一種新型高速機車車頂高壓電氣絕緣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種新型機車車頂高壓電氣絕緣系統(tǒng)，包括受電弓、母線、高壓開關、避雷器、互感器等高壓電器的棒形柱式、絕緣保護殼體式和套管式復合絕緣子，由端部附件1、傘套3、芯棒4(包括絕緣套管)、絕緣帽5等組成，安裝在車頂16上。所述傘套3采用新型高強度和高硬度的復合材料制造，其上下兩端的傘裙比中間傘裙大很多，而中間傘裙的傾角要比兩端的大很多，所有傘裙的凹面均有多個較深的環(huán)狀凸緣3d。所述芯棒4在傘套3中間，所述端部附件1安裝在芯棒兩端。該發(fā)明兼具復合材料和玻璃材料絕緣子的綜合性技術特點，在靜態(tài)和動態(tài)均有極強的抗固體和液體污染能力，長期使用中不需要清掃維護，高速運行時不變形，適合各種機車的安全、高速運行使用要求。
【專利說明】一種新型高速機車車頂高壓電氣絕緣系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型高速機車(包括電動車組)車頂高壓電氣絕緣系統(tǒng)，具體的說是一種采用新型高強度、高硬度的硅橡膠材料制造的包括受電弓、母線、高壓開關、避雷器、互感器等高壓電器的絕緣支撐用柱式、絕緣保護用殼體式和套管式絕緣子，
【背景技術】
[0002]中國的電力牽引軌道機車技術和規(guī)模雖然已經(jīng)走在了世界前列，但機車車頂?shù)慕^緣安全可靠性問題仍沒有完全解決。
[0003]電力機車、電動車組的驅動功率和運行速度的不斷提高，使車頂高壓電器的絕緣支撐和絕緣保護技術難度越來越大，因污染環(huán)境與惡劣氣候引發(fā)的絕緣失效、擊破、破損等惡性事故發(fā)生率也越來越頻繁。
[0004]為了提高鐵路運輸?shù)陌踩煽啃?，僅針對車頂絕緣事故防范這一塊，中國政府和鐵路營運管理部門每年都要推出一系列新的安全防范措施，除了不斷加大車頂絕緣清掃和新舊更換的維護力度外，在資金和人力投入方面也逐年創(chuàng)歷史新高。
[0005]目前電力機車車頂普遍采用的車頂絕緣子，是根據(jù)國際慣例、用普通硅橡膠材料或者環(huán)氧樹脂材料、參照輸電網(wǎng)靜態(tài)環(huán)境運行的復合絕緣子技術、制成的敞開式外絕緣傘套絕緣子，其抗動態(tài)污染可靠性很差，導致車頂事故發(fā)生率攀高不下。近年雖有采用加大傘傾角和簡單下楞結構的車頂絕緣子專利出現(xiàn)，使得抗污染性有所突破，但幾乎所有產(chǎn)品在耐綜合性污染性方面仍然存在單一性、區(qū)域性和局限性，傘套材料更是落后于現(xiàn)實使用要求。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是通過采用新型復合材料技術與新的產(chǎn)品絕緣結構制造技術，制造一類可在嚴重污染環(huán)境與惡劣氣候中，能長期運行免維護，確保機車安全高速運行的新型車頂絕緣系統(tǒng)，包括受電弓、母線、高壓開關、避雷器、互感器等高壓電器的絕緣支撐用絕緣子和絕緣保護殼體類和套管類絕緣子，
[0007]技術方案
