高压绝缘体和使用所述绝缘体的高压电力线的制作方法

专利名称：高压绝缘体和使用所述绝缘体的高压电力线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压绝缘体，其可用于保护电厂或高空电力线和电力网络中的高 压导体。本发明还涉及一种使用这种绝缘体的高压电力线(HEPL)。
背景技术：
已知的高压支撑绝缘体包括绝缘肋式芯(特别是由陶瓷制成的)，该绝缘肋式芯 具有脊部以及在其端部具有用于将绝缘体固定到高压导体和支撑结构上的金属凸缘(参 考High voltage techniques. Ed. D. V. Razevig,Moscow," Energiya" Publishing House, 1976，p. 78)。现有技术的绝缘体的缺点包括在雷电过电压的情况下，金属凸缘之间的空气间隙 会出现闪络，然后在施加到高压导体上的操作频率电压的影响下，闪络会转换为操作频率 的电弧，从而可能破坏绝缘体。还已知一种用于保护上述绝缘体不出现这样的电弧的技术方案。该方案 包括利用所谓的保护间隙(见 “High voltage techniques". Ed. D. V. Razevig, Moscow, “ Energiya" Publishing House，1976，p. 287)，所述保护间隙利用金属棒形成， 金属棒与绝缘体以并联方式电连接，且在棒之间形成火花放电空气间隙。每个火花放电间 隙的长度小于沿绝缘体表面的泄露路径，且小于空气间的闪络的长度。因此，在过电压的情 况下，不是跨越绝缘体形成闪络，而是跨越棒之间的空气间隙形成闪络，从而操作频率的电 弧在棒之间燃烧，而不跨越绝缘体表面。利用这种保护间隙的绝缘体的缺点包括跨越间隙 的闪络导致连接电网的短路的事实，因此必须紧急关闭包含特定绝缘体的高压电厂。还已知一种包括两个绝缘体的绝缘体串，其中两个绝缘体在其金属连接端上固定 有作为防止电弧形成的保护装置的棒。与上述绝缘体相反，这种绝缘体串在绝缘体之间额 外地包括固定到链条形式的金属链上的第三中间棒电极(例如见美国专利No. 4，665，460， H01T004/02，1987)。因此，在这种绝缘串中，代替单一的火花放电空气间隙，形成两个这样 的间隙。这一特征能够在某种程度上增强配备有电弧保护棒的绝缘体串的灭弧能力，并在 单相对地短路的情况下，保证适度的持续电流(几十安培的数量级)的灭弧。但是该设备 不能对超过100A的电流灭弧，在雷电过电压情况下，对于两相对地短路或三相对地短路通 常会出现这种电流。从技术观点看，与本发明最接近的现有技术是具有圆柱绝缘芯和螺旋脊部的绝缘 体。在绝缘芯的端部，固定第一金属电极和第二金属电极，而在绝缘芯的内部设置引导电 极。电极具有位于圆柱体的中心部分中的金属凸起，该凸起露出到绝缘芯的表面并作为中 间电极(参考俄国专利No. 2107963，H01B17/14，1998)。在这样的绝缘体中出现雷电过电 压的情况下，跨越圆柱绝缘芯、沿着从所述第一金属电极通过中间电极至所述第二金属电 极的螺旋路径形成放电。由于闪络路径的长度增大，因此操作频率电压不形成电弧，因此包 含该绝缘体的电厂继续工作而不会关闭。从而除了其主要功能之外，这样的绝缘体还提供 避雷功能，即作为避雷器。
