[发明专利]一种能提高外绝缘电气强度的绝缘子

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气强度高的线路绝缘子、支柱绝缘子以及套管绝缘子。

背景技术

电力系统由电能的产生、电能的输送以及电能的使用等三部分组成。电能的输送需要一整套设备，这套设备主要包括有输电线、杆塔、绝缘子和变压器，其中绝缘子是用来固定输电线，并使其对大地保持一定绝缘距离的设备。

绝缘子按用途可以分成三种主要形式：线路绝缘子、支柱绝缘子和套管绝缘子。线路绝缘子是固定架空输电线路的绝缘部件，支柱绝缘子是支承高压电气设备带电部分的绝缘部件，套管绝缘子是将带电导体穿过高压电气设备金属外壳或母线穿过墙壁时的绝缘部件。

线路绝缘子的结构随着输电电压的升高以及绝缘材料的进步而变化。当输电电压较低时，可以使用图1中的针式绝缘子13，由于这种绝缘子是“可击穿型”绝缘子，所以目前许多地区开始使用线路柱式绝缘子，根据使用的绝缘材料不同，有图2中的瓷质材料线路柱式绝缘子14，图3中的复合材料线路柱式绝缘子15。

当输电趋向于更高的电压时，线路绝缘子一般使用图4中的瓷质和玻璃盘形悬式绝缘子16以及图5中的由它们组成的绝缘子串17所示。由于电瓷生产工艺和有机材料的发展，瓷质和复合材料棒形悬式绝缘子也开始推广，如图6中的瓷质棒形悬式绝缘子18、图7中的复合材料棒形悬式绝缘子19。随着输电电压的进一步升高，图8中的瓷质棒形悬式绝缘子串20也开始使用。

为了保护图9中的棒形悬式绝缘子21和图10中的绝缘子串22在闪络时免于损害，并且在正常电压下使电压分布均匀，常使用图9中的上均压环10(也称保护金具)，图10中的下均压环11。

支柱绝缘子如图11中的电站支柱绝缘子23，在电压等级较高时，常用几个支柱绝缘子组装成图12中的绝缘子柱24，由于沿绝缘子表面的电压分布不均匀，因此一般采用图12中的上均压环10。

目前套管绝缘子采用图13中的瓷套管绝缘子25，近年来复合材料外套因其轻便和耐污，所以上述套管也可以用复合材料代替。

空气的绝缘特性广泛被应用于高压电气设备的绝缘中，绝缘子电气强度的破坏通常分为绝缘子内部发生的破坏性放电和沿绝缘子外表面的空气放电。在运行过程中，为了避免绝缘子内部被击穿，要求绝缘材料的击穿电压必须比表面放电电压高出1.5倍左右，因此绝缘子的电气强度通常取决于后者。由于绝缘子的表面闪络是沿其表面的空气放电的结果，又由于暴露在空气中的绝缘子表面的绝缘称为外绝缘，所以绝缘子的电气强度常称为绝缘子的外绝缘强度，要研究绝缘子的外绝缘强度，就要深入研究气体放电的理论。

最早的绝缘子于1844年出现在美国的华盛顿与巴尔的摩之间的长40英里有线通讯线路中。最早的输电线绝缘子出现在1897年，它是在电信绝缘子的基础上发展起来的，在结构上与电信绝缘子没有任何区别，在输电线绝缘子诞生的1897年，气体放电理论根本还未出现。

最早的气体放电理论是英国科学家汤逊(J·S·Townsend)于1903年提出的，而在此时已有电压等级为20kV的绝缘子运行在电网中，遗憾的是，汤逊气体放电理论的出现并没有成为当时绝缘子的新的设计思想，绝缘子的结构仍然与59年之前诞生之初相同。

汤逊气体放电理论只适合于低气压的情况。1939年雷特(H·Rlether)和米克(J·M·Meek)两人共同提出了一种适合大气条件下的气体放电理论——流注理论。而此时绝缘子的电压等级已发展到287kV，遗憾的是这种新的放电理论仍然被绝缘子领域排除在外。

上述汤逊气体放电理论和流注理论的前提是电极之间为均匀电场，而在高压电气设备的绝缘结构中，电场大多数都属于极不均匀电场。在极不均匀电场中的气体放电与均匀电场时有显著不同，例如电极间隙在完全击穿以前，在曲率半径较小的电极附近常产生电晕放电。电晕放电起源于一个电极，但是不到达另一个电极，而且不断变更位置。在放电的这一阶段，空间电荷的存在具有特别重要的意义。

在极不均匀电场中，还存在长间隙放电的问题，当绝缘子两电极之间的绝缘距离超过一米时，流注的发展不足以贯穿间隙两端，这时流注放电会发展为比流注过程更为强烈、更为炽热的热电离通道，这种热电离的通道人们称为先导。在长间隙下，整个间隙的击穿过程是在流注放电的基础上再由先导贯穿整个间隙，最后导致主放电来完成的。