[发明专利]一种电场分布均匀的特高压合成绝缘子

说明书

技术领域

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。

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匀。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匀的问题也越严重。为了改善复合绝缘子整体电压分布的均匀程度，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匀电场具有一定效果，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1000kV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匀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匀性。

本发明提出的电场分布均匀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匀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匀性，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。

附图说明

图1是本发明提出的电场分布均匀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。

具体实施方式

本发明提出的电场分布均匀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。