但是，由于在严重的大气污染和/或潮气聚集的情况下，以及在高过电压(超过 200kV)的情况下，放电不是沿着长螺旋路径而是沿着最短轨迹形成，从而在脊部之间形成 空气间隙击穿，因此现有技术的绝缘体作为避雷器的效果有限。在这种情况下，绝缘体失去 其作为避雷器的功能，因为与传统的绝缘体相同，该绝缘体中的闪络转换为电弧。此外，位 于绝缘芯的中心部分中的金属凸起缩短了泄露路径，因此减小了该绝缘体的允许电压。因 此，其作为绝缘体的效果也有限。还已知利用高压绝缘体(用于将导体固定到例如塔或杆的支撑物上)和用于保 护这样的绝缘体的避雷器(例如参考已转让给本发明的申请人的俄国专利No. 2248079， H02H9/06, 2005)的组合的各种HEPL。特别地，已知包括避雷器的HEPL，其被配置为 不同的冲击避雷器并且并联到绝缘体(例如见US 5，283，709，H02H001/00，1994，和 RU2002126810, H02H9/06,2004)。对于与所提出的技术方案最接近的现有技术，可以说明的HEPL公开在俄国专利 No. 2096882，H02G7/00,1997中(已转让给本发明的申请人)。现有技术的HEPL包括支撑 物、通过金属固定设备固定到支撑物的绝缘体、操作在高压下的至少一个导体，其中导体通 过耦合装置连接到绝缘体，用于保护绝缘体免受雷电过电压的装置，所述装置被配置为冲
击避雷器。如果适当地选择和连接冲击避雷器，则现有技术的HEPL能够保证高可靠性的避 雷功能。但是，需要使用大量冲击避雷器实质上增加了 HEPL的复杂性，同时相应地增大了 制造和装配成本。

发明内容
本发明实现的第一个目的是开发一种制造和操作成本适中的高压绝缘体，其能够 可靠且有效地执行绝缘体和避雷器的功能。通过这样的配置，本发明的绝缘体将用于保护 操作在高压下的电力线元件，例如高压HEPL导体，以及变电站或其他电气设备中的电线或 电缆。相应地，本发明的另一个目的是开发一种具有改进的技术和经济特征的高压电力 线(HEPL)，即与现有技术的HEPL相比，当操作在雷电过电压时其具有高工作可靠性和简化 设计(以及相应的较低成本)。本发明的另一个技术成果是增强了电力传输的可靠性。本发明的上述第一个目的可以通过开发一种用于保护电气设备或电力线中的高 压导体的高压绝缘体来实现，所述绝缘体是单一绝缘体或者是绝缘体堆叠或串的部件。所 述绝缘体包括绝缘芯和包括第一和第二紧固元件的固定设备，所述紧固元件位于绝缘芯的 相对端部。第一紧固元件被配置为直接或通过耦合装置连接到高压导体或所述绝缘体堆 叠或串的前一高压绝缘体的第二紧固元件上。第二紧固元件被配置为连接到电力线的支 撑物或所述绝缘体堆叠或串的后一高压绝缘体的第一紧固元件上。本发明的绝缘体的特征 在于，其额外包括包含m(m ^ 5)个电极的多电极系统(MES)，所述电极机械连接到绝缘芯。 MES电极位于绝缘芯的端部之间，MES电极被配置为在雷电过电压的作用下，在第一紧固元 件和与其相邻的一个或多个电极之间、在相邻的电极之间、以及在第二紧固元件和与其相 邻的一个或多个电极之间形成放电。相邻的MES电极之间的距离，即火花放电间隙的长度g，是基于这些间隙所需的击
5穿电压来选择的。更具体而言，根据绝缘体的电压级别及其预期应用，以及当使用绝缘体时 将处理的过电压的类型(即感应过电压或者来自于直接雷击的过电压)，选择的长度可以 在0. 5mm至20mm的范围内。对于本发明的大范围的实际应用，g的优选值对应几毫米。考虑几个因素来确定MES电极的数量m，这些因素包括绝缘体的电压级别和这种 绝缘体的预期应用，将处理的绝缘体的过电压的类型、流过过电压的电弧中的电流范围，以 及用于灭弧的条件(例如在RU2299508，H02H3/22, 2007中描述了这些条件)。如下所述， 使电极的最小数量等于5是有利的，但是，在电弧中存在高电流的情况下，本发明的绝缘体 中的电极总数可以增加到200或以上。