專利名稱：高壓絕緣體和使用所述絕緣體的高壓電力線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓絕緣體，其可用于保護(hù)電廠或高空電力線和電力網(wǎng)絡(luò)中的高 壓導(dǎo)體。本發(fā)明還涉及一種使用這種絕緣體的高壓電力線(HEPL)。
背景技術(shù)：
已知的高壓支撐絕緣體包括絕緣肋式芯(特別是由陶瓷制成的)，該絕緣肋式芯 具有脊部以及在其端部具有用于將絕緣體固定到高壓導(dǎo)體和支撐結(jié)構(gòu)上的金屬凸緣(參 考High voltage techniques. Ed. D. V. Razevig,Moscow," Energiya" Publishing House, 1976，p. 78)?，F(xiàn)有技術(shù)的絕緣體的缺點(diǎn)包括在雷電過(guò)電壓的情況下，金屬凸緣之間的空氣間隙 會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)，然后在施加到高壓導(dǎo)體上的操作頻率電壓的影響下，閃絡(luò)會(huì)轉(zhuǎn)換為操作頻率 的電弧，從而可能破壞絕緣體。還已知一種用于保護(hù)上述絕緣體不出現(xiàn)這樣的電弧的技術(shù)方案。該方案 包括利用所謂的保護(hù)間隙(見(jiàn) “High voltage techniques". Ed. D. V. Razevig, Moscow, “ Energiya" Publishing House，1976，p. 287)，所述保護(hù)間隙利用金屬棒形成， 金屬棒與絕緣體以并聯(lián)方式電連接，且在棒之間形成火花放電空氣間隙。每個(gè)火花放電間 隙的長(zhǎng)度小于沿絕緣體表面的泄露路徑，且小于空氣間的閃絡(luò)的長(zhǎng)度。因此，在過(guò)電壓的情 況下，不是跨越絕緣體形成閃絡(luò)，而是跨越棒之間的空氣間隙形成閃絡(luò)，從而操作頻率的電 弧在棒之間燃燒，而不跨越絕緣體表面。利用這種保護(hù)間隙的絕緣體的缺點(diǎn)包括跨越間隙 的閃絡(luò)導(dǎo)致連接電網(wǎng)的短路的事實(shí)，因此必須緊急關(guān)閉包含特定絕緣體的高壓電廠。還已知一種包括兩個(gè)絕緣體的絕緣體串，其中兩個(gè)絕緣體在其金屬連接端上固定 有作為防止電弧形成的保護(hù)裝置的棒。與上述絕緣體相反，這種絕緣體串在絕緣體之間額 外地包括固定到鏈條形式的金屬鏈上的第三中間棒電極(例如見(jiàn)美國(guó)專利No. 4，665，460， H01T004/02，1987)。因此，在這種絕緣串中，代替單一的火花放電空氣間隙，形成兩個(gè)這樣 的間隙。這一特征能夠在某種程度上增強(qiáng)配備有電弧保護(hù)棒的絕緣體串的滅弧能力，并在 單相對(duì)地短路的情況下，保證適度的持續(xù)電流(幾十安培的數(shù)量級(jí))的滅弧。但是該設(shè)備 不能對(duì)超過(guò)100A的電流滅弧，在雷電過(guò)電壓情況下，對(duì)于兩相對(duì)地短路或三相對(duì)地短路通 常會(huì)出現(xiàn)這種電流。從技術(shù)觀點(diǎn)看，與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是具有圓柱絕緣芯和螺旋脊部的絕緣 體。在絕緣芯的端部，固定第一金屬電極和第二金屬電極，而在絕緣芯的內(nèi)部設(shè)置引導(dǎo)電 極。電極具有位于圓柱體的中心部分中的金屬凸起，該凸起露出到絕緣芯的表面并作為中 間電極(參考俄國(guó)專利No. 2107963，H01B17/14，1998)。在這樣的絕緣體中出現(xiàn)雷電過(guò)電 壓的情況下，跨越圓柱絕緣芯、沿著從所述第一金屬電極通過(guò)中間電極至所述第二金屬電 極的螺旋路徑形成放電。由于閃絡(luò)路徑的長(zhǎng)度增大，因此操作頻率電壓不形成電弧，因此包 含該絕緣體的電廠繼續(xù)工作而不會(huì)關(guān)閉。從而除了其主要功能之外，這樣的絕緣體還提供 避雷功能，即作為避雷器。
但是，由于在嚴(yán)重的大氣污染和/或潮氣聚集的情況下，以及在高過(guò)電壓(超過(guò) 200kV)的情況下，放電不是沿著長(zhǎng)螺旋路徑而是沿著最短軌跡形成，從而在脊部之間形成 空氣間隙擊穿，因此現(xiàn)有技術(shù)的絕緣體作為避雷器的效果有限。在這種情況下，絕緣體失去 其作為避雷器的功能，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的絕緣體相同，該絕緣體中的閃絡(luò)轉(zhuǎn)換為電弧。此外，位 于絕緣芯的中心部分中的金屬凸起縮短了泄露路徑，因此減小了該絕緣體的允許電壓。因 此，其作為絕緣體的效果也有限。還已知利用高壓絕緣體(用于將導(dǎo)體固定到例如塔或桿的支撐物上)和用于保 護(hù)這樣的絕緣體的避雷器(例如參考已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的申請(qǐng)人的俄國(guó)專利No. 2248079， H02H9/06, 2005)的組合的各種HEPL。特別地，已知包括避雷器的HEPL，其被配置為 不同的沖擊避雷器并且并聯(lián)到絕緣體(例如見(jiàn)US 5，283，709，H02H001/00，1994，和 RU2002126810, H02H9/06,2004)。對(duì)于與所提出的技術(shù)方案最接近的現(xiàn)有技術(shù)，可以說(shuō)明的HEPL公開在俄國(guó)專利 No. 2096882，H02G7/00,1997中(已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的申請(qǐng)人)?，F(xiàn)有技術(shù)的HEPL包括支撐 物、通過(guò)金屬固定設(shè)備固定到支撐物的絕緣體、操作在高壓下的至少一個(gè)導(dǎo)體，其中導(dǎo)體通 過(guò)耦合裝置連接到絕緣體，用于保護(hù)絕緣體免受雷電過(guò)電壓的裝置，所述裝置被配置為沖