[0008]一種新型高速機車車頂高壓電氣絕緣系統(tǒng)，采用新型復合材料制造的外絕緣傘套，安裝在內絕緣芯棒(包括絕緣套管，下同)上，芯棒的兩端是端部金屬附件。套管類絕緣殼體內安裝專用電器元件。
[0009]所述新型復合材料由有機硅樹脂、填料、硫化劑、硬化改性劑等材料組成,通過混煉后制成傘裙成品膠材料。新型硅橡膠材料的特點是在保持硅橡膠材料的自潔性特點基礎上，增加強度和硬度使其具備陶瓷或者玻璃材料的特點。
[0010]所述外絕緣傘套由頂部防塵大傘裙、底部防閃大傘裙和中段防污小傘裙三種類型組合，其基本結構都是在一個圓筒形絕緣套的中段設置一個具有增爬抗污功能的傘裙，絕緣套的上下端是一個可以互相套接的子口，各傘裙通過子口的套接和膠合后硫化成整體。
[0011]所述頂部防塵大傘裙和底部防閃大傘裙的凹面有多個較深的環(huán)狀凸緣，通過這一措施降低中段絕緣主體的污染水平。
[0012]所述中段防污傘裙作為抗污染主體，其直徑要小于上下兩端的傘裙，半截橢圓球體或者大傾角的圓錐體外形具有最大的安息角不但提高了自潔性能，且具有風阻小強度高的作用；凹部較深的環(huán)狀凸緣對于減少污潰堆積和增加爬電距離非常有效。
[0013]所述頂部防塵大傘裙、底部防閃大傘裙和中段防污小傘裙三種傘裙的結構特點是吸收了陶瓷和玻璃絕緣子超強的抗綜合性污染性功能。
[0014]所述內絕緣芯棒采用常用的玻璃纖維弓I拔棒制造成柱式支持絕緣子。
[0015]所述內絕緣芯棒也可以是絕緣套管制成套管式支持絕緣子。
[0016]所述的絕緣系統(tǒng)合成方法是:
[0017]芯棒或者套管表面絕緣處理
首先將芯棒或者套管表面打毛后清洗干凈，然后在表面均勻涂一層液體硅膠使其固化。
[0018]外絕緣傘套孔內和芯棒界面絕緣處理
在外絕緣傘套孔內和芯棒表面都均勻涂一層液體硅膠，然后將芯棒立即插進外絕緣傘套孔內使兩者形成一個完整絕緣體系。
[0019]在芯棒兩端安裝端部附件，或者套管內電器元件，產(chǎn)品制造完成。
[0020]該發(fā)明具有復合材料絕緣子和玻璃、陶瓷絕緣子的綜合性技術特點，在動態(tài)和靜態(tài)均有極強的耐各種污染的性能，長期使用不需要清掃維護，適合所有車頂高壓電氣系統(tǒng)的絕緣支撐用柱式和絕緣保護系統(tǒng)用套管類絕緣子產(chǎn)品。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖1是本發(fā)明的柱式支持絕緣子總體結構圖
[0022]附圖2是本發(fā)明的柱式支持絕緣子的零件裝配結構圖
[0023]附圖3是本發(fā)明的柱式支持絕緣子的零部件結構示意圖
[0024]附圖4是本發(fā)明的柱式支持絕緣子的外絕緣傘套結構示意圖
[0025]附圖5是本發(fā)明的殼體式支持絕緣子結構圖，其中附圖5A是殼體式絕緣子總體結構圖，附圖5B是外絕緣傘套和內絕緣套管結構圖
[0026]附圖6是本發(fā)明的套管式絕緣子結構圖，其中附圖6A套管式絕緣子總體結構圖，附圖6B是外絕緣傘套和內絕緣套管結構圖
[0027]附圖標記說明:
1:底座，1-1:圓筒，1-2:底板，l-2d:安裝孔，1-3:環(huán)形槽，
2A:圓上蓋，2B:方上蓋，2B-1:方形法蘭，2-la:螺紋孔結構，2_lb:孔結構，2_2:圓套，
