专利名称：用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统架空配电线路，尤其涉及一种用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子，其适用于各种安装类型的架空绝缘导线。
背景技术：
为了减少树木、鸟类、积雪等外部原因引起的架空配电线路故障，提高供电可靠性，国际上发达国家从六十年代后期逐渐采用架空绝缘导线。我国从八十年代开始对城市架空配电网实施绝缘化改造试点。九十年代，开始推广应用。
绝缘导线确实解决了裸导线所解决不了的走廊和安全问题，与电缆相比，投资省、建设快，优点十分明显。但是，雷击断线问题却十分突出。日本在七十年代初的研究得出结论绝缘导线雷击必断。例如1998年，雷电活动强烈，北京供电局管辖的10kV架空绝缘线路发生雷击断线14次。因此，必须妥善解决雷击断线问题，才能保证架空绝缘配电网的安全运行。
绝缘导线的雷击断线原理与裸导线相比有明显不同。当直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时，接续的工频短路电流电弧在电动力的作用下沿着导线向背离电源方向移动，导线被严重烧伤的概率很小。而绝缘导线则不同，雷电过电压首先击穿导线绝缘层进而引起绝缘子闪络，被击穿的绝缘层呈一针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻凝，弧根只能在针孔处燃烧，在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。
根据上述绝缘导线雷击断线的机理，相应的防范措施有“疏导和堵塞”两种方式。“疏导”就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使工频电弧弧根转移或固定在特制金具上燃烧，从而保护导线免于烧伤。例如，在绝缘子与导线联结处剥离绝缘层采用闪络保护型线夹或将绝缘子两侧的绝缘导线剥离一段绝缘层并加装防弧线夹等。“堵塞”就是阻止雷击闪络后工频续流起弧。例如，采用限流消弧角，即带串联环型外间隙金属氧化物避雷器。
上述两种方式虽然能够有效地防止雷击断线，但是存在以下的不足1.目前已有的防弧金具，在使用时，绝缘导线需剥离较长的长度，裸露部分较大，这会对导线的密封和绝缘有一定的影响。
2.使用避雷器，虽然防护效果好，但施工安装复杂、投资大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种克服现有技术中的上述缺陷的新型结构的用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子。
为了实现上述目的，本发明的用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子包括耐弧绝缘子，安装到所述架空绝缘导线上，用于定位雷电闪络路径和固定工频电弧烧灼点；穿刺金具，穿透绝缘导线的绝缘层与内部的导体紧密电接触；绝缘软导线，用于电联接耐弧绝缘子和穿刺金具，使得在雷电发生时，通过耐弧绝缘子放电。
本发明的穿刺嵌位绝缘子具有防雷击断线、不剥离导线绝缘层、施工简单、附带绝缘防护罩、安全可靠性高、填补国内技术空白等特点。具体地，其具有以下优点(1)由于本发明的穿刺金具穿透绝缘导线的绝缘层，与内部的金属导线紧密联接，耐弧绝缘子的高压电极通过绝缘软导线与穿刺金具电位相同。雷电放电后，接续的工频短路电流电弧的弧根固定在耐弧绝缘子的高压电极上燃烧，从而保护导线免于烧伤。(2)本发明使用穿刺金具，无需剥离绝缘层，即可引出高压电位。穿刺刀齿以点压的方式挤入绝缘层，对导线绝缘层损伤很小。穿刺刀齿表面涂敷导电硅脂，能够防止潮气进入导线内部。(3)耐弧绝缘子的高压电极厚度较大，经得起多工频电弧的烧灼。(4)采用扭力螺母，使穿刺的深度合理，既能与绝缘导线良好接触，又不会影响绝缘导线的强度和性能。(5)采用了优化设计的结构，绝缘软导线预留了足够的长度，在架空线路发生位移时，能够正常工作，安全可靠性高。(6)耐弧绝缘子的安装方便快捷，满足施工现场的操作需要。(7)耐弧绝缘子的机械性能，绝缘防护罩的绝缘性能、防污性能和防气候老化性能好。