但是(对于本领域技术人员应当是显然的)，在绝缘 体中引入大量电极将导致显著减小绝缘体的爬电距离，从而导致显著削弱其绝缘特性，包 括减小绝缘体可以采用的允许最大电压。为了避免引入包含大量电极的MES的不理想的后果，提出对绝缘体配备额外的能 够补偿由MES引起的绝缘体爬电距离缩短的装置。该补偿装置优选地配置有至少在一部分 电极(形成k对相邻电极，其中3彡k彡m-1)之间沿绝缘表面的泄露路径，所述泄露路径 的长度超过所述相邻电极之间的空气放电空隙的长度以及一个所述电极的长度。本发明的 范围包括多个补偿装置的实施例。应当根据采用的高压绝缘体及其特定的工作条件选择k 的特定值和所述装置的特定实施例。根据本发明的一个示例性实施例，MES电极具有T形轮廓。换言之，每个电极配备 有窄腿，电极通过窄腿固定到绝缘芯上，每个电极还配备有朝相邻电极定向的宽梁。该实施 例中的补偿装置由包围在电极的腿之间的绝缘芯部件和电极之间的空气间隙构成。在可选实施例中，电极嵌入绝缘体中，同时补偿装置由分离电极与绝缘体表面的 绝缘体材料层和形成在相邻电极之间并到达绝缘体表面的切口(即槽形或圆孔形)形成。 为了增大相邻电极之间沿绝缘表面的爬电距离，每个切口的深度优选地超过电极嵌入的深 度。为了同样的目的，深于电极的切口段的相对侧之间的距离应优选地超过靠近绝缘体表 面的切口的宽度，即使切口的宽度在径向方向中变化。可选地，补偿装置可以配置有至少一个位于绝缘体表面上(例如绝缘芯的表面 上)的绝缘元件。该单一绝缘元件或每个绝缘元件的位置在空间上分离电极与绝缘体表 面。根据一个实施例，每个绝缘元件带有单一电极，从而在该实施例中，有m个从绝缘体表 面凸起的绝缘元件。在其他实施例中，一个或多个，在一般情况下是η个绝缘元件(n ^ 1)可以被造型 为从绝缘芯的表面凸出的一个或多个螺旋绝缘脊部。电极可以设置在一个或多个绝缘脊部 上和/或剩余(分离的)绝缘元件上(即每个剩余绝缘元件带有单一电极)。在后一种情 况下，绝缘元件的最大总数是m+n。如果使用至少一个螺旋绝缘脊部来承载一个或多个电极，则电极设置在所述至少 一个单独的或多个螺旋绝缘脊部的端(或前)表面上。在这种情况下，在每个电极对之间 优选地形成位于绝缘脊部中的切口。还可以利用各种绝缘体来实现本发明，包括具有基本上为圆柱形、截锥形或平盘 形的绝缘芯的绝缘体。如果本发明的绝缘体具有带有至少一个绝缘脊部的盘形绝缘芯，那 么所述脊部优选地从下(底)盘表面凸出。还可以通过所提出的用于保护电气设备或电力线中的高压导体的高压绝缘体的第二基本实施例来实现第一目的，其中所述绝缘体是单一绝缘体或者是绝缘体堆叠或绝缘 体串的部件。所述绝缘体包括绝缘芯和包括第一紧固元件和第二紧固元件的固定设备，所 述紧固元件位于绝缘芯的相对端部。第一紧固元件被配置为直接或通过耦合装置连接到高 压导体或所述绝缘体堆叠或串的前一高压绝缘体的第二紧固元件上。第二紧固元件被配置 为连接到电力线的支撑物或所述绝缘体堆叠或串的后一高压绝缘体的第一紧固元件上。本 发明的绝缘体的特征在于，其额外包括包含5)个电极的多电极系统(MES)，所述电 极机械连接到绝缘芯，MES电极被配置为在相邻的MES电极之间形成放电。MES与绝缘体泄 露路径成直角，并沿着环绕绝缘体的操作频率电场的一条或多条等势线。所述绝缘体还包 括第一和第二耦合电极。第一和第二耦合电极中的每一个与绝缘芯在空间上被空气间隙分 离，并且第一和第二耦合电极中的每一个通过其第一端部以流电方式或通过空气间隙而分 别与第一紧固元件和第二紧固元件电连接，以及通过其第二端部通过空气间隙分别与MES 的第一端部和第二端部电连接。