2-3:小套，2-3a:瓣狀開口，2-4:圓錐軸，
3:傘套，3-1:頂部防塵大傘裙，3-2:中段防污小傘裙組，3-3:底部防閃大傘裙，3a:絕緣套，3b:傘裙，3c:子口，3d:環(huán)狀凸緣，
4:芯棒，4d:倒圓錐孔，5:絕緣帽，6:安裝法蘭，7:聯(lián)接法蘭，8:絕緣殼體，8A:外絕緣傘套，8B:內絕緣套管，9:金屬外殼，10:線圈，11:高壓套管，12:室內絕緣傘套，13:端蓋，14:高壓導電桿；15:高壓電器組件；16:車頂安裝座。 【具體實施方式】I (棒形柱式絕緣子)
[0028]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的棒形柱式絕緣子作進一步的描述:
[0029]如附圖1所示:
[0030]一種新型高速機車車頂用棒形柱式絕緣子，由底座1、上蓋2、傘套3、芯棒4、絕緣帽5組成。所述傘套3采用新型復合材料首先制成頂部防塵大傘裙3-1、底部防閃大傘裙3-3和中段防污小傘裙組3-2三種類型傘裙，然后通過套接固化成整體，套在芯棒4外面，形成抵抗和防止污染失效的外絕緣部分；底座I和上端法蘭2分別固定在芯棒4的兩端且保護傘套3。
[0031]所述車頂用棒形柱式絕緣子包括受電弓支持絕緣子，母線支持絕緣子，閘刀開關(轉換開關)支持絕緣子。
[0032]所述車頂用棒形柱式絕緣子的底座I和上蓋2對應于接地端和高壓端，在車頂?shù)陌惭b固定方法是:將底座I與機車車頂?shù)陌惭b孔固定后，上蓋2則安裝機車車頂高壓電器，然后在所有安裝螺栓的伸出端擰上絕緣帽5，防止尖端放電。
[0033]所述車頂用棒形柱式絕緣子的絕緣主體既承受復雜多變的動態(tài)和靜態(tài)機械載荷，也要承受各種嚴重污染和惡劣氣候環(huán)境中的上下之間高壓電場。
[0034]所述底座I由一個圓筒1-1和底板1-2組成，所述圓筒1-1的內徑與芯棒4的直徑一致，所述底板上的安裝孔l-2d與機車安裝孔對應；所述圓筒1-1和底板1-2結合處還有一個與底部防閃大傘裙3-3下套尺寸一致的環(huán)形槽1-3:
[0035]所述上蓋2是安裝車頂高壓電器的位置，包括圓形上蓋2A和方形上蓋2B和一個配套的圓錐軸2-4。
[0036]所述圓形上蓋2A包括一個圓蓋2-2和中心位置的一個小套2_3，圓蓋2_2是固定芯棒的位置。圓蓋的中心位置是一個螺紋孔2-la ;小套2-3的端部做成瓣狀開口套2-3a。
[0037]所述方形上蓋2B的上端是一個有2或者4個通孔2_lb的法蘭方形法蘭2B_1，下端結構與圓形上蓋完全一致。
[0038]所述圓錐軸2-4包括一個圓柱體2_4a和一個圓錐體2_4b，圓柱體2_4a直徑等于小套2-3內徑。圓錐軸2-4插進小套2-3后可以將瓣狀開口套2-3a擴大成瓣狀倒錐體。
[0039]所述內絕緣芯棒4采用通用的玻璃纖維引拔棒制造，芯棒上端的中心有一個內大外小的倒圓錐孔4d，其深度與小套2-3的長度一致。
[0040]所述傘套3包括頂部防塵大傘裙3-1、底部防閃大傘裙3-3和中段防污小傘裙組3-2三個部分，通過各自的子口 3c互相套接膠合后硫化成整體。
[0041]所述頂部防塵大傘裙3-1包括直徑較大的傘裙3-la，絕緣套3-lb。傘裙3_la的傾角較小，直徑較大，凹面有包括裙邊在內的多個較深的環(huán)狀凸緣3d。絕緣套3-lb在傘裙