图1是本发明穿刺嵌位绝缘子的总体安装示意图；图2是本发明穿刺嵌位绝缘子穿刺金具的总体示意图；图3是本发明穿刺嵌位绝缘子穿刺金具穿刺部分特征的示意图；图4是本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子的示意图；图5是本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子的高压电极特征的示意图；图6a是本发明穿刺嵌位绝缘子用于雷电冲击放电试验的接线示意图；图6b是本发明穿刺嵌位绝缘子用于雷电冲击放电试验后的伏安特性曲线图；图7a是本发明穿刺嵌位绝缘子用于工频电弧试验时的接线示意图；图7b是本发明穿刺嵌位绝缘子用于工频电弧试验时的布置示意图；图7c是工频电弧试验后本发明穿刺嵌位绝缘子的照片。
具体实施例方式
以下参考附图来具体描述本发明的具体实施方式
，其中相同的标号表示相同的部件。
现在参考图1来具体描述本发明的用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子的具体结构，如图1所示，本发明的穿刺嵌位绝缘子主要包括以下部分耐弧绝缘子(图中以支柱绝缘子为例)2、穿刺金具3和绝缘软导线4。其中，穿刺金具3穿透绝缘导线1的外绝缘层，与绝缘导线1内部的导体紧密电接触；绝缘软导线4联接耐弧绝缘子2和穿刺金具3，使两者电位相同；雷电发生时，通过耐弧绝缘子2放电，从而保护绝缘导线1不受击穿。
其中，穿刺金具3和绝缘软导线4以及绝缘软导线4和耐弧绝缘子2必须紧密电联结，以确保其电位相同，并能经受短路电流的冲击。
图2是本发明穿刺嵌位绝缘子中的穿刺金具3的示意图，如图中所示，穿刺金具3由扭力螺母5、上压板6、下压板7和绝缘罩8组成。上、下压板6、7可以有不同的形状和尺寸，但要满足下述要求，如图3，在上压板6和下压板7与绝缘导线1相接触的表面上，分别留有凹槽9，起到固定导线的作用。凹槽9的底圆半径R与绝缘导线1的半径相匹配，凹槽9的中部为刺状的刀齿，刀齿的数量优选为约6-48个，所有刀齿的刀尖位于半径为R1的圆柱形轮廓面上，半径R1与绝缘导线1内部的导体截面半径相匹配，误差为正负5毫米。刀齿的表面涂敷导电密封胶。上下压块压紧导线后，其相距最近点之间的间隙距离D大约为0.5-5毫米。通过扭力螺母5压紧上、下压板6、7，使刀齿穿透导线外绝缘层，与内部的金属紧密电联结。扭力螺母在规定的应力作用下能够断裂，从而使穿刺部分既与导线紧密联接，又不会影响绝缘导线1的强度和性能。
其中，穿刺金具3的外部放置绝缘罩8，采用有机复合材料制造，具有良好的阻燃性能、耐候性能和绝缘性能。绝缘罩8可以有不同的形状和尺寸，甚至可以包覆在穿刺金具3外面整体成型，但是，穿刺金具3的绝缘罩8、绝缘软导线4、以及它们之间的联接部分应严格密封防止潮气的进入和电弧的烧灼。
其中，绝缘软导线4的绝缘材料也具有良好的阻燃性能、耐候性能和绝缘性能，绝缘软导线4两端分别与穿刺金具3和耐弧绝缘子2紧密电联接。穿刺金具3安装时与耐弧绝缘子2之间的距离至少保持80毫米，以保证在架空导线发生位移时，本发明的穿刺嵌位绝缘子能够正常工作。
图4为耐弧绝缘子(图中以支柱绝缘子为例)2的总体安装图，如图所示，耐弧绝缘子2主要包括以下部分由高压电极本体12和高压电极压块13组成的高压电极、由绝缘部分11、上联接金具14、下联接金具15组成绝缘组件、绝缘防护罩10。其中，高压电极与绝缘软导线4的内部的导体紧密电联接，以与高压线路具有相同的电位。
绝缘部分11采用瓷绝缘或有机复合绝缘，上和下联接金具14和15分别固定在绝缘部分11的上下两端。可以通过浇装、螺纹或焊接等方式将高压电极与绝缘组件的上联接金具14紧密电联接，也可以通过铸造或机械加工等手段先将上联接金具14与高压电极本体做成一个零件，再与绝缘部分11联接。绝缘组件的一端通过下联接金具15接地，另一端通过上联接金具14固定高压电极；绝缘防护罩10固定在高压电极的外面，起到绝缘和限弧的作用，其内腔与高压电极之间留有间隙。