在过电压的情况下，通过第一耦合电极在MES的一端(即其端电极之一)施加高 压电势，同时通过第二耦合电极对MES的另一端施加低电势。MES的位置垂直于操作频率电场，即垂直于绝缘体的泄露路径轨迹，基本上不减小 爬电距离。因此，在该基本实施例中，MES的安装不需要任何用于补偿爬电距离的缩短的装 置，从而可以提供低成本的绝缘体，同时保证其作为绝缘体和避雷器的高可靠性。如果绝缘体具有圆锥绝缘芯，则MES应设置在所述本体(绝缘芯)的下(平)表 面上。如果盘式绝缘体(也称作盖销式绝缘体)由位于盘形绝缘芯的下侧上的同心脊部形 成，则可以沿着绝缘芯的周边设置MES。但是，MES优选地位于所述芯的脊部的下(平)表 面上。在可选的绝缘体实施例中，MES包括沿着至少两条等势线设置的至少两个部分，等 势线彼此间隔并且处在与绝缘体泄露路径成直角的方向中。这些MES部分通过位于所述部 分的端部并且不与固定设备的紧固元件连接的接口电极相接口。接口电极对通过流电方式 或者通过空气间隙互连。为了实现这一实施例，也可以采用具有圆锥绝缘芯的绝缘体。但 是，在这种情况下，有利的使用在盘形绝缘芯的下侧上具有同心脊部的盘式绝缘体。然后 MES的每个部分可以设置在同心脊部之一的端面上。为了实现本发明的第二个目的，提出一种高压电力线(HEPL)，包括支撑物，单一绝 缘体和/或组装在绝缘体堆叠或串中的多个绝缘体，以及至少一个高压导体，所述高压导 体直接或通过耦合装置连接到所述单一绝缘体和/或绝缘体堆叠或串的第一绝缘体所包 含的固定设备的紧固元件上。每个单一绝缘体或每个绝缘体堆叠或串通过与所述支撑物相 邻的其固定设备的紧固元件固定到支撑物之一上。HEPL中采用的绝缘体的至少其中之一是 对应于上述任一实施例的根据本发明的绝缘体。因此，由于至少一个绝缘体(优选地，HEPL 的每个支撑物有至少一个绝缘体)除了执行其基本功能之外，还具有避雷功能，因此获得 了上述的当工作在雷电过电压下时增强工作可靠性的目的，同时简化了 HEPL的设计，从而 不再需要采用独立的避雷器。


以下将参考附图，其中
图1在轴向剖面中显示绝缘体的第一实施例，该绝缘体具有螺旋脊部和T形金属 板形式的电极；图2是图1所示的绝缘体的剖面图；图3在轴向剖面中显示绝缘体的第二实施例，该绝缘体具有螺旋脊部和嵌入脊部 中的短金属圆柱体形状的电极；图4是图3所示的绝缘体的剖面图；图5是图3和4所示的绝缘体的螺旋脊部的一个实施例的局部放大剖面图；图6是图3和4所示的绝缘体的螺旋脊部的另一个实施例的局部放大剖面图；图7是在其绝缘芯的表面上设置有绝缘元件的棒式绝缘体的主视图；图8是沿着图7所示的绝缘体的电极的线的局部放大剖面图；图9是盘式绝缘体的局部剖面主视图，其中盘式绝缘体的盘形绝缘芯的下侧上具 有螺旋脊部；图10是图9所示的绝缘体的仰视图；图11是图9和图10所示的绝缘体的局部放大剖面主视图；图12在前剖面图中显示与图11中相同的绝缘体部件；图13是圆锥形绝缘体的主视图(为清楚起见显示为具有透明部件)，该圆锥形绝 缘体具有沿着绝缘芯的下边缘设置的中间电极；图14是图13所示的绝缘体的仰视图；图15是构成HEPL的绝缘体串的一部分的本发明的绝缘体的透视图(为清楚起见 显示为具有透明部件)；图16是盘式绝缘体的局部剖面主视图，其中盘式绝缘体的盘形绝缘芯的下侧上 具有同心脊部；图17是图16所示的绝缘体的仰视图；图18是本发明的HEPL的实施例的简化局部视图；以及图19是本发明的HEPL的另一个实施例的简化局部视图。