3-la的中心,下端有一個凹形子口 3c-l。
[0042]所述中段防污傘裙3-2包括直徑較小、外形為半截橢圓球體或者傾斜角度很大的圓錐體狀傘裙3-2a和絕緣套3-2b ;絕緣套3-2b在傘裙3_2a的中心，上端有一個凸形子口3c-2，下端有一個凹形子口 3c-l ;傘裙3-2a的凹部有個較深的環(huán)狀凸緣3d。
[0043]底部防閃大傘裙3-3包括直徑較大的傘裙3_3a和絕緣套3_3b。傘裙3_3a的傾角較小，直徑較大，凹面有包括裙邊在內的多個較深的環(huán)狀凸緣3d。絕緣套3-3b為大小兩段組成，小套3-3b-l在傘裙3-3a的上端，形狀和尺寸與中段防污傘裙3_2相同；大套3_3b_2在傘裙3-3a的下端，其作用是將底座I的圓筒1-1部分完全包覆，防止底座I放電。
[0044]所述上蓋2與芯棒4的安裝方法是，首先在芯棒4的倒錐孔4d內澆注膠黏劑，將錐銷2-4的圓柱體2-4a插進小套2-3的瓣狀開口套2_3a內定位后，將小套2_3插進進芯棒4的倒錐孔4d里；將上蓋2的圓套2-2套在芯棒的端部，加壓后錐銷2-4的椎體2_4b被擠進小套2-3的孔里將瓣狀開口套2-3a擴大，膠粘劑也同時從底部擠壓充盈整個倒錐孔內縫隙，固化以后即可形成整體。
【具體實施方式】2 (絕緣殼體式絕緣子)
[0045]下面結合附圖5和實施例對本發(fā)明的絕緣殼體式絕緣子作進一步的描述:
[0046]如附圖5A所示:
[0047]所述一種機車車頂用于避雷器、真空開關等高壓電器的絕緣支持和保護用的絕緣殼體式絕緣子，由底部安裝法蘭6、頂端聯(lián)接法蘭7、絕緣殼體8、絕緣帽5組成。安裝法蘭6和聯(lián)接法蘭7分別固定在絕緣殼體8的兩端。
[0048]所述殼體式絕緣子的絕緣主體8由外絕緣傘套8A和內絕緣套管8B組成，既承受復雜多變的動態(tài)和靜態(tài)機械載荷，也要承受各種嚴重污染和惡劣氣候環(huán)境中的上下之間高壓電場，保護著套管內高壓電器組件15的正常工作。
[0049]所述外絕緣傘套8A，其材料、結構、制造方法和抗污染作用同柱式支持絕緣子的傘套3相同。
[0050]所述內絕緣套管SB作為絕緣殼體的內絕緣主體，采用通用的高強度玻璃纖維浸潰膠黏劑制造，以供安裝高壓電器元件。
[0051]所述安裝法蘭6是與機車頂部安裝固定和接地端；聯(lián)接法蘭7是外接高壓電源連接端。
【具體實施方式】3 (絕緣套管式絕緣子)
[0052]下面結合附圖6和實施例對本發(fā)明的絕緣套管式絕緣子作進一步的描述:
[0053]如附圖6A所示:
[0054]所述一種新型高速機機車車頂用高壓互感器、穿墻套管類高壓套管式絕緣子，由上絕緣傘套3、絕緣帽5、金屬外殼9、線圈10、內絕緣套管11、下絕緣傘套12、端蓋13、高壓導電桿14等組成。
[0055]所述線圈10是監(jiān)測和計量電氣元件，安裝在金屬外殼9內。
[0056]所述金屬外殼9與車體安裝固定，上端的傘套3部分暴露在機車車體室外，形成抵抗和防止室外污染的外絕緣部分；下端的室內絕緣傘套12在機車車體室內，以增加室內絕緣體的爬電距離；
[0057]所述導電桿14安裝在高壓套管11的中心，通過兩端的端蓋13固定。
