CN202996437U - 电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，该复合绝缘子包括芯棒（1）、设置在芯棒（1）两端的金具（2）和覆盖设置在芯棒（1）外侧的带有多个伞裙（3）的护套（4），金具（2）与护套（4）的接口部位固化成型有密封结构（5），护套（4）上的伞裙（3）包括与芯棒（1）同轴设置的多个大伞形凸起（31），大伞形凸起（31）的伞伸出为30mm～65mm。本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子污闪电压高，在使用过程中可防止发生脆断，同时具有防鸟害、防鼠害、抗风沙、抗外力破坏和可攀踏等性能。

Description

电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子

技术领域

本实用新型涉及一种复合绝缘子，尤其涉及一种电气化铁路牵引变电中应用的棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子。

背景技术

复合绝缘子因其在重量、测零值、耐污闪电压等方面相比瓷质绝缘子有很大的优越性而受到行业的青睐，尤其是污闪电压高这一特点。研究发现，复合绝缘子的伞裙结构与污闪电压之间存在一定的关系，使得其他条件相同但伞裙结构不同的复合绝缘子其污闪电压不同。

伞径对复合绝缘子污闪特性的影响如下：伞径加大，则复合绝缘子的等效直径增大，对污闪特性有消极影响，虽然复合绝缘子的爬电距离相应增大，在一定程度上可以提高污闪电压，但是提高的程度有限，反而导致爬电距离的利用率相对降低，并且过大的伞径会消耗过多的材料，不具有经济效益；伞径过小则会导致泄漏距离的不足，因此选择伞径的首要原则是，在保证整支绝缘子满足泄漏距离的前提下选择具有经济效益的伞径。

伞间距对复合绝缘子污闪特性的影响如下：伞间距增大，首先可以提高复合绝缘子的积污特性；其次，可以有效地抑制伞间桥接，防止严重覆冰覆雪以及阻滞电弧的串接；第三，可以提升爬电距离的利用率；但是增大的前提是保证整支复合绝缘子具有充足的爬电距离。伞间距减小，在绝缘高度一定的情况下可以提高复合绝缘子的爬电距离，但是污闪电压并不随爬电距离的增加而线性增长，伞间距过小，伞间容易发生桥接，爬电距离的利用率相对降低。

据不完全统计，国内电力系统发生的绝缘子脆断事故已达多起，脆断往往发生在复合绝缘子场强集中的高压端，发生脆断事故的复合绝缘子一般都存在护套、端部密封破损的情况。一般认为：脆断发生的概率很小，无法预防，无法检测，对接触网的危害极大。所以复合绝缘子端部密封设计质量的好坏和工艺质量的好坏是杜绝复合绝缘子发生脆断事故的关键。

电气化铁路接触网用复合绝缘子运行地理范围广，不同地区具有其地理特殊性，从而造成运行工况复杂，同时复合绝缘子在运输、安装与维护过程存在外界不确定因素，从而影响复合绝缘子的安全运行。

另外，复合绝缘子在接触网上运行，将受到机电负荷的长期作用，复合绝缘子的机械强度随时间推移而降低，造成这一现象的主要原因是芯棒材料本身具有蠕变特性，同时如果压接过程中压接参数设计不合理，造成金具和芯棒之间的压接区应力过于集中，在长期机电负荷的作用下，复合绝缘子机械强度下降速度会加快。GB/T19519附录A复合绝缘子机械拉伸负荷-时间试验原理中，用复合绝缘子强度-时间曲线对复合绝缘子的蠕变衰减做了规定：衰减曲线斜率不得超过8%。为确保复合绝缘子产品的机械可靠性，必须找出满足条件的压接参数。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，使其污闪电压高，在使用过程中防止发生脆断，同时具有防鸟害、防鼠害、抗风沙、抗外力破坏和可攀踏等性能。

为达到上述目的，本实用新型的一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的具体技术方案为：

一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，包括芯棒、设置在芯棒两端的金具和覆盖设置在芯棒外侧的带有多个伞裙的护套，金具与护套的接口部位固化成型有密封结构，护套上的伞裙包括与芯棒同轴设置的多个大伞形凸起，大伞形凸起的伞伸出为30mm～65mm。

进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有多个小伞形凸起，小伞形凸起与芯棒同轴设置。

进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有两个小伞形凸起。

进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有一个小伞形凸起。

进一步，大伞形凸起和小伞形凸起的伞伸出之差大于15mm。

进一步，伞形凸起的伞伸出是复合绝缘子的伞裙外沿与护套之间的径向距离，大伞形凸起的伞间距与伞伸出之比大于0.8。

进一步，护套上的伞裙的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。

进一步，金具与护套的接口部位固化成型的密封结构位于金具的外表面上。

相比现有技术，本实用新型的一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的有益效果如下：

（1）通过对伞形凸起的伞伸出、大小伞型凸起的伞伸出之差以及伞间距与伞伸出之比的合理设定，以及积污特性的仿真分析，达到复合绝缘子污闪特性最佳的效果；

（2）棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的伞套采用HCEP（HydrophobicCycloaliphatic Epoxy：憎水性脂环族环氧化合物）材料在金具外表面上通过高温度、高压力、长时间下固化成型密封结构，实现了复合绝缘子的高强度的密封，防止复合绝缘子在使用过程中发生脆断事故；