擊避雷器。如果適當(dāng)?shù)剡x擇和連接沖擊避雷器，則現(xiàn)有技術(shù)的HEPL能夠保證高可靠性的避 雷功能。但是，需要使用大量沖擊避雷器實(shí)質(zhì)上增加了 HEPL的復(fù)雜性，同時(shí)相應(yīng)地增大了 制造和裝配成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)目的是開發(fā)一種制造和操作成本適中的高壓絕緣體，其能夠 可靠且有效地執(zhí)行絕緣體和避雷器的功能。通過(guò)這樣的配置，本發(fā)明的絕緣體將用于保護(hù) 操作在高壓下的電力線元件，例如高壓HEPL導(dǎo)體，以及變電站或其他電氣設(shè)備中的電線或 電纜。相應(yīng)地，本發(fā)明的另一個(gè)目的是開發(fā)一種具有改進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特征的高壓電力 線(HEPL)，即與現(xiàn)有技術(shù)的HEPL相比，當(dāng)操作在雷電過(guò)電壓時(shí)其具有高工作可靠性和簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)(以及相應(yīng)的較低成本)。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)成果是增強(qiáng)了電力傳輸?shù)目煽啃?。本發(fā)明的上述第一個(gè)目的可以通過(guò)開發(fā)一種用于保護(hù)電氣設(shè)備或電力線中的高 壓導(dǎo)體的高壓絕緣體來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述絕緣體是單一絕緣體或者是絕緣體堆疊或串的部件。所 述絕緣體包括絕緣芯和包括第一和第二緊固元件的固定設(shè)備，所述緊固元件位于絕緣芯的 相對(duì)端部。第一緊固元件被配置為直接或通過(guò)耦合裝置連接到高壓導(dǎo)體或所述絕緣體堆 疊或串的前一高壓絕緣體的第二緊固元件上。第二緊固元件被配置為連接到電力線的支 撐物或所述絕緣體堆疊或串的后一高壓絕緣體的第一緊固元件上。本發(fā)明的絕緣體的特征 在于，其額外包括包含m(m ^ 5)個(gè)電極的多電極系統(tǒng)(MES)，所述電極機(jī)械連接到絕緣芯。 MES電極位于絕緣芯的端部之間，MES電極被配置為在雷電過(guò)電壓的作用下，在第一緊固元 件和與其相鄰的一個(gè)或多個(gè)電極之間、在相鄰的電極之間、以及在第二緊固元件和與其相 鄰的一個(gè)或多個(gè)電極之間形成放電。相鄰的MES電極之間的距離，即火花放電間隙的長(zhǎng)度g，是基于這些間隙所需的擊
5穿電壓來(lái)選擇的。更具體而言，根據(jù)絕緣體的電壓級(jí)別及其預(yù)期應(yīng)用，以及當(dāng)使用絕緣體時(shí) 將處理的過(guò)電壓的類型(即感應(yīng)過(guò)電壓或者來(lái)自于直接雷擊的過(guò)電壓)，選擇的長(zhǎng)度可以 在0. 5mm至20mm的范圍內(nèi)。對(duì)于本發(fā)明的大范圍的實(shí)際應(yīng)用，g的優(yōu)選值對(duì)應(yīng)幾毫米?？紤]幾個(gè)因素來(lái)確定MES電極的數(shù)量m，這些因素包括絕緣體的電壓級(jí)別和這種 絕緣體的預(yù)期應(yīng)用，將處理的絕緣體的過(guò)電壓的類型、流過(guò)過(guò)電壓的電弧中的電流范圍，以 及用于滅弧的條件(例如在RU2299508，H02H3/22, 2007中描述了這些條件)。如下所述， 使電極的最小數(shù)量等于5是有利的，但是，在電弧中存在高電流的情況下，本發(fā)明的絕緣體 中的電極總數(shù)可以增加到200或以上。但是(對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯然的)，在絕緣 體中引入大量電極將導(dǎo)致顯著減小絕緣體的爬電距離，從而導(dǎo)致顯著削弱其絕緣特性，包 括減小絕緣體可以采用的允許最大電壓。為了避免引入包含大量電極的MES的不理想的后果，提出對(duì)絕緣體配備額外的能 夠補(bǔ)償由MES引起的絕緣體爬電距離縮短的裝置。該補(bǔ)償裝置優(yōu)選地配置有至少在一部分 電極(形成k對(duì)相鄰電極，其中3彡k彡m-1)之間沿絕緣表面的泄露路徑，所述泄露路徑 的長(zhǎng)度超過(guò)所述相鄰電極之間的空氣放電空隙的長(zhǎng)度以及一個(gè)所述電極的長(zhǎng)度。本發(fā)明的 范圍包括多個(gè)補(bǔ)償裝置的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)根據(jù)采用的高壓絕緣體及其特定的工作條件選擇k 的特定值和所述裝置的特定實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，MES電極具有T形輪廓。換言之，每個(gè)電極配備 有窄腿，電極通過(guò)窄腿固定到絕緣芯上，每個(gè)電極還配備有朝相鄰電極定向的寬梁。該實(shí)施 例中的補(bǔ)償裝置由包圍在電極的腿之間的絕緣芯部件和電極之間的空氣間隙構(gòu)成。