具体实施例方式图1和2显示了由硬介电材料(例如陶瓷)制成的单圆柱支撑绝缘体100，其具有 包含螺旋绝缘脊部3的圆柱绝缘芯2。该绝缘体用于在例如图18所示类型的HEPL中保护 高压导体(受到高压的导体)1。借助于包括第一(上)紧固元件(未显示)和第二(下) 紧固元件15的金属固定设备，绝缘体被分别连接到高压导体1和接地的导电支撑物16 (见 图 18)。根据本发明的第一主要实施例，绝缘体还包括具有m个电极5的多电极系统 (MES)。可以根据为额定IOkV的环型长闪络避雷器(LFAL-10)制定的原理适当地确定m的 最小值。根据俄国专利No. 2299508, H02H3/22, 2007的教导，这种被广泛应用于高压电力线 的避雷器设置有MES。使用LFAL-10避雷器所获得的操作经验证实，该避雷器在其MES包括 不少于15个中间电极的条件下能够保证可靠的避雷功能，其中灭弧出现在持续电流通过 零值的第一转换的时刻。考虑到本发明的绝缘体将用于设计电压为3kV或更高的电力线， 因此绝缘体的m值不应小于5。
根据所示的第一实施例的具备创造性的绝缘体，电极5固定到螺旋脊部3的外 (周边)表面。如上所述，可以在0.5mm至20mm的范围内选择相邻电极5之间的距离(即 火花放电间隙的长度g)，其中优选的间隙值对应于几毫米。在雷电过电压的情况下，绝缘体 上可能出现高冲击放电电压(IOOkV及以上的数量级)，在这种高冲击放电电压的情况下， 或者当需要在雷电冲击经过之后立即对放电通道进行灭弧时(实际上不存在操作频率的 持续电流)，所需要的电极5的m数可能对应于一百或更大。优选地以如下方式选择MES端 电极5(第一电极和末端电极)的位置，即每个端电极与相邻的第一或第二紧固元件之间的 火花放电间隙的长度等于或基本等于g。当在导体1上施加足够大的雷电过电压时，在连接到导体1(或其耦合装置，未显 示)的第一紧固元件(未显示)和最接近导体1的第一电极5之间出现空气间隙的击穿； 然后以级联放电的方式形成放电，在相邻的电极5之间顺序出现火花放电间隙的击穿，直 到放电到达连接到地面支撑物16的第二紧固元件15。通过这种方式，导体1通过通道变为 与地面支撑物16连接，其中所述通道由形成在与高压导体1连接的第一紧固元件和第一电 极5之间的通道部分、加上形成在电极5之间的多个短通道段、以及形成在末端电极5和连 接到支撑物16的第二紧固元件15之间的通道部分所构成。在阴极充电电极表面附近形成50-100V的所谓阴极电压降。在包括两个电极(阴 极和阳极)的传统放电系统中，由于总放电电压是千伏的数量级，因此阴极电压降的影响 可忽略不计。但是由于本发明的绝缘体包含大量电极(例如，对于IOkV的电压级别，当进行 放电灭弧以消除操作频率的持续电流时，电极的数量大约为100)，阴极电压降起到重要的 作用。在这种情况下，跨越电极之间的小间隙的放电中的总电压降的主要部分出现在阴极 区域中，从而在电极之间的放电过程中从放电通道释放的公共能量的大部分仅在该区域中 被释放。因此，电极被加热，并且电极通过这种方式冷却放电通道。在通过电极的雷电过电 压的电流下降到零水平之后，通道快速冷却，从而其电阻增大。同时，操作频率的电压仍然 施加在绝缘体上。但是，由于通道6的总电阻较大，放电不能自支持且因此而结束。因此， 利用本发明的绝缘体的HEPL继续操作，而不会紧急切断。从而本发明的高压绝缘体有效地 执行避雷功能，而为了达到这样的目的，现有技术的HEPL需要连接到每个绝缘体的特殊避 雷器。在操作频率电压持续施加到绝缘体上时甚至在绝缘体表面上具有污染和/或潮 气时，为了保证根据本发明的绝缘体能够可靠地执行其主要的绝缘功能，俄国的电气设备 规则(EIR)建立了特别有效的爬电距离(对应于绝缘体或绝缘体串的足以保证其可靠工作 的有效爬电距离，由最大允许持续电压降Uperm分开)。