（3）棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子采用HCEP材料，提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄、鼠咬对复合绝缘子伞套的破坏。同时工程人员施工过程中必要时在一定范围内可以踩踏在伞裙上，从而便利了施工，提高了工程人员施工过程中的安全系数。

附图说明

图1为本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的第二实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子做进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子包括芯棒1、设置在芯棒1两端的金具2（金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换）以及覆盖设置在芯棒1外侧的带有多个伞裙3的护套4，在所述金具2与护套4的接口部位，具体为接口部位处的金具2的外表面上固化成型有密封结构5。

其中，所述护套4上的伞裙3的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。进一步，参见图1，本实用新型中的护套4上的伞裙3包括与芯棒1同轴设置的多个大伞形凸起31（彼此之间直径相等），大伞形凸起31的伞伸出（伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离）为30mm～65mm，且本实用新型中的大伞形凸起31的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。

另外，参见图1，本实用新型中在相邻的大伞形凸起31之间还设置有多个小伞形凸起32（彼此之间直径相等），本实施例中设置在两相邻的大伞形凸起31之间的小伞形凸起32优选为两个，其中，大、小伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm。

本实用新型中的伞套优选采用HCEP（Hydrophobic CycloaliphaticEpoxy：憎水性脂环族环氧化合物）材料，从而使本实用新型的棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时，提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对复合绝缘子伞套的破坏，并且在一定范围内使复合绝缘子具有了可攀踏性能，提高了施工过程中的安全系数。而且伞套与金具之间（具体为金具的外表面上）固化成型的密封结构也可采用HCEP材料，以实现复合绝缘子的高强度的密封。

图3中示出了本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的第二实施例。其中，在此实施例中棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子也包括芯棒1、设置在芯棒1两端的金具2（金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换）以及覆盖设置在芯棒1外侧的带有多个伞裙3的护套4，在所述金具2与护套4的接口部位，具体为接口部位处的金具2的外表面上固化成型有密封结构5。

其中，所述护套4上的伞裙3的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。进一步，本实用新型中的护套4上的伞裙3包括与芯棒1同轴设置的多个大伞形凸起31（彼此之间直径相等），大伞形凸起31的伞伸出（伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离）为30mm～65mm，且本实用新型中的大伞形凸起31的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。应注意的是，本实施例中设置在两相邻的大伞形凸起31之间的小伞形凸起32为一个，其中，大、小伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm。

图4中示出了本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子的第三实施例。其中，在此实施例中棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子也包括芯棒1、设置在芯棒1两端的金具2（金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换）以及覆盖设置在芯棒1外侧的带有多个伞裙3的护套4，在所述金具2与护套4的接口部位，具体为接口部位处的金具2的外表面上固化成型有密封结构5。

其中，所述护套4上的伞裙3的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。进一步，本实用新型中的护套4上的伞裙3包括与芯棒1同轴设置的多个大伞形凸起31（彼此之间直径相等），大伞形凸起31的伞伸出（伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离）为30mm～65mm，且本实用新型中的大伞形凸起31的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。应注意的是，本实施例中两相邻的大伞形凸起31之间没有设置小伞形凸起32。

另外，本实用新型所述的棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子在电气化铁路牵引变电线路上运行，将受到机电负荷的长期作用，复合绝缘子的机械强度随时间推移而降低，造成这一现象的主要原因是芯棒材料本身具有蠕变特性，同时如果压接过程中参数设计不合理，造成金具和芯棒之间的压接区应力过于集中，在长期负荷作用下，绝缘子机械强度下降速度会加快。GB/T19519附录A复合绝缘子机械拉伸负荷-时间试验原理中用绝缘子强度-时间曲线对复合绝缘子的蠕变衰减做了规定：衰减曲线斜率不得超过8%。

为确保复合绝缘子产品的机械可靠性，本实用新型力争把复合绝缘子的蠕变特性曲线斜率降到4%，通过大量试验做出不同的端部金具压接强度对应的绝缘子强度-时间曲线斜率，并找出-时间曲线斜率为4%时对应的压接参数。

