专利名称：一种电场分布均匀的特高压合成绝缘子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电场分布均勻的特高压合成绝缘子，属于电工材料技术领域。
背景技术：
在高压输变电系统中，绝缘是最为关键的核心问题之一；系统电压等级越高，绝缘问题的重要性和困难度均越加显著。硅橡胶合成绝缘子是电力系统中最广泛应用的绝缘设备，在使用过程中承受的电压分布往往极不均勻。在绝缘子的高压端部分，所承受的电场强度要远远超出整体电场强度的平均值，甚至达到平均值的数倍，由此带来了一系列不利的影响，尤其是材料老化的问题。硅橡胶作为有机聚合物类电介质材料，承受的电场强度越大，其老化速度往往更快，程度也更为严重，由此会对系统的长期安全稳定运行带来极大的威胁。系统电压等级越高，绝缘子电场分布不均勻的问题也越严重。为了改善复合绝缘子整体电压分布的均勻程度，缓和局部的高电场强度，目前最常用的技术手段是在绝缘子电极端布置均压环。这一措施对于缓和绝缘子不均勻电场具有一定效果，但会显著增加设备制造的复杂度和困难度，而均压效果并不能达到比较理想的程度。例如，某IOOOkV特高压线路合成绝缘子设计方案中，绝缘子伞径200mm，而均压环外径达到800mm、截面直径要求100mm，极大地增加了绝缘子对线路杆塔在空间尺寸和承重能力方面的要求；即使采取上述均压措施后，绝缘子轴向电场强度的最大最小数值之比仍然高达6倍以上。
发明内容
本发明的目的是提出一种电场分布均勻的特高压合成绝缘子，在绝缘子串高压电极端采用一种新型非线性复合材料制备的绝缘子替代传统硅橡胶材料的绝缘子，以改善绝缘子串整体电场分布不均勻性。本发明提出的电场分布均勻的特高压合成绝缘子，包括接地电极端和均压环、硅橡胶绝缘子、非线性特性绝缘子以及固定导线的高压电极端和均压环，硅橡胶绝缘子和非线性特性绝缘子相互连接，所述的接地电极端和均压环置于硅橡胶绝缘子的端部，所述的固定导线的高压电极端和均压环置于非线性特性绝缘子的端部；所述的硅橡胶绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的4/5，所述的非线性特性绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的 1/5。上述特高压合成绝缘子中，所述的非线性特性绝缘子的材料为硅橡胶基绝缘复合材料，该复合材料的制备方法是将具有压敏特性的氧化锌粉体填充到硅橡胶材料中，氧化锌粉体与硅橡胶的体积比为氧化锌粉体硅橡胶=(0. 4 0. 6) 1。本发明提出的电场分布均勻的特高压合成绝缘子，采用新型非线性复合材料制备绝缘子单体，与传统硅橡胶绝缘子单体混合组装成新型特高压用合成绝缘子，能够显著改善特高压绝缘子整体电场分布的不均勻性，提高特高压绝缘子在运行过程中的安全可靠性和使用寿命。采用本发明提出的特高压合成绝缘子，可以进一步调整绝缘子均压环部分的结构设计，减小均压环尺寸甚至取消，极大地减小特高压绝缘子设计生产安装的难度与成本。
图1是本发明提出的电场分布均勻的特高压合成绝缘子的结构示意图。图1中，1是连接杆塔等固定结构的接地电极端及其均压环，2是传统硅橡胶绝缘子部分(占总长度的4/5)，3是非线性特性绝缘子部分(占总长度的1/5)，4是固定导线的高压电极端及其均压环，5是实物效果图。
具体实施例方式本发明提出的电场分布均勻的特高压合成绝缘子，其结构如图1所示，包括接地电极端和均压环1、硅橡胶绝缘子2、非线性特性绝缘子3以及固定导线的高压电极端和均压环5，硅橡胶绝缘子2和非线性特性绝缘子3相互连接。接地电极端和均压环1置于硅橡胶绝缘子2的端部。固定导线的高压电极端和均压环4置于非线性特性绝缘子3的端部。 硅橡胶绝缘子2占特高压合成绝缘子总长度的4/5，非线性特性绝缘子3占特高压合成绝缘子总长度的1/5。上述特高压合成绝缘子中，所述的非线性特性绝缘子的材料为硅橡胶基绝缘复合材料，该复合材料的制备方法是将具有压敏特性的氧化锌粉体填充到硅橡胶材料中，氧化锌粉体与硅橡胶的体积比为氧化锌粉体硅橡胶=(0. 4 0. 6) 1。本发明的特高压合成绝缘子，采用一种具有非线性介电特性的，非线性特性绝缘子的材料制备成新型非线性特性绝缘子单体。该材料具备显著的非线性介电特性，在无外加偏压时材料介电常数与硅橡胶接近；随着偏置电压升高，材料介电常数缓慢增长；当外加偏压超过临界阈值(100 300V/mm)后，材料介电常数呈现指数量级快速增长的趋势，数值很快达到几百。用该材料制备绝缘子单体的具体工艺设备和程序，与传统硅橡胶绝缘子单体完全类似。制备的新型非线性特性绝缘子单体长度约为1.5m，是特高压合成绝缘子整体长度 (不含金具部分的总长度约为7. 5m左右)的1/5左右。