根据EIR，对于6-750kV的HEPL中 采用的支撑绝缘体串和在金属支撑物上采用的针式绝缘体，特别有效的爬电距离(Isp)是 必须的，其取决于电力线的类型和电压级别(以及污染程度)，并且在1.4cm/kV到4. 2cm/ kV 的范围内(JAL KuchinskyG. S. et al. Insulation of high-voltage installations,Mos cow, " Energoatomizdat" Publishing House，1987，p. 145)。而且导体 1 与绝缘体的接地 (即连接到接地支撑物)紧固元件15之间的泄露路径的总长Ls不应小于根据以下表达式 确定的值Ls=UpermXlsp. (1)总的爬电距离是以下各项之和与导体1 (或其耦合装置17)连接的绝缘体的第一
9紧固元件与最接近导体1的电极5之间的泄露路径的长度(Ileakl) ；m个电极5之间的泄露 路径的长度(该长度等于(m-1) X Ileaktl，其中Ileaktl是相邻电极5之间的泄露路径的长度，见 图1和2)；最后第m个电极5与第二(接地)紧固元件15之间的泄露路径的长度(Ileakm)。如果Ileakl = Ileako = Ileakm，则⑴可写作(m+l)lleak0 = UpermXlsp. (2)如上所述，选择m个电极的数量以便保证熄灭持续电流。当m已知时，两个相邻的 中间电极之间的泄露路径的最小允许长度Ileaktl可以根据公式(2)通过以下表达式确定Ileako = D ■(3)从公式(3)可以看出，Ileaktl由电力线中的最大允许电压Upot、特别有效的爬电距离 Isp以及电极数m确定。在传统的绝缘体中，沿着绝缘脊部3的下(平坦)表面位于螺旋轨迹上的绝缘体 泄露路径的长度超过沿着形成在圆柱绝缘芯2上的螺旋从导体1到第二紧固元件15的最 短泄露路径的长度。但是，将MES电极5设置在绝缘体100的绝缘脊部3的外周表面上导 致沿着形成在该表面上的螺旋的泄露路径变短。如果电极5的总数很大，该泄露路径的长 度可能变得小于上述最短泄露路径的长度。从表达式(3)可以看出，这种情况将导致允许 电压Uprai减小，这对绝缘体100的绝缘能力有一定损害。为了避免这种不理想的结果，从脊 部3凸出的电极5的部件优选地具有如图2所示的T形轮廓，即每个电极具有窄腿4和宽 梁8，电极通过窄腿4固定到脊部3上。从而在本发明的绝缘体的实施例中，通过螺旋脊部 3的段和电极5的腿4之间形成的空气间隙构成用于补偿由MES引起的绝缘体泄露路径的 缩短的装置。此外，由于电极的腿4是窄的，因此它们的出现导致螺旋脊部3的总绝缘长度 仅略微减小。通过具有上述形状的MES电极5，相邻电极5之间的爬电距离Ileaktl超过火花放电 间隙长度g(见图2)。因此，沿着圆柱绝缘芯(而不是沿着螺旋脊部3)的螺旋路径保持为 从导体1到第二紧固元件15的最短泄露路径。换言之，绝缘体100获得避雷器的特性，同 时完全保持其绝缘特性。此外，在对绝缘体100的绝缘特性的要求适中的情况下，所述T形 (使电极5的设计复杂化)可以不应用到所有的相邻电极对，而仅应用到一定数量(k)的相 邻电极对，其中k值取决于沿绝缘芯和沿螺旋脊部的爬电距离之间的关系。在实际条件下， k的最优值在3 < k < m-1的范围内。剩余的电极5可以具有更简单和易于制造的板形、棒 形或圆柱形。上述绝缘体实施例的优点在于，其可用在具有明显大气污染的区域中，因为灰尘 不能在电极之间的间隙中聚集。图3和4显示了根据本发明的绝缘体的第二示例性实施例，绝缘体100仍是圆柱 形，具有包含两个紧固元件(在图3中仅显示第二紧固元件15)的固定设备，螺旋脊部3和 与脊部相连的MES电极5。但是，在该实施例中，电极5形成为通常为圆柱形的短金属部件。 与之前的实施例相反，MES位于绝缘体100内部(更具体而言，位于其螺旋脊部3内部)而 不是外部。此外，在螺旋脊部3中形成切口 7，例如深度为b (超过电极5的位置的深度)以 及宽度a > g(g是电极之间的间隙的宽度)的槽形，从而电极5被小的火花放电间隙g彼 此隔开(其中g优选地对应于几毫米)。