在可選實(shí)施例中，電極嵌入絕緣體中，同時(shí)補(bǔ)償裝置由分離電極與絕緣體表面的 絕緣體材料層和形成在相鄰電極之間并到達(dá)絕緣體表面的切口(即槽形或圓孔形)形成。 為了增大相鄰電極之間沿絕緣表面的爬電距離，每個(gè)切口的深度優(yōu)選地超過(guò)電極嵌入的深 度。為了同樣的目的，深于電極的切口段的相對(duì)側(cè)之間的距離應(yīng)優(yōu)選地超過(guò)靠近絕緣體表 面的切口的寬度，即使切口的寬度在徑向方向中變化。可選地，補(bǔ)償裝置可以配置有至少一個(gè)位于絕緣體表面上(例如絕緣芯的表面 上)的絕緣元件。該單一絕緣元件或每個(gè)絕緣元件的位置在空間上分離電極與絕緣體表 面。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)絕緣元件帶有單一電極，從而在該實(shí)施例中，有m個(gè)從絕緣體表 面凸起的絕緣元件。在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)，在一般情況下是η個(gè)絕緣元件(n ^ 1)可以被造型 為從絕緣芯的表面凸出的一個(gè)或多個(gè)螺旋絕緣脊部。電極可以設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)絕緣脊部 上和/或剩余(分離的)絕緣元件上(即每個(gè)剩余絕緣元件帶有單一電極)。在后一種情 況下，絕緣元件的最大總數(shù)是m+n。如果使用至少一個(gè)螺旋絕緣脊部來(lái)承載一個(gè)或多個(gè)電極，則電極設(shè)置在所述至少 一個(gè)單獨(dú)的或多個(gè)螺旋絕緣脊部的端(或前)表面上。在這種情況下，在每個(gè)電極對(duì)之間 優(yōu)選地形成位于絕緣脊部中的切口。還可以利用各種絕緣體來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，包括具有基本上為圓柱形、截錐形或平盤 形的絕緣芯的絕緣體。如果本發(fā)明的絕緣體具有帶有至少一個(gè)絕緣脊部的盤形絕緣芯，那 么所述脊部?jī)?yōu)選地從下(底)盤表面凸出。還可以通過(guò)所提出的用于保護(hù)電氣設(shè)備或電力線中的高壓導(dǎo)體的高壓絕緣體的第二基本實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)第一目的，其中所述絕緣體是單一絕緣體或者是絕緣體堆疊或絕緣 體串的部件。所述絕緣體包括絕緣芯和包括第一緊固元件和第二緊固元件的固定設(shè)備，所 述緊固元件位于絕緣芯的相對(duì)端部。第一緊固元件被配置為直接或通過(guò)耦合裝置連接到高 壓導(dǎo)體或所述絕緣體堆疊或串的前一高壓絕緣體的第二緊固元件上。第二緊固元件被配置 為連接到電力線的支撐物或所述絕緣體堆疊或串的后一高壓絕緣體的第一緊固元件上。本 發(fā)明的絕緣體的特征在于，其額外包括包含5)個(gè)電極的多電極系統(tǒng)(MES)，所述電 極機(jī)械連接到絕緣芯，MES電極被配置為在相鄰的MES電極之間形成放電。MES與絕緣體泄 露路徑成直角，并沿著環(huán)繞絕緣體的操作頻率電場(chǎng)的一條或多條等勢(shì)線。所述絕緣體還包 括第一和第二耦合電極。第一和第二耦合電極中的每一個(gè)與絕緣芯在空間上被空氣間隙分 離，并且第一和第二耦合電極中的每一個(gè)通過(guò)其第一端部以流電方式或通過(guò)空氣間隙而分 別與第一緊固元件和第二緊固元件電連接，以及通過(guò)其第二端部通過(guò)空氣間隙分別與MES 的第一端部和第二端部電連接。在過(guò)電壓的情況下，通過(guò)第一耦合電極在MES的一端(即其端電極之一)施加高 壓電勢(shì)，同時(shí)通過(guò)第二耦合電極對(duì)MES的另一端施加低電勢(shì)。MES的位置垂直于操作頻率電場(chǎng)，即垂直于絕緣體的泄露路徑軌跡，基本上不減小 爬電距離。因此，在該基本實(shí)施例中，MES的安裝不需要任何用于補(bǔ)償爬電距離的縮短的裝 置，從而可以提供低成本的絕緣體，同時(shí)保證其作為絕緣體和避雷器的高可靠性。如果絕緣體具有圓錐絕緣芯，則MES應(yīng)設(shè)置在所述本體(絕緣芯)的下(平)表 面上。如果盤式絕緣體(也稱作蓋銷式絕緣體)由位于盤形絕緣芯的下側(cè)上的同心脊部形 成，則可以沿著絕緣芯的周邊設(shè)置MES。但是，MES優(yōu)選地位于所述芯的脊部的下(平)表 面上。在可選的絕緣體實(shí)施例中，MES包括沿著至少兩條等勢(shì)線設(shè)置的至少兩個(gè)部分，等 勢(shì)線彼此間隔并且處在與絕緣體泄露路徑成直角的方向中。這些MES部分通過(guò)位于所述部 分的端部并且不與固定設(shè)備的緊固元件連接的接口電極相接口。接口電極對(duì)通過(guò)流電方式 或者通過(guò)空氣間隙互連。為了實(shí)現(xiàn)這一實(shí)施例，也可以采用具有圓錐絕緣芯的絕緣體。但 是，在這種情況下，有利的使用在盤形絕緣芯的下側(cè)上具有同心脊部的盤式絕緣體。然后 MES的每個(gè)部分可以設(shè)置在同心脊部之一的端面上。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，提出一種高壓電力線(HEPL)，包括支撐物，單一絕 緣體和/或組裝在絕緣體堆疊或串中的多個(gè)絕緣體，以及至少一個(gè)高壓導(dǎo)體，所述高壓導(dǎo) 體直接或通過(guò)耦合裝置連接到所述單一絕緣體和/或絕緣體堆疊或串的第一絕緣體所包 含的固定設(shè)備的緊固元件上。每個(gè)單一絕緣體或每個(gè)絕緣體堆疊或串通過(guò)與所述支撐物相 鄰的其固定設(shè)備的緊固元件固定到支撐物之一上。HEPL中采用的絕緣體的至少其中之一是 對(duì)應(yīng)于上述任一實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的絕緣體。因此，由于至少一個(gè)絕緣體(優(yōu)選地，HEPL 的每個(gè)支撐物有至少一個(gè)絕緣體)除了執(zhí)行其基本功能之外，還具有避雷功能，因此獲得 了上述的當(dāng)工作在雷電過(guò)電壓下時(shí)增強(qiáng)工作可靠性的目的，同時(shí)簡(jiǎn)化了 HEPL的設(shè)計(jì)，從而 不再需要采用獨(dú)立的避雷器。