本发明采用新型非线性特性绝缘子单体与传统硅橡胶绝缘子单体混合组装特高压用合成绝缘子，非线性特性绝缘子单体长度约为特高压合成绝缘子整体长度(不含金具部分)的1/5，置于固定导线的高压电极端；传统硅橡胶绝缘子单体长度约为特高压合成绝缘子整体长度(不含金具部分)的4/5，置于连接杆塔等固定结构的接地电极端。新型非线性特性绝缘子单体占特高压合成绝缘子整体长度的比例可以根据绝缘子实际运行过程所处空间电场的不均勻分布状况进行针对性的设计调整。组装本发明提出的特高压合成绝缘子所需的其它部件(金具、芯棒等)与传统硅橡胶合成绝缘子完全相同，组装过程涉及的工艺设备和程序也完全相同。组装后的特高压合成绝缘子整体结构如图1所示。本发明提出的特高压合成绝缘子，能够显著改善特高压绝缘子整体电场分布的不均勻性，提高特高压绝缘子在运行过程中的安全可靠性和使用寿命；比全部采用传统硅橡胶绝缘子的设计方案，该新型绝缘子轴向电场强度的最大最小数值之比不到3倍，该比值比采用均压措施的传统绝缘子减小约一半。以下介绍本发明的一个实施例(1)采用新型非线性复合材料制备绝缘子单体采用一种具有非线性介电特性的硅橡胶基绝缘复合材料，进行新型非线性特性绝缘子单体的制备。该材料采用具有压敏特性的ZnO粉体填充到传统硅橡胶材料中，ZnO粉体与硅橡胶的体积比为0.5 1。该材料具备显著的非线性介电特性，在无外加偏压时材料介电常数与硅橡胶接近；随着偏置电压升高，材料介电常数缓慢增长；当外加偏压超过临界阈值O00V/mm)后，材料介电常数呈现指数量级快速增长的趋势，数值很快达到200以上。用该材料制备绝缘子单体的具体工艺设备和程序，与传统硅橡胶绝缘子单体完全类似。制备的新型非线性特性绝缘子单体长度1. 5m。(2)采用新型非线性特性绝缘子单体与传统硅橡胶绝缘子单体混合组装特高压用合成绝缘子新型非线性特性绝缘子单体长度1. 5m，为特高压合成绝缘子整体长度(不含金具部分)的1/5，置于固定导线的高压电极端；传统硅橡胶绝缘子单体长度6m，为特高压合成绝缘子整体长度(不含金具部分)的4/5，置于连接杆塔等固定结构的接地电极端。组装新型特高压合成绝缘子所需的其它部件(金具、芯棒等)与传统硅橡胶合成绝缘子完全相同，组装过程涉及的工艺设备和程序也完全相同。对组装后的新型特高压合成绝缘子进行仿真分析和试验，相关结果表明该新型绝缘子轴向电场强度的最大最小数值之比不到3倍，比全部采用传统硅橡胶绝缘子的设计方案减小约一半；在相同试验条件下，绝缘子高压电极端的可见电晕明显减弱、可听噪声明显降低；电晕电流显著减小，而泄漏电流未显著增加，表明绝缘子整体绝缘性能基本未受影响。
权利要求
1.一种电场分布均勻的特高压合成绝缘子，其特征在于该特高压合成绝缘子包括接地电极端和均压环、硅橡胶绝缘子、非线性特性绝缘子以及固定导线的高压电极端和均压环， 硅橡胶绝缘子和非线性特性绝缘子相互连接，所述的接地电极端和均压环置于硅橡胶绝缘子的端部，所述的固定导线的高压电极端和均压环置于非线性特性绝缘子的端部；所述的硅橡胶绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的4/5，所述的非线性特性绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的1/5。
2.如权利要求1所述的特高压合成绝缘子，其特征在于其中所述的非线性特性绝缘子的材料为硅橡胶基绝缘复合材料，该复合材料的制备方法是将具有压敏特性的氧化锌粉体填充到硅橡胶材料中，氧化锌粉体与硅橡胶的体积比为氧化锌粉体硅橡胶=(0.4 0.6) 1。
全文摘要
本发明涉及一种电场分布均匀的特高压合成绝缘子，属于电工材料技术领域。本特高压合成绝缘子中，硅橡胶绝缘子和非线性特性绝缘子相互连接，所述的接地电极端和均压环置于硅橡胶绝缘子的端部。固定导线的高压电极端和均压环置于非线性特性绝缘子的端部；所述的硅橡胶绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的4/5。非线性特性绝缘子占特高压合成绝缘子总长度的1/5。本发明提出的特高压合成绝缘子，采用非线性复合材料制备绝缘子单体，与传统硅橡胶绝缘子单体混合组装而成，能够显著改善特高压绝缘子整体电场分布的不均匀性，提高运行过程中的安全可靠性和使用寿命，减小均压环尺寸甚至取消，极大地减小特高压绝缘子设计生产安装的难度与成本。
文档编号H01B19/00GK102298996SQ20111025478
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者何金良, 余占清, 张波, 曾嵘, 殷禹, 胡军, 谢竟成 申请人:中国电力科学研究院, 清华大学