高压电极压块13和本体12可以有不同的形状和尺寸。但高压电极要满足下述要求。如图5所示，在压块13和本体12与绝缘导线1相接触的表面上，限定了凹槽18，凹槽的半径R与绝缘导线1的半径相匹配，起到固定和支撑导线的作用。高压电极沿导线方向应有足够的厚度，该厚度优选为约35-150毫米，以便承受工频电弧的多次烧灼。
高压电极外部的绝缘防护罩10采用有机复合材料制造，具有良好的阻燃性能、耐候性能和绝缘性能。绝缘防护罩10的内腔与高压电极之间可保留大约2-60毫米的间隙，其底沿不密封并与高压电极的底沿基本平齐，误差范围不超过正负10毫米。在满足上述要求的情况下，绝缘防护罩10可以选择不同的形状和尺寸。
以上描述了本发明穿刺嵌位绝缘子的具体结构，下面通过试验数据，进一步说明本发明穿刺嵌位绝缘子的实施效果1.雷电冲击放电试验该试验是为了检验在雷电冲击作用下，闪络是否都在穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2上，即能否有效地定位工频电弧路径，以及确定雷电冲击放电电压值。
试验接线如图6a所示，图中各部件分别是冲击电压发生器G、示波器S、电阻分压器D、绝缘导线1、本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2和穿刺金具3。穿刺嵌位绝缘子的正极性雷电冲击放电电压U50％及伏秒特性的试验结果见下表以及附图6b。
试验结果表明，在雷击过电压作用下闪络均发生在本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2上，能有效地定位工频电弧路径。
2.工频电弧试验该试验是为了检验雷击闪络后的工频续流电弧弧根能否固定在本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2上燃烧、穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2烧灼的程度和保护导线免于烧伤的效果。
试验接线如图7a所示，图中各部件分别是电源P、开关刀闸K、变压器T、隔离开关K1、K2、电抗器L1、电流互感器CT、耐弧绝缘子2、以及穿刺金具3，并按照图7b进行布置。短路电流幅值约12.5kA，持续时间0.23s，进行合闸短路工频燃弧试验。
试验结果表明，电弧弧根固定在本发明穿刺嵌位绝缘子的耐弧绝缘子2上燃烧，能有效地保护导线免于烧伤。
图7c为试验后本发明穿刺嵌位绝缘子的照片，其上高压电极有烧灼痕迹，但绝缘导线没有烧伤。
以上的试验结果表明，本发明所述穿刺嵌位绝缘子能够有效地防止10kV架空绝缘导线雷击断线。
此外，本发明的穿刺嵌位绝缘子中的耐弧绝缘子不限于使用上述实施例中的支柱绝缘子，也可以使用悬式绝缘子及其它形式的绝缘子，相关结构可参照上述内容进行相应的改动，这对本领域普通技术人员而言是很清楚的，为避免重复在此省略对其的描述。
尽管已对本发明进行了描述，但上述描述只是为了说明的目的，本发明不限于上述结合附图的具体描述，本领域普通技术人员可以对其进行不脱离本发明精神的各种改变，而本发明的保护范围由后附的权利要求书来限定。
权利要求
1.一种用于防止架空绝缘导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于包括耐弧绝缘子(2)，安装到所述架空绝缘导线上，用于定位雷电闪络路径和固定工频电弧烧灼点；穿刺金具(3)，穿透绝缘导线(1)的绝缘层与内部的导体紧密电接触；绝缘软导线(4)，用于电联接耐弧绝缘子(2)和穿刺金具(3)，使得在雷电发生时，通过耐弧绝缘子(2)放电。
2.如权利要求1所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述穿刺金具由上压板(6)、下压板(9)和绝缘罩(8)组成，上压块和下压块与绝缘导线相接触的表面之间限定了固定导线的凹槽(9)，凹槽的底圆半径(R)与绝缘导线的半径相匹配，凹槽的中部设有多个刺状的刀齿，各刀齿的刀尖位于与绝缘导线内部的导体截面半径相匹配的圆柱形轮廓面上，使得在所述穿刺金具压紧导线后所述刀齿穿透导线的外绝缘层而与内部的金属紧密电联结。
3.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述刀齿的表面涂敷导电密封胶。
