专利名称：盘形悬式瓷绝缘子及其头部结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及绝缘子，更具体地说，涉及一种盘形悬式瓷绝缘子及其头部结构。
背景技术：
近些年来，我国大力发展电力事业，积极扩大西电东送规模，加强南北互联及全国联网，增加北、中、南三大通道送电能力，积极推进长距离、大容量送电，实现跨区域跨流域输电。为实现这一目标，必须提高输电电压等级，建设一批交、直流特高压输电工程，即交流750kV和1000kV，直流士800kV输电线路，其输电能力较交流500kV和直流士500kV输电线
路提高数倍。 发展特高压输变电建设的同时对输电线路起绝缘和固定导线作用的绝缘子提出了更高的要求，然而，现有的不同机电破坏强度等级的盘形悬式瓷绝缘子的种类不够完善，已经不能满足长距离、大跨越输电线路的要求，成为制约特高压输电建设发展的一个重要因素。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种盘形悬式瓷绝缘子及其头部结构，填补了绝缘子机电破坏强度420kN的空白，满足了输电线路的要求。[0005] —种盘形悬式瓷绝缘子头部结构，包括 圆锥形瓷头，所述圆锥形瓷头的承力面内锥角为12° ，承力面外锥角为9。；[0007] 通过胶合剂和所述圆锥形瓷头外表面连接的铁帽，所述铁帽的承力面锥角为
26° ; 通过胶合剂和所述圆锥形瓷头内孔连接的钢脚，所述钢脚的承力面锥角为33° 。[0009] 优选的，所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积满足以下公式[0010] S = Ji "+(12) 1/2 ; 其中，S表示所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积，c^表示所述圆锥形瓷头内孔的顶部直径，4 = 82mm， d2表示所述圆锥形瓷头内孔的底部直径，d2 = 60mm， 1表示所述圆锥形瓷头内孔的斜边长度，1 = 54mm。 优选的，所述钢脚的机电破坏强度大于420kN。 —种盘形悬式瓷绝缘子，所述绝缘子采用上述头部结构，其机电破坏强度满足以下公式 F = SXsina X o X S X10—3 ; 其中，F表示所述绝缘子的机电破坏强度，F > 420kN， S表示所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积，a表示所述圆锥形瓷头的承力面内锥角，o表示瓷质材料本身的压縮强度，S表示瓷质材料的利用率。 优选的，所述绝缘子整体的机电破坏强度由所述钢脚的机电破坏强度决定，所述钢脚的机电破坏强度大于420kN。[0017] 从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例通过对盘形悬式瓷绝缘子采用圆锥形头部结构，并对其圆锥形瓷头的承力面内外锥角、铁帽的承力面锥角、钢脚的承力面锥角以及所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积进行了合适的尺寸设计，使该盘形悬式瓷绝缘子瓷头的机电破坏强度大于420kN。由于头部结构的合理设计，使整个绝缘子的机电破坏强度由形状较简单，强度最容易控制的的钢脚来决定，并通过选择机电破坏强度大于420kN的钢脚材料的，使盘形悬式瓷绝缘子整体的机电破坏强度大于420kN。 经过上述整体设计，使得该盘形悬式瓷绝缘子的机电破坏强度大于420kN，且分散性低，满足了输电线路对420kN级绝缘子的要求。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为本实用新型实施例公开的一种盘形悬式瓷绝缘子圆锥形头部结构受力分布图； 图2为本实用新型实施例公开的一种盘形悬式瓷绝缘子圆锥形头部结构图； 图3为本实用新型实施例公开的一种盘形悬式瓷绝缘子瓷头内孔结构图； 图4为本实用新型实施例公开的一种盘形悬式瓷绝缘子各部件设计强度分布曲