以下將參考附圖，其中
圖1在軸向剖面中顯示絕緣體的第一實(shí)施例，該絕緣體具有螺旋脊部和T形金屬 板形式的電極；圖2是圖1所示的絕緣體的剖面圖；圖3在軸向剖面中顯示絕緣體的第二實(shí)施例，該絕緣體具有螺旋脊部和嵌入脊部 中的短金屬圓柱體形狀的電極；圖4是圖3所示的絕緣體的剖面圖；圖5是圖3和4所示的絕緣體的螺旋脊部的一個(gè)實(shí)施例的局部放大剖面圖；圖6是圖3和4所示的絕緣體的螺旋脊部的另一個(gè)實(shí)施例的局部放大剖面圖；圖7是在其絕緣芯的表面上設(shè)置有絕緣元件的棒式絕緣體的主視圖；圖8是沿著圖7所示的絕緣體的電極的線的局部放大剖面圖；圖9是盤式絕緣體的局部剖面主視圖，其中盤式絕緣體的盤形絕緣芯的下側(cè)上具 有螺旋脊部；圖10是圖9所示的絕緣體的仰視圖；圖11是圖9和圖10所示的絕緣體的局部放大剖面主視圖；圖12在前剖面圖中顯示與圖11中相同的絕緣體部件；圖13是圓錐形絕緣體的主視圖(為清楚起見(jiàn)顯示為具有透明部件)，該圓錐形絕 緣體具有沿著絕緣芯的下邊緣設(shè)置的中間電極；圖14是圖13所示的絕緣體的仰視圖；圖15是構(gòu)成HEPL的絕緣體串的一部分的本發(fā)明的絕緣體的透視圖(為清楚起見(jiàn) 顯示為具有透明部件)；圖16是盤式絕緣體的局部剖面主視圖，其中盤式絕緣體的盤形絕緣芯的下側(cè)上 具有同心脊部；圖17是圖16所示的絕緣體的仰視圖；圖18是本發(fā)明的HEPL的實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖；以及圖19是本發(fā)明的HEPL的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖。
具體實(shí)施例方式圖1和2顯示了由硬介電材料(例如陶瓷)制成的單圓柱支撐絕緣體100，其具有 包含螺旋絕緣脊部3的圓柱絕緣芯2。該絕緣體用于在例如圖18所示類型的HEPL中保護(hù) 高壓導(dǎo)體(受到高壓的導(dǎo)體)1。借助于包括第一(上)緊固元件(未顯示)和第二(下) 緊固元件15的金屬固定設(shè)備，絕緣體被分別連接到高壓導(dǎo)體1和接地的導(dǎo)電支撐物16 (見(jiàn) 圖 18)。根據(jù)本發(fā)明的第一主要實(shí)施例，絕緣體還包括具有m個(gè)電極5的多電極系統(tǒng) (MES)?？梢愿鶕?jù)為額定IOkV的環(huán)型長(zhǎng)閃絡(luò)避雷器(LFAL-10)制定的原理適當(dāng)?shù)卮_定m的 最小值。根據(jù)俄國(guó)專利No. 2299508, H02H3/22, 2007的教導(dǎo)，這種被廣泛應(yīng)用于高壓電力線 的避雷器設(shè)置有MES。使用LFAL-10避雷器所獲得的操作經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，該避雷器在其MES包括 不少于15個(gè)中間電極的條件下能夠保證可靠的避雷功能，其中滅弧出現(xiàn)在持續(xù)電流通過(guò) 零值的第一轉(zhuǎn)換的時(shí)刻?？紤]到本發(fā)明的絕緣體將用于設(shè)計(jì)電壓為3kV或更高的電力線， 因此絕緣體的m值不應(yīng)小于5。
根據(jù)所示的第一實(shí)施例的具備創(chuàng)造性的絕緣體，電極5固定到螺旋脊部3的外 (周邊)表面。如上所述，可以在0.5mm至20mm的范圍內(nèi)選擇相鄰電極5之間的距離(即 火花放電間隙的長(zhǎng)度g)，其中優(yōu)選的間隙值對(duì)應(yīng)于幾毫米。在雷電過(guò)電壓的情況下，絕緣體 上可能出現(xiàn)高沖擊放電電壓(IOOkV及以上的數(shù)量級(jí))，在這種高沖擊放電電壓的情況下， 或者當(dāng)需要在雷電沖擊經(jīng)過(guò)之后立即對(duì)放電通道進(jìn)行滅弧時(shí)(實(shí)際上不存在操作頻率的 持續(xù)電流)，所需要的電極5的m數(shù)可能對(duì)應(yīng)于一百或更大。優(yōu)選地以如下方式選擇MES端 電極5(第一電極和末端電極)的位置，即每個(gè)端電極與相鄰的第一或第二緊固元件之間的 火花放電間隙的長(zhǎng)度等于或基本等于g。當(dāng)在導(dǎo)體1上施加足夠大的雷電過(guò)電壓時(shí)，在連接到導(dǎo)體1(或其耦合裝置，未顯 示)的第一緊固元件(未顯示)和最接近導(dǎo)體1的第一電極5之間出現(xiàn)空氣間隙的擊穿； 然后以級(jí)聯(lián)放電的方式形成放電，在相鄰的電極5之間順序出現(xiàn)火花放電間隙的擊穿，直 到放電到達(dá)連接到地面支撐物16的第二緊固元件15。通過(guò)這種方式，導(dǎo)體1通過(guò)通道變?yōu)?與地面支撐物16連接，其中所述通道由形成在與高壓導(dǎo)體1連接的第一緊固元件和第一電 極5之間的通道部分、加上形成在電極5之間的多個(gè)短通道段、以及形成在末端電極5和連 接到支撐物16的第二緊固元件15之間的通道部分所構(gòu)成。