4.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述刀齿的数量为6-48个。
5.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于在所述穿刺金具的上下压板压紧导线后，其间相距最近点之间的距离(D)为0.5-5毫米。
6.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述穿刺金具还包括用于固定上下压板的扭力螺母(5)，扭力螺母在规定的应力作用下能够断裂。
7.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于穿刺金具的绝缘罩、绝缘软导线、以及它们之间的联接部分严格密封。
8.如权利要求1或2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于绝缘软导线的长度至少保持80毫米。
9.如权利要求1或2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述耐弧绝缘子为支柱绝缘子。
10.如权利要求2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述穿刺金具外部的绝缘罩采用有机复合材料制造。
11.如权利要求1或2所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于耐弧绝缘子进一步包括与绝缘软导线电联接的高压电极(12，13)、绝缘组件以及绝缘防护罩(10)，其中在所述高压电极与绝缘导线相接触的表面上分别设有凹槽(18)，其半径(R)与绝缘导线的半径相匹配，以及其中绝缘防护罩的内腔与高压电极之间留有间隙。
12.如权利要求11所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述高压电极由压块(13)和本体(12)组成。
13.如权利要求11所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于高压电极沿导线方向的厚度构造为使得其能承受工频电弧的多次烧灼。
14.如权利要求13所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于高压电极沿导线方向的厚度为35-150毫米。
16.如权利要求11所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于所述绝缘组件由绝缘部分(11)、上联接金具(14)和下联接金具(15)组成，上、下联接金具分别固定在绝缘部分的上下两端。
17.如权利要求16所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于绝缘部分采用瓷绝缘或有机复合绝缘。
18.如权利要求11所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于绝缘防护罩的底沿与高压电极的底沿基本平齐，绝缘防护罩的底沿不密封。
19.如权利要求18所述的穿刺嵌位绝缘子，其特征在于绝缘防护罩的内腔与高压电极之间有2-30毫米的间隙。
全文摘要
本发明公开了一种用于防止绝缘架空导线雷击断线的穿刺嵌位绝缘子，能够解决绝缘架空导线雷击断线问题。它主要包括耐弧绝缘子(2)，安装到所述架空绝缘导线上，用于定位雷电闪络路径和固定工频电弧烧灼点；穿刺金具(3)，穿透绝缘导线(1)的绝缘层与内部的导体紧密电接触；绝缘软导线(4)，用于电联接耐弧绝缘子(2)和穿刺金具(3)，使得在雷电发生时，通过耐弧绝缘子(2)放电。具有防雷击断线、不剥离导线绝缘层、施工简单、附带绝缘防护罩、安全可靠性高、填补国内技术空白的特点。
文档编号H01B17/00GK1480960SQ0312000
公开日2004年3月10日 申请日期2003年3月10日 优先权日2003年3月10日
发明者陈维江, 孙昭英, 李向阳 申请人:中国电力科学研究院