具体实施方式本实用新型实施例公开了一种盘形悬式瓷绝缘子及其头部结构，通过采用圆锥形头部结构，及对圆锥形瓷头的承力面内外锥角、铁帽的承力面锥角、钢脚的承力面锥角以及所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积进行了合适的尺寸设计，使该盘形悬式瓷绝缘子瓷头的机电破坏强度大于420kN。由于头部结构的合理设计，使得所述绝缘子整体的机电破坏强度由钢脚的强度来决定，降低了所述绝缘子的分散性，并通过选择机电破坏强度大于420kN的钢脚材料，使整体的机电破坏强度大于420kN。 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 本实用新型实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子是使用瓷质材料制作其中的绝缘件，由于瓷质材料属于脆性材料，其压縮强度远大于拉伸强度，所以在制作绝缘件时要充分考虑瓷质材料这一性能，通过合理的结构设计，将绝缘子正常工作时受到的拉应力转化为相应的压应力，从而实现绝缘子较高的拉伸破坏强度。 参见图1，为本实用新型实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子圆锥形头部结构受力分布图，标号1表示该绝缘子的瓷头，Pi和P2为绝缘子工作时瓷头1所受的向上和向下的拉应力，由于瓷头1设计为圆锥体结构，其内、外壁不是竖直方向，而是与竖直方向有一定的
4夹角，当PpP2作用在绝缘子瓷头1上时，Pi被分解为对瓷头1外壁的压应力F3和F4， P2被分解为对瓷头1内壁的压应力巳和F2，通过这种力的分解作用，从而实现绝缘子较高的拉伸破坏强度。 本实用新型实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子圆锥形头部结构如图2所示，由圆锥形瓷头3、与圆锥形瓷头3外表面连接的铁帽1和与圆锥形瓷头3内孔连接的钢脚4用胶合剂2胶装而成，由于圆锥形瓷头3、铁帽1、钢脚4以及胶合剂2之间的热膨胀系数相差较大，导致在环境温度发生变化时，圆锥形瓷头3、铁帽1、钢脚4以及胶合剂2的体积变化不能同步，这样在绝缘子头部内部就会产生危险的热应力。绝缘子在长期的热应力和机械负荷作用下工作会累计产生机械应力，从而影响绝缘子的机电破坏强度，因此本实用新型实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子的圆锥形瓷头3、铁帽1、钢脚4和胶合剂2之间的可相对滑动设计可以解决这一问题。在环境温度变化时，这种适度的滑动可以使绝缘子各部件之间的相对位置趋于合理，从而减小绝缘子头部内产生的热应力。 本实用新型实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子的圆锥形瓷头1的内外表面非常光滑，但是在使用过程中为了避免绝缘子受力后钢脚4自锁(即钢脚在解除受力后不能恢复原位置)，从楔形理论可知，在结构设计过程中，必须使圆锥形瓷头3的承力面内锥角a和外锥角P都大于圆锥形瓷头3与胶合剂2连接的摩擦角OV即保持a > 0\和13 > av同理，也必须使铁帽1的承力面锥角V大于铁帽1与胶合剂2连接的摩擦角。2，钢脚4的承力面锥角Y大于钢脚4与胶合剂2连接的摩擦角。3，由于材料选择和工艺等各方面的原因，本实用新型实施例中①i"8. 5° 11.3° ，。2= 。3"25° 30° ，即a和p应在8. 5°以上，ur和Y应在25°以上，本实施例中设计的各角度大小为a = 12° ， 13 =9° ， ur =26° ， y =33° ，这种角度设计可以满足上述要求，保证了所述绝缘子头部机电破坏强度的可靠性。 在一定条件下，如瓷质材料不变、工艺不变及各承力面角度符合上述要求等，盘形悬式瓷绝缘子的机电破坏强度F与瓷头内孔承力面面积S满足一定的线性关系，根据生产实际经验，其关系式为[0031] F = SXsina X o X S X10—3， 其中，o表示瓷质材料本身的压縮强度，为500Mpa ; S表示瓷质材料的利用率，约为45%。 本实施例公开的圆锥形瓷头的内孔结构图如图3所示，其承力面面积S满足以下公式 S = Ji "+(12) 1/2， 其中，表示所述圆锥形瓷头内孔的顶部直径，d2表示所述圆锥形瓷头内孔的底部直径，l表示所述圆锥形瓷头内孔的斜边长度，本实施例公开的圆锥形瓷头的各部分尺寸为d丄=82mm， d2 = 60mm， 1 = 54mm。 根据以上数据计算得出本实施例公开的盘形悬式瓷绝缘子瓷头的机电破坏强度F = 563kN > 420kN，各项数据均满足产品性能要求。 在绝缘子设计过程中，也要考虑瓷头、钢脚、铁帽的强度分散性的特点，图4为本实用新型实施例公开的一种盘形悬式瓷绝缘子各部件设计强度分布曲线，x轴表示部件的破坏负荷，y轴表示部件的破坏概率，曲线1表示钢脚的强度曲线，曲线2为铁帽的强度曲