在陰極充電電極表面附近形成50-100V的所謂陰極電壓降。在包括兩個(gè)電極(陰 極和陽(yáng)極)的傳統(tǒng)放電系統(tǒng)中，由于總放電電壓是千伏的數(shù)量級(jí)，因此陰極電壓降的影響 可忽略不計(jì)。但是由于本發(fā)明的絕緣體包含大量電極(例如，對(duì)于IOkV的電壓級(jí)別，當(dāng)進(jìn)行 放電滅弧以消除操作頻率的持續(xù)電流時(shí)，電極的數(shù)量大約為100)，陰極電壓降起到重要的 作用。在這種情況下，跨越電極之間的小間隙的放電中的總電壓降的主要部分出現(xiàn)在陰極 區(qū)域中，從而在電極之間的放電過(guò)程中從放電通道釋放的公共能量的大部分僅在該區(qū)域中 被釋放。因此，電極被加熱，并且電極通過(guò)這種方式冷卻放電通道。在通過(guò)電極的雷電過(guò)電 壓的電流下降到零水平之后，通道快速冷卻，從而其電阻增大。同時(shí)，操作頻率的電壓仍然 施加在絕緣體上。但是，由于通道6的總電阻較大，放電不能自支持且因此而結(jié)束。因此， 利用本發(fā)明的絕緣體的HEPL繼續(xù)操作，而不會(huì)緊急切斷。從而本發(fā)明的高壓絕緣體有效地 執(zhí)行避雷功能，而為了達(dá)到這樣的目的，現(xiàn)有技術(shù)的HEPL需要連接到每個(gè)絕緣體的特殊避 雷器。在操作頻率電壓持續(xù)施加到絕緣體上時(shí)甚至在絕緣體表面上具有污染和/或潮 氣時(shí)，為了保證根據(jù)本發(fā)明的絕緣體能夠可靠地執(zhí)行其主要的絕緣功能，俄國(guó)的電氣設(shè)備 規(guī)則(EIR)建立了特別有效的爬電距離(對(duì)應(yīng)于絕緣體或絕緣體串的足以保證其可靠工作 的有效爬電距離，由最大允許持續(xù)電壓降Uperm分開)。根據(jù)EIR，對(duì)于6-750kV的HEPL中 采用的支撐絕緣體串和在金屬支撐物上采用的針式絕緣體，特別有效的爬電距離(Isp)是 必須的，其取決于電力線的類型和電壓級(jí)別(以及污染程度)，并且在1.4cm/kV到4. 2cm/ kV 的范圍內(nèi)(JAL KuchinskyG. S. et al. Insulation of high-voltage installations,Mos cow, " Energoatomizdat" Publishing House，1987，p. 145)。而且導(dǎo)體 1 與絕緣體的接地 (即連接到接地支撐物)緊固元件15之間的泄露路徑的總長(zhǎng)Ls不應(yīng)小于根據(jù)以下表達(dá)式 確定的值Ls=UpermXlsp. (1)總的爬電距離是以下各項(xiàng)之和與導(dǎo)體1 (或其耦合裝置17)連接的絕緣體的第一
9緊固元件與最接近導(dǎo)體1的電極5之間的泄露路徑的長(zhǎng)度(Ileakl) ；m個(gè)電極5之間的泄露 路徑的長(zhǎng)度(該長(zhǎng)度等于(m-1) X Ileaktl，其中Ileaktl是相鄰電極5之間的泄露路徑的長(zhǎng)度，見(jiàn) 圖1和2)；最后第m個(gè)電極5與第二(接地)緊固元件15之間的泄露路徑的長(zhǎng)度(Ileakm)。如果Ileakl = Ileako = Ileakm，則⑴可寫作(m+l)lleak0 = UpermXlsp. (2)如上所述，選擇m個(gè)電極的數(shù)量以便保證熄滅持續(xù)電流。當(dāng)m已知時(shí)，兩個(gè)相鄰的 中間電極之間的泄露路徑的最小允許長(zhǎng)度Ileaktl可以根據(jù)公式(2)通過(guò)以下表達(dá)式確定Ileako = D ■(3)從公式(3)可以看出，Ileaktl由電力線中的最大允許電壓Upot、特別有效的爬電距離 Isp以及電極數(shù)m確定。在傳統(tǒng)的絕緣體中，沿著絕緣脊部3的下(平坦)表面位于螺旋軌跡上的絕緣體 泄露路徑的長(zhǎng)度超過(guò)沿著形成在圓柱絕緣芯2上的螺旋從導(dǎo)體1到第二緊固元件15的最 短泄露路徑的長(zhǎng)度。但是，將MES電極5設(shè)置在絕緣體100的絕緣脊部3的外周表面上導(dǎo) 致沿著形成在該表面上的螺旋的泄露路徑變短。如果電極5的總數(shù)很大，該泄露路徑的長(zhǎng) 度可能變得小于上述最短泄露路徑的長(zhǎng)度。從表達(dá)式(3)可以看出，這種情況將導(dǎo)致允許 電壓Uprai減小，這對(duì)絕緣體100的絕緣能力有一定損害。為了避免這種不理想的結(jié)果，從脊 部3凸出的電極5的部件優(yōu)選地具有如圖2所示的T形輪廓，即每個(gè)電極具有窄腿4和寬 梁8，電極通過(guò)窄腿4固定到脊部3上。從而在本發(fā)明的絕緣體的實(shí)施例中，通過(guò)螺旋脊部 3的段和電極5的腿4之間形成的空氣間隙構(gòu)成用于補(bǔ)償由MES引起的絕緣體泄露路徑的 縮短的裝置。此外，由于電極的腿4是窄的，因此它們的出現(xiàn)導(dǎo)致螺旋脊部3的總絕緣長(zhǎng)度 僅略微減小。通過(guò)具有上述形狀的MES電極5，相鄰電極5之間的爬電距離Ileaktl超過(guò)火花放電 間隙長(zhǎng)度g(見(jiàn)圖2)。因此，沿著圓柱絕緣芯(而不是沿著螺旋脊部3)的螺旋路徑保持為 從導(dǎo)體1到第二緊固元件15的最短泄露路徑。換言之，絕緣體100獲得避雷器的特性，同 時(shí)完全保持其絕緣特性。