[0058]所述導電桿14的上端接入高壓電源，下端接通車體內電氣系統(tǒng)，
[0059]所述絕緣帽5安裝在金屬外殼9的安裝聯(lián)接螺栓上。
[0060]所述高壓套管11采用高強度玻璃纖維浸潰膠黏劑制造(見附圖6B)。
[0061]所述上絕緣傘套3和下絕緣傘套12，其材料、結構、制造方法和抗污染作用同柱式支持絕緣子的傘套3相同(見附圖6B)。
[0062]所述安裝法蘭6和聯(lián)接法蘭7分別是產(chǎn)品的接地端和高壓端。
[0063]所述套管式支持絕緣子的絕緣主體既承受復雜多變的動態(tài)和靜態(tài)機械載荷，也要承受各種嚴重污染和惡劣氣候環(huán)境中的上下之間高壓電場，保護著套管內的高壓電器正常工作。
【具體實施方式】4 (新型復合材料)
[0064]下面對所述新型復合材料的配方說明如下:
[0065]所述新型復合材料由高溫硫化硅橡膠HTV-2為主體，加入20?30%的熱固性樹脂膠黏劑，10?20%的無堿短切玻璃纖維，5?15%的聚乙烯醇縮醛進行改性而成；
[0066]所述新型復合材料由高溫硫化硅橡膠HTV-2為主體，也可以是加入20?40%的熱固性模壓塑料,5?15%的聚乙烯醇縮醛進行改性而成；
[0067]所述熱固性模壓塑料包括:⑴電氣型不飽和聚酯樹脂模壓塑料(DMC或者SMC)；
(2)環(huán)氧樹脂模壓塑料；(3)有機硅模壓塑料；(4)酚醛樹脂模壓塑料；(5)其他熱固性模壓塑料或者由這些材料改性的模壓塑料。
[0068]所述的熱固性塑料既包括這些材料中含短切玻璃纖維的模塑料，也包括不含有短切玻璃纖維的模壓塑料。
[0069]所述熱固性樹脂膠黏劑包括由以下熱固性樹脂與對應固化劑、填料等配置的膠粘劑:⑴不飽和聚酯樹脂；⑵環(huán)氧樹脂；⑶有機硅樹脂；⑷酚醛樹脂；(5)其他熱固性樹脂或者這些樹脂材料改性的膠黏劑。
【權利要求】
1.一種新型高速機車車頂高壓電氣用絕緣系統(tǒng)，包括用于受電弓，母線，閘刀開關(轉換開關)絕緣支撐用的棒形柱式復合絕緣子和避雷器、互感器、真空開關等高壓電器的絕緣支持和保護用的絕緣殼體式和絕緣套管式復合絕緣子，主要由新型復合材料的外絕緣傘套、內絕緣芯棒(包括絕緣套管)、端部附件等組成。
2.根據(jù)權利要求1所述棒形柱式復合絕緣子，由底座1、上蓋2、傘套3、芯棒4、絕緣帽5等組成，底座I和上端法蘭2分別固定在芯棒4的兩端且保護傘套3。
3.根據(jù)權利要求2所述傘套3采用新型復合材料首先制成頂部防塵大傘裙3-1、底部防閃大傘裙3-3和中段防污小傘裙組3-2三種類型傘裙，然后通過套接固化成整體，套在芯棒4外面，形成抵抗和防止污染失效的外絕緣部分。
4.根據(jù)權利要求2所述底座I由一個圓筒1-1和底板1-2組成，所述圓筒1-1的內徑與芯棒4的直徑一致，所述底板上的安裝孔l-2d與機車安裝孔對應；所述圓筒1-1和底板1-2結合處還有一個與底部防閃大傘裙3-3下套尺寸一致的環(huán)形槽1-3。
5.根據(jù)權利要求2所述上蓋2是安裝車頂高壓電器的位置，包括圓形上蓋2A和方形上蓋2B和一個配套的圓錐軸2-4。
6.根據(jù)權利要求2和權利要求5所述圓形上蓋2A，包括一個圓蓋2-2和中心位置的一個小套2-3，圓蓋2-2是固定芯棒的位置。圓蓋的中心位置是一個螺紋孔2-la ;小套2_3的端部做成瓣狀開口套2-3a。
