足够的机械强度，使得电动缸对试样施加应力时，电动缸与实验箱之间不会发生位移或脱落。推杆63为电动缸上向外施加应力的部位，实际使用时推杆端部连接绝缘子或是环氧树脂制成的圆柱状推头等其他部件，使得推杆与试样绝缘子之间具有一定绝缘水平；除此之外，为确保应力水平作用于试样绝缘子上，推杆及推头通过实验箱箱壁上大小合适的开口进入及退出实验箱，推杆所连接的绝缘部件与试样绝缘子接触的部位还可使用胶粘等方式进行一定程度的固定。胶粘在不施加位移的情况下进行。
该装置使得复合绝缘子能够被施加横向应变，且使得施加于复合绝缘子上的横向应变准确，且实验可以在电场、温度、湿度和机械应力等多因素作用下进行。
优选的实施例中，通过支撑杆与箱底、支撑台的紧密连接，支撑台通过螺栓与高压电极之间的紧密连接，以及电极与绝缘子金具之间的紧密连接，能够使得电动缸产生的应变作用于复合绝缘子上时，复合绝缘子的两个金具端均不会发生大的相对位移而施加应变部位产生位移，从而得到横向应变的效果。
优选的实施例中，通过支撑台固定高压电极，使得电极在实验时不会产生较大位移；支撑台还可为高压电极和支撑杆之间提供足够的绝缘距离，使得实验时不会发生沿面闪络。实验时的安全性较好。
优选的实施例中，实验箱体为恒温恒湿箱，使得试样绝缘子的老化温度、湿度可以调节；支撑架和电极的设计使得电场可以施加于试样绝缘子，且与正常运行状况下的电场方向一致；支撑架和应力加载模块使得横向机械应力可以被施加于试样绝缘子上，从而可以很好地模拟横风等因素造成的弯折。
一个示例性的测试过程如下：
步骤1： 确保恒温恒湿箱处于断电状态，确保高压电源处于分闸及关闭状态，确认装置接地线状态是否良好。
步骤2： 将绝缘子使用铰接等方式固定于高压电极与接地电极之间，使用螺栓将高压电极固定于绝缘支撑架上。
步骤3： 设置电动缸的动作频率及行程长度，使绝缘子径向的最大弯曲达到老化试验要求。
步骤4： 调节恒温恒湿箱的温度和湿度，直至达到老化试验要求。
步骤5： 根据仿真结果，调节高压电源的电压至指定值，使高压电极与接地电极间电场强度达到老化试验要求。
步骤6： 达到试验时长后，逐渐降低电源电压至0，然后关闭电源电压。对装置外壳进行接地放电操作后，将恒温恒湿箱与电动缸断电。取出绝缘子进行后续分析。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“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。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。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，包括箱体、安装于所述箱体中的高压电极、接地电极、复合绝缘子固定装置以及应力加载模块，所述箱体用于提供实验所需的温度和湿度，所述高压电极与试验绝缘子的高压端金具连接，所述接地电极与试验绝缘子的低压端金具连接，试样绝缘子由所述复合绝缘子固定装置固定，所述应力加载模块经设置以向试样绝缘子施加横向应力。
2.如权利要求1所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述复合绝缘子固定装置包括支撑架，所述高压电极固定在所述支撑架上，所述接地电极固定在所述箱体的底部，所述高压电极和所述接地电极以足够的连接强度与试验绝缘子连接，从而在所述应力加载模块的作用下不会与试验绝缘子断开。
3.如权利要求2所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述支撑架包括支撑杆和支撑台，所述支撑杆固定在所述箱体的底部，所述支撑台为绝缘材料，所述支撑杆固定支撑所述支撑台，所述支撑台为中心具有缺口而外围具有朝内的L形台阶的结构，所述高压电极设置在所述L形台阶上且所述高压电极的两端被所述L形台阶的相对侧壁卡住，位于所述支撑台下方的试样绝缘子通过所述缺口与所述高压电极固定连接。
4.如权利要求3所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述支撑台为圆环形或内嵌圆形缺口的矩形，所述高压电极的形状及尺寸与所述支撑台相匹配。
5.如权利要求3所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，通过竖直向下穿过所述高压电极的螺栓将所述高压电极固定于所述支撑台上。
6.如权利要求1至5任一项所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述应力加载模块包括电动缸、支架和推杆，所述电动缸通过所述支架固定安装在所述箱体上，所述电动缸与所述推杆相连，通过所述推杆将应力横向加载到试验绝缘子。
7.如权利要求6所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述推杆的前端通过绝缘的推头与试验绝缘子接触。
8.如权利要求6所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述电动缸通过所述支架安装在所述箱体的箱壁外侧，所述箱壁上开设有开口以供所述推杆伸入及退出所述箱体。
9.如权利要求1至5任一项所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述箱体为具有温度和湿度的调节功能的恒温恒湿箱。
10.如权利要求1至5任一项所述的复合绝缘子老化实验装置，其特征在于，所述箱体具有足以耐受试验最高电压而不被击穿的箱壁，穿过所述箱壁安装有用于通导线的绝缘套管，所述高压电极通过所述导线连接至外部的高压电源。
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