此外，在對(duì)絕緣體100的絕緣特性的要求適中的情況下，所述T形 (使電極5的設(shè)計(jì)復(fù)雜化)可以不應(yīng)用到所有的相鄰電極對(duì)，而僅應(yīng)用到一定數(shù)量(k)的相 鄰電極對(duì)，其中k值取決于沿絕緣芯和沿螺旋脊部的爬電距離之間的關(guān)系。在實(shí)際條件下， k的最優(yōu)值在3 < k < m-1的范圍內(nèi)。剩余的電極5可以具有更簡(jiǎn)單和易于制造的板形、棒 形或圓柱形。上述絕緣體實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，其可用在具有明顯大氣污染的區(qū)域中，因?yàn)榛覊m 不能在電極之間的間隙中聚集。圖3和4顯示了根據(jù)本發(fā)明的絕緣體的第二示例性實(shí)施例，絕緣體100仍是圓柱 形，具有包含兩個(gè)緊固元件(在圖3中僅顯示第二緊固元件15)的固定設(shè)備，螺旋脊部3和 與脊部相連的MES電極5。但是，在該實(shí)施例中，電極5形成為通常為圓柱形的短金屬部件。 與之前的實(shí)施例相反，MES位于絕緣體100內(nèi)部(更具體而言，位于其螺旋脊部3內(nèi)部)而 不是外部。此外，在螺旋脊部3中形成切口 7，例如深度為b (超過(guò)電極5的位置的深度)以 及寬度a > g(g是電極之間的間隙的寬度)的槽形，從而電極5被小的火花放電間隙g彼 此隔開(其中g(shù)優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于幾毫米)。
如圖5中清楚地顯示(放大圖)，在該實(shí)施例中，補(bǔ)償裝置(其增大了電極之間的 爬電距離11mM)由絕緣脊部3的材料層、將電極5與絕緣脊部3的表面隔離的層以及切口 7 的組合構(gòu)成。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是易于制造。此外，能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)改變切口 7的深度c和/ 或通過(guò)改變將電極與脊部的表面分開的材料的厚度獲得所需的爬電距離Ileaktl，其中深度c 是總切口深度b的位于更接近絕緣體軸線的徑向方向中的部分的深度。此外，如圖5所示， 增大Ileaktl的另一種可行方式是使切口 7的寬度a大于g。如圖6所示(放大圖)，還可以通過(guò)對(duì)切口 7適當(dāng)造型來(lái)增大爬電距離lleak(1。例 如，切口 7的深于電極5的部分可以具有圓柱形或者一些其他的適當(dāng)形狀，對(duì)于所述形狀， 電極5以下的切口 7的相對(duì)側(cè)之間的距離超過(guò)脊部3的表面附近的切口寬度g。顯然，這種 形狀也產(chǎn)生增大的Ileaktl，從而增強(qiáng)用于補(bǔ)償由使用電極5導(dǎo)致的絕緣體100的爬電距離減 小的裝置的有效性。還應(yīng)注意，根據(jù)絕緣體100的特殊要求及其其他參數(shù)(例如絕緣芯直徑、螺旋脊部 總長(zhǎng)等)之間的關(guān)系，只有切口 7的一部分可以具有上述特殊形狀(更難以制造的形狀)。 類似地，只有切口 7的一部分可以具有增大的深度b。圖7和8顯示了根據(jù)本發(fā)明的絕緣體的第三示例性實(shí)施例。在該實(shí)施例中，絕緣 體是通過(guò)形成在棒上的其第二緊固元件15固定在支撐物16上的棒式絕緣體101。在鐘形 絕緣芯2的表面上，沿著螺旋線設(shè)置m個(gè)絕緣元件9。在該實(shí)施例中，絕緣元件9作為增大 電極5之間的泄露路徑的補(bǔ)償裝置，其中電極5固定在絕緣元件9內(nèi)并從絕緣元件9凸出。 絕緣元件9例如是板形、桿形或圓柱形，可以由例如硅橡膠制成并粘結(jié)到絕緣芯2上。根據(jù)該實(shí)施例，電極5形成為圓柱體(即電線長(zhǎng)度)，并通過(guò)小火花放電間隙g (選 自一至幾毫米的范圍內(nèi))被彼此絕緣。由于使用由絕緣元件9表示的補(bǔ)償裝置，相鄰電極 5之間的路徑的爬電距離Ileaktl由沿著相鄰絕緣元件9的泄露路徑與相鄰元件9之間沿著絕 緣芯表面的泄露路徑之和確定(如圖8所示)，即Ileaktl = 2c+a。在這樣的設(shè)計(jì)中，Ileako基 本上大于空氣間隙的長(zhǎng)度g并大于任意電極5的長(zhǎng)度。考慮到被施加操作頻率電壓的空氣 間隙的擊穿強(qiáng)度基本上超過(guò)沿著污染和/或潮濕絕緣表面的放電電壓，在絕緣元件上安裝 電極能夠有效地補(bǔ)償沿著電極5的位置線的總爬電距離的減小，并且通過(guò)這種方式防止絕 緣體的絕緣特性的減弱同時(shí)增強(qiáng)其作為避雷器的特征。上述絕緣體實(shí)施例特別具有實(shí)際意 義，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的大批量棒式陶瓷絕緣體可用于其制造。但是，必須在絕緣芯2的表面上固定大量絕緣元件在某種程度上使根據(jù)本發(fā)明的 高壓絕緣體的制造復(fù)雜化。因此，有利的是將這些元件組合為從絕緣芯2的表面凸出的單 一延長(zhǎng)絕緣元件或多個(gè)延長(zhǎng)絕緣元件。例如，該單一延長(zhǎng)元件(或多個(gè)元件)的形狀可以 是螺旋絕緣脊部(或η個(gè)這樣的脊部)。圖9至12中顯示的根據(jù)本發(fā)明的絕緣體的第四實(shí)施例對(duì)應(yīng)于懸掛盤式絕緣體的 修改，且將用作包含類似絕緣體的懸掛絕緣體串的部件。在盤式絕緣體12的盤式絕緣芯2 的下(底)表面上，形成兩個(gè)絕緣螺旋脊部。脊部之一(脊部10)僅執(zhí)行絕緣功能，即在存 在MES的條件下其用于保證最小爬電距離的所需值。在第二絕緣脊部(脊部3)的體內(nèi)嵌 入多個(gè)電極5。