7.根據(jù)權利要求5所述圓錐軸2-4包括一個圓柱體2-4a和一個圓錐體2_4b，圓柱體2-4a直徑等于小套2-3內徑。圓錐軸2-4插進小套2-3后可以將瓣狀開口套2-3a擴大成瓣狀倒錐體。
8.根據(jù)權利要求2所述傘套3包括頂部防塵大傘裙3-1、底部防閃大傘裙3-3和中段防污小傘裙組3-2三個部分，通過各自的子口 3c互相套接膠合后硫化成整體。
9.根據(jù)權利要求2和權利要求8所述頂部防塵大傘裙3-1，包括直徑較大的傘裙3-la，絕緣套3-lb。傘裙3-la的傾角較小，直徑較大，凹面有包括裙邊在內的多個較深的環(huán)狀凸緣3d。絕緣套3-lb在傘裙3-la的中心，下端有一個凹形子口 3c-l。
10.根據(jù)權利要求2和權利要求8所述中段防污傘裙3-2，包括直徑較小、外形為半截橢圓球體或者傾斜角度很大的圓錐體狀傘裙3-2a和絕緣套3-2b ;絕緣套3-2b在傘裙3_2a的中心，上端有一個凸形子口 3c-2，下端有一個凹形子口 3c-l ;傘裙3-2a的凹部有個較深的環(huán)狀凸緣3d。
11.根據(jù)權利要求2和權利要求8所述底部防閃大傘裙3-3，包括直徑較大的傘裙3-3a和絕緣套3-3b。傘裙3-3a的傾角較小，直徑較大，凹面有包括裙邊在內的多個較深的環(huán)狀凸緣3d。絕緣套3-3b為大小兩段組成，小套3-3b-l在傘裙3-3a的上端，形狀和尺寸與中段防污傘裙3-2相同；大套3-3b-2在傘裙3-3a的下端，其作用是將底座I的圓筒1_1部分完全包覆，防止底座I放電。
12.根據(jù)權利要求1所述絕緣殼體式和套管式復合絕緣子,其外絕緣傘套的材料、結構、工藝、抗污染特性，均與權利要求2、權利要求8、9、10、11所述棒形柱式復合絕緣子的外絕緣傘套一致。
13.根據(jù)權利要求1所述新型復合材料由高溫硫化硅橡膠HTV-2為主體，加入20?30%的熱固性樹脂膠黏劑，10?20%的無堿短切玻璃纖維，5?15%的聚乙烯醇縮醛進行改性。
14.根據(jù)權利要求13所述新型復合材料由高溫硫化硅橡膠HTV-2為主體，也可以是加入20?40%的熱固性模壓塑料，5?15%的聚乙烯醇縮醛進行改性。
15.根據(jù)權利要求13所述熱固性模壓塑料包括:(I)電氣型不飽和聚酯樹脂模壓塑料(DMC或者SMC)；⑵環(huán)氧樹脂模壓塑料；(3)有機硅模壓塑料；⑷酚醛樹脂模壓塑料；(5)其他熱固性模壓塑料或者由這些材料改性的模壓塑料。
16.根據(jù)權利要求13和權利要求15所述的熱固性塑料既包括這些材料中含短切玻璃纖維的模塑料，也包括不含有短切玻璃纖維的模壓塑料。
17.根據(jù)權利要求13所述熱固性樹脂膠黏劑包括由以下熱固性樹脂與對應固化劑、填料等配置的膠粘劑:⑴不飽和聚酯樹脂；⑵環(huán)氧樹脂；⑶有機硅樹脂；⑷酚醛樹脂；(5)其他熱固性樹脂或者這些樹脂材料改性的膠黏劑。
【文檔編號】H01B17/38GK104183339SQ201410285716
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權日:2014年6月16日
【發(fā)明者】謝學文 申請人:謝學文