5线，曲线3为瓷头的强度曲线，从图中可以看出，在同样的破坏负荷下，钢脚的机电破坏概 率最高，所以在设计过程中，需要选择形状较简单，强度最容易控制的钢脚来控制整个绝缘 子的强度，使钢脚在铁帽和瓷头被破坏之前先破坏，也就是说钢脚的强度即绝缘子的强度。 本实施例通过钢脚材料的选择，使得钢脚的机电破坏强度大于420kN，从而整个绝缘子的机 电破坏强度也就大于420kN，本实用新型实施例通过全方面的考虑及整体结构的合理设计， 提供了高稳定性、低分散性的机电破坏强度420kN级的盘形悬式瓷绝缘子，满足了输电线 路对该等级绝缘子的需求。 本领域技术人员可以理解，盘形悬式瓷绝缘子的机电破坏强度是由其整体的结构 共同决定的，其各个部件的设计和强度的要求都要满足一定的规则，本实用新型实施例公 开的各部件的数据充分考虑了制作工艺及实际使用情况的要求，但在实际制作过程中，各 个数据可能会根据工艺的不同稍作变动，在不改变本实用新型的主要目的的情况下，都属 于本实用新型的保护范围。 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求一种盘形悬式瓷绝缘子头部结构，其特征在于，包括圆锥形瓷头，所述圆锥形瓷头的承力面内锥角为12°，承力面外锥角为9°；通过胶合剂和所述圆锥形瓷头外表面连接的铁帽，所述铁帽的承力面锥角为26°；通过胶合剂和所述圆锥形瓷头内孔连接的钢脚，所述钢脚的承力面锥角为33°。
2. 根据权利要求1所述的绝缘子头部结构，其特征在于，所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积满足以下公式 S = JI "+4) 1/2 ;其中，S表示所述圆锥形瓷头的内孔承力面面积，4表示所述圆锥形瓷头内孔的顶部直径，= 82mm， d2表示所述圆锥形瓷头内孔的底部直径，d2 = 60mm， 1表示所述圆锥形瓷头 内孔的斜边长度，l = 54mm。
3. 根据权利要求1所述的绝缘子头部结构，其特征在于，所述钢脚的机电破坏强度大 于420kN。
4. 一种盘形悬式瓷绝缘子，其特征在于，所述绝缘子采用权利要求l-3任一项所述头部结构，其机电破坏强度满足以下公式 F = SXsina X o X S X 10—3 ;其中，F表示所述绝缘子的机电破坏强度，F > 420kN， S表示所述圆锥形瓷头的内孔承 力面面积，a表示所述圆锥形瓷头的承力面内锥角，o表示瓷质材料本身的压縮强度，S 表示瓷质材料的利用率。
5. 根据权利要求4所述的绝缘子，其特征在于，所述绝缘子整体的机电破坏强度由所 述钢脚的机电破坏强度决定，所述钢脚的机电破坏强度大于420kN。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种盘形悬式瓷绝缘子及其头部结构，该绝缘子的机电破坏强度为420kN级，包括承力面内锥角为12°，承力面外锥角为9°的圆锥形瓷头，其内孔的顶部直径为82mm，底部直径为60mm，斜边长度为1＝54mm；承力面锥角为26°，通过胶合剂和所述圆锥形瓷头外表面连接的铁帽；承力面锥角为33°，通过胶合剂和所述圆锥形瓷头内孔连接的钢脚，其机电破坏强度大于420kN。本实用新型实施例通过对盘形悬式瓷绝缘子圆锥形头部结构中的各个部件进行了合适的尺寸设计和材料的选择，使该绝缘子的机电破坏强度大于420kN，为输电线路提供了高稳定性、低分散性的420kN级的盘形悬式瓷绝缘子。
文档编号H01B17/02GK201514817SQ20092016255
公开日2010年6月23日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者于清波, 舒印彪, 韩先才 申请人:大连电瓷集团股份有限公司;国家电网公司