電極被切口 7分開，這些切口的形狀可以如圖5和6所示，或者可選地為圓 孔(見(jiàn)圖10和12)。為了增強(qiáng)該實(shí)施例作為避雷器的效果，在電極之間形成氣體放電腔。當(dāng)出現(xiàn)沖擊過(guò)電壓時(shí)，從絕緣體蓋11 (即從其第一緊固元件)沿著絕緣芯2的上表面到MES的第一電極5將形成放電(見(jiàn)圖9)，其中絕緣體蓋11與線導(dǎo)體(未顯示)或 其耦合裝置接觸，或者與絕緣體串的先前絕緣體的銷(第二緊固元件)接觸。然后(如圖 10所示)，放電將在電極5之間的間隙產(chǎn)生順序擊穿，直到其到達(dá)銷12。在圖9和10中以 箭頭表示了形成放電的方向。在產(chǎn)生火花放電通道之后，該通道以超聲波速度變寬。電極 5之間形成的火花放電腔的體積很小，在腔內(nèi)產(chǎn)生高壓。在該壓力下，電極5之間形成的火 花放電通道被推向絕緣芯表面，然后被推出到周圍空氣中。與圖1-8中顯示的實(shí)施例相比， 推力顯著增大了抑弧效果。另一方面，氣體放電腔形式的切口易于被污染。為此，當(dāng)用于圖 9和10的絕緣體實(shí)施例中時(shí)，這種切口將更優(yōu)選地用在以低大氣污染為特征的區(qū)域中。已通過(guò)對(duì)比測(cè)試證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明的第一基本實(shí)施例的絕緣體的有效性，所述 絕緣體組合了絕緣功能和避雷器功能。測(cè)試了用于3kV直流電壓級(jí)別的兩個(gè)絕緣體，即 (1)由Czech company ElektroporcelanLou π y制造的帶有螺旋脊部的陶瓷懸掛絕緣體L 3036-12，以及(2)根據(jù)本發(fā)明的絕緣體。絕緣體(2)是根據(jù)絕緣體L 3036-12，通過(guò)對(duì)其額 外設(shè)置沿螺旋脊部的絕緣元件和MES來(lái)制造的。絕緣元件和形成MES的電極分別類似于參 考圖8描述的元件9和電極5。更具體而言，用切割為IOmm長(zhǎng)的2mm不銹鋼線的段作為電 極。它們被插入切割為7mm長(zhǎng)的絕緣元件內(nèi)，所述絕緣元件切割自寬度為10mm、高度為8mm 的硅橡膠棒。絕緣元件具有半圓形上部并通過(guò)特殊的硅樹脂粘合劑被粘結(jié)到螺旋脊部的邊 緣表面。兩種絕緣體的主要參數(shù)顯示在表1中。表1測(cè)試絕緣體的主要參數(shù)
權(quán)利要求
一種用于保護(hù)電氣設(shè)備或電力線中的高壓導(dǎo)體的高壓絕緣體，所述高壓絕緣體是單一絕緣體或者是絕緣體堆疊或串的部件，所述絕緣體包括絕緣芯和包括第一緊固元件和第二緊固元件的固定設(shè)備，所述緊固元件位于絕緣芯的相對(duì)端部，其中第一緊固元件被配置為直接或通過(guò)耦合裝置連接到高壓導(dǎo)體或所述絕緣體堆疊或串的前一高壓絕緣體的第二緊固元件上，并且第二緊固元件被配置為連接到電力線的支撐物或所述絕緣體堆疊或串的后一高壓絕緣體的第一緊固元件上，所述絕緣體的特征在于，所述絕緣體額外包括包含m(m≥5)個(gè)電極的多電極系統(tǒng)(MES)，所述電極機(jī)械連接到絕緣芯上且位于絕緣芯的端部之間，所述電極被配置為在雷電過(guò)電壓的作用下，在第一緊固元件和與其相鄰的一個(gè)或多個(gè)電極之間、在相鄰的電極之間、以及在第二緊固元件和與其相鄰的一個(gè)或多個(gè)電極之間形成放電；以及用于補(bǔ)償由所述多電極系統(tǒng)引起的絕緣體爬電距離減小的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體，其特征在于補(bǔ)償裝置被配置為在k(3<κ <m-l) 對(duì)相鄰電極的電極之間沿著絕緣表面提供泄露路徑，其中所述泄露路徑的長(zhǎng)度超過(guò)所述相 鄰電極之間的空氣放電間隙的累積長(zhǎng)度和所述單一電極的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣體，其特征在于所述電極具有T形輪廓，其中所述電極 配備有窄腿，每個(gè)電極通過(guò)所述窄腿固定到絕緣芯上，所述電極還配備有朝相鄰電極定向 的寬梁，其中所述補(bǔ)償裝置由包圍在電極的腿之間的絕緣芯部件和電極之間的空氣間隙構(gòu) 成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣體，其特征在于電極嵌入絕緣體中，其中補(bǔ)償裝置由分 離電極與絕緣體表面的絕緣體材料層和形成在相鄰電極之間并到達(dá)絕緣體表面的切口形 成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣體，其特征在于所述切口被配置為槽或圓孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣體，其特征在于每個(gè)切口的深度超過(guò)電極嵌入的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的絕緣體，其特征在于切口的比電極深的部分的相對(duì)側(cè)之間的 距離被選擇為超過(guò)靠近絕緣體表面的切口的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣體，其特征在于補(bǔ)償裝置配置有位于絕緣體表面上的至 少一個(gè)絕緣元件，其中單一絕緣元件或多個(gè)絕緣元件的組合在空間上將所述電極與所述絕 緣體表面分開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體包括m個(gè)絕緣元件，其中每個(gè) 