复合绝缘子的机械强度与负荷施加时间的对数关系曲线的斜率可以通过3个时间点破坏试验做出：1min平均破坏负荷、24h平均破坏负荷、96h平均破坏负荷。试验过程中1min破坏负荷很容易测得，而24h和96h的破坏负荷则不易测得。因此对24h和96h的破坏负荷做一下改变，即把24h和96h的破坏负荷试验改为24h和96h耐受试验，只要复合绝缘子能过耐受0.74Mav和0.73Mav（曲线的斜率不超过每时间对数刻度的4%）24h和96h，那么就认为蠕变特性曲线斜率最大为4%，复合绝缘子产品拥有更高的机械可靠性。

1min破坏负荷试验：采用3支相同复合绝缘子进行破坏负荷试验，求出平均破坏值Mav和标准偏差б。按照国际经验当试验支数不小于10，可以算出较精确的标准偏差б作为试验数据，如果试验支数为3，则用作试验数据的标准偏差б取0.08Mav。

24h和96h耐受试验：对于24h的耐受试验仍然采用3支复合绝缘子，根据蠕变特性曲线斜率4%的要求，得出24h对数时刻对应的破坏负荷值M24，只要复合绝缘子能够承受M24的拉伸负荷24h，就可以认为复合绝缘子的蠕变特性曲线斜率至少为4%。

T24=Lg（24×60）=3.16

M24=（1-3.16×0.04）Mav=0.87Mav

根据高斯分布原理，3支复合绝缘子通过概率为90%的24h耐受试验负荷为：

0.87Mav（1-1.82×0.08）=0.74Mav

对于96h耐受试验，同理可以得出3支复合绝缘子通过率为90%的96h耐受试验负荷为：

T96=Lg（96×60）=3.76

M24=（1-3.76×0.04）Mav=0.85Mav

0.85Mav（1-1.82×0.08）=0.73Mav

通过这三个点就可以画出斜率最大为4%的复合绝缘子的蠕变特性曲线，而对应这个曲线的复合绝缘子的端部金具压接参数，就是理想的压接参数。

在4%衰减斜率的压接参数下，压接生产3支相同复合绝缘子进行1.2SML的24h耐受试验：

24h时间对数刻度为：

T24=Lg（24×60）=3.16

50年时间对数刻度为：

T24=Lg（50×365×24×60）=7.42

如果24h的耐受1.2SML，则以4%衰减斜率，50年后复合绝缘子产品的机械负荷为：

1.2SML[1-(7.42-3.16)×0.04]＝1SML

可知以4%衰减斜率，50年后复合绝缘子产品还至少具有额定机械负荷的拉伸负荷值。

1.2SML耐受24h后，对产品进行机械拉伸破坏试验，可以加以验证。

本实用新型的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子可依据此方法确定压接参数。

综上所述，本实用新型所述的一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子通过对伞裙结构、伞间距、伞间距与伞伸出之比、大小伞型凸起的伞伸出之差、爬电系数以及剖面系数的合理设计，同时利用积污特性的仿真分析计算，优化伞裙结构，得到污闪特性最佳的效果。

通过伞套用HCEP材料在金具外表面上的高温度、高压力、长时间固化成型密封结构，实现了复合绝缘子的高强度的密封，防止复合绝缘子在使用过程中发生脆断事故；伞套用HCEP材料具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能，同时具有较高的机械强度，从而本实用新型的棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄、鼠咬对复合绝缘子伞套的破坏，并且在一定范围内使复合绝缘子具有了可攀踏性能，便利了工程人员的施工，提高了施工过程中的安全系数；并且通过一种间接的方法确定金具与芯棒的压接参数，使得其满足蠕变特性曲线斜率的要求。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (8)

1.一种电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，包括芯棒（1）、设置在芯棒（1）两端的金具（2）和覆盖设置在芯棒（1）外侧的带有多个伞裙（3）的护套（4），金具（2）与护套（4）的接口部位固化成型有密封结构（5），护套（4）上的伞裙（3）包括与芯棒（1）同轴设置的多个大伞形凸起（31），大伞形凸起（31）的伞伸出为30mm～65mm。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起（31）之间设置有多个小伞形凸起（32），小伞形凸起（32）与芯棒（1）同轴设置。

3.根据权利要求2所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起（31）之间设置有两个小伞形凸起（32）。

4.根据权利要求2所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起（31）之间设置有一个小伞形凸起（32）。

5.根据权利要求3或4所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，大伞形凸起（31）和小伞形凸起（32）的伞伸出之差大于15mm。

6.根据权利要求1所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，伞形凸起的伞伸出是复合绝缘子的伞裙外沿与护套之间的径向距离，大伞形凸起（31）的伞间距与伞伸出之比大于0.8。

7.根据权利要求1所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，护套（4）上的伞裙（3）的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。

8.根据权利要求1所述的电气化铁路牵引变电用棒形悬垂耐张聚合物复合绝缘子，其特征在于，金具（2）与护套（4）的接口部位固化成型的密封结构（5）位于金具（2）的外表面上。

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