絕緣元件帶有單一電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體包括η(η ^ 1)個(gè)絕緣元件， 每個(gè)絕緣元件被配置為從絕緣芯的表面凸出的螺旋絕緣脊部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體包括m+n個(gè)絕緣元件，其 中η個(gè)絕緣元件被配置為從絕緣芯的表面凸出的螺旋絕緣脊部，同時(shí)剩余的m個(gè)絕緣元件 的每一個(gè)均帶有單一電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣體，其特征在于電極位于至少一個(gè)絕緣脊部的端面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的絕緣體，其特征在于在每對(duì)相鄰的電極之間在絕緣脊部中 形成切口。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絕緣體，其特征在于絕緣芯的形狀基本上是圓 柱、截錐體或盤。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣體，其特征在于絕緣芯的形狀基本上為平盤，且第一 緊固元件被配置為絕緣體蓋，第二緊固元件被配置為銷，螺旋絕緣脊部的至少其中之一從 所述盤的下表面凸出。
16.一種用于保護(hù)電氣設(shè)備或電力線中的高壓導(dǎo)體的高壓絕緣體，所述高壓絕緣體是 單一絕緣體或者是絕緣體堆疊或串的部件，所述絕緣體包括絕緣芯和包括第一緊固元件和 第二緊固元件的固定設(shè)備，所述緊固元件位于絕緣芯的相對(duì)端部，其中第一緊固元件被配 置為直接或通過(guò)耦合裝置連接到高壓導(dǎo)體或所述絕緣體堆疊或串的前一高壓絕緣體的第 二緊固元件上，第二緊固元件被配置為連接到電力線的支撐物或所述絕緣體堆疊或串的后 一高壓絕緣體的第一緊固元件上，其特征在于，所述絕緣體額外包括包含m(m>5)個(gè)電極的多電極系統(tǒng)(MES)，所述電極機(jī)械連接到絕緣芯并被設(shè)置為在 相鄰的MES電極之間形成放電，其中MES與絕緣體泄露路徑成直角，并沿著環(huán)繞絕緣體的操 作頻率電場(chǎng)的一條或多條等勢(shì)線；以及第一和第二耦合電極，其中第一和第二耦合電極中的每一個(gè)與絕緣芯在空間上被空氣 間隙分離，并且第一和第二耦合電極中的每一個(gè)通過(guò)其第一端部以流電方式或通過(guò)空氣間 隙而分別與第一緊固元件和第二緊固元件電連接，以及通過(guò)其第二端部通過(guò)空氣間隙而分 別與MES的第一端部和第二端部電連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體具有圓錐絕緣芯，其中MES 位于絕緣芯的上表面或下表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體被配置為具有同心脊部的 盤式絕緣體，其中所述同心脊部位于盤形絕緣芯的下側(cè)上，其中MES位于脊部之一的端面 上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的絕緣體，其特征在于所述MES包括沿著至少兩條等勢(shì)線設(shè) 置的至少兩個(gè)部分，所述等勢(shì)線彼此間隔并且處在與絕緣體泄露路徑成直角的方向中，其 中MES部分通過(guò)位于所述部分的端部并且不與固定設(shè)備的緊固元件連接的接口電極相接 口，接口電極對(duì)通過(guò)流電方式或者通過(guò)空氣間隙互連。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的絕緣體，其特征在于所述絕緣體被配置為具有同心脊部的 盤式絕緣體，其中所述同心脊部位于盤形絕緣芯的下側(cè)上，其中MES的每個(gè)部分均位于脊 部之一的端面上。
21.一種高壓電力線，包括支撐物，單一絕緣體和/或組裝在絕緣體堆疊或串中的多個(gè) 絕緣體，以及至少一個(gè)高壓導(dǎo)體，所述高壓導(dǎo)體直接或通過(guò)耦合裝置連接到所述單一絕緣 體和/或絕緣體堆疊或串的第一絕緣體所包含的固定設(shè)備的緊固元件上，其中每個(gè)單一絕 緣體或每個(gè)絕緣體堆疊或串通過(guò)與所述支撐物相鄰的其固定設(shè)備的緊固元件固定到支撐 物之一上，其特征在于，所述絕緣體的至少其中之一是根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述 的絕緣體。
全文摘要
一種用于保護(hù)電廠或電力線中的高壓電線的高壓絕緣體，包括絕緣本體，該絕緣本體的第一端部用于機(jī)械連接到高壓電線和/或固定設(shè)備，第二端部設(shè)置有金屬固定物，其緊固到第二端部并用于將絕緣體連接到塔。為了使絕緣體具有避雷特性，所述絕緣體額外設(shè)置有包含m個(gè)電極的多電極系統(tǒng)，所述電極機(jī)械連接到絕緣芯上且設(shè)置在絕緣芯的端部之間。所述電極被配置為在相鄰的電極之間、在與絕緣芯的第一端部相鄰的電極與高壓導(dǎo)體或所述耦合裝置之間、以及在與絕緣芯的第二端部相鄰的電極和連接到塔的金屬緊固元件之間形成放電。所述絕緣體還設(shè)置有用于補(bǔ)償由所述多電極系統(tǒng)引起的絕緣體爬電距離減小的裝置。使用這種絕緣體的電力線不需要任何避雷器。
文檔編號(hào)H02H9/06GK101981633SQ200980110809
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
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