如图5中清楚地显示(放大图)，在该实施例中，补偿装置(其增大了电极之间的 爬电距离11mM)由绝缘脊部3的材料层、将电极5与绝缘脊部3的表面隔离的层以及切口 7 的组合构成。该实施例的优点是易于制造。此外，能够简单地通过改变切口 7的深度c和/ 或通过改变将电极与脊部的表面分开的材料的厚度获得所需的爬电距离Ileaktl，其中深度c 是总切口深度b的位于更接近绝缘体轴线的径向方向中的部分的深度。此外，如图5所示， 增大Ileaktl的另一种可行方式是使切口 7的宽度a大于g。如图6所示(放大图)，还可以通过对切口 7适当造型来增大爬电距离lleak(1。例 如，切口 7的深于电极5的部分可以具有圆柱形或者一些其他的适当形状，对于所述形状， 电极5以下的切口 7的相对侧之间的距离超过脊部3的表面附近的切口宽度g。显然，这种 形状也产生增大的Ileaktl，从而增强用于补偿由使用电极5导致的绝缘体100的爬电距离减 小的装置的有效性。还应注意，根据绝缘体100的特殊要求及其其他参数(例如绝缘芯直径、螺旋脊部 总长等)之间的关系，只有切口 7的一部分可以具有上述特殊形状(更难以制造的形状)。 类似地，只有切口 7的一部分可以具有增大的深度b。图7和8显示了根据本发明的绝缘体的第三示例性实施例。在该实施例中，绝缘 体是通过形成在棒上的其第二紧固元件15固定在支撑物16上的棒式绝缘体101。在钟形 绝缘芯2的表面上，沿着螺旋线设置m个绝缘元件9。在该实施例中，绝缘元件9作为增大 电极5之间的泄露路径的补偿装置，其中电极5固定在绝缘元件9内并从绝缘元件9凸出。 绝缘元件9例如是板形、杆形或圆柱形，可以由例如硅橡胶制成并粘结到绝缘芯2上。根据该实施例，电极5形成为圆柱体(即电线长度)，并通过小火花放电间隙g (选 自一至几毫米的范围内)被彼此绝缘。由于使用由绝缘元件9表示的补偿装置，相邻电极 5之间的路径的爬电距离Ileaktl由沿着相邻绝缘元件9的泄露路径与相邻元件9之间沿着绝 缘芯表面的泄露路径之和确定(如图8所示)，即Ileaktl = 2c+a。在这样的设计中，Ileako基 本上大于空气间隙的长度g并大于任意电极5的长度。考虑到被施加操作频率电压的空气 间隙的击穿强度基本上超过沿着污染和/或潮湿绝缘表面的放电电压，在绝缘元件上安装 电极能够有效地补偿沿着电极5的位置线的总爬电距离的减小，并且通过这种方式防止绝 缘体的绝缘特性的减弱同时增强其作为避雷器的特征。上述绝缘体实施例特别具有实际意 义，因为标准的大批量棒式陶瓷绝缘体可用于其制造。但是，必须在绝缘芯2的表面上固定大量绝缘元件在某种程度上使根据本发明的 高压绝缘体的制造复杂化。因此，有利的是将这些元件组合为从绝缘芯2的表面凸出的单 一延长绝缘元件或多个延长绝缘元件。例如，该单一延长元件(或多个元件)的形状可以 是螺旋绝缘脊部(或η个这样的脊部)。图9至12中显示的根据本发明的绝缘体的第四实施例对应于悬挂盘式绝缘体的 修改，且将用作包含类似绝缘体的悬挂绝缘体串的部件。在盘式绝缘体12的盘式绝缘芯2 的下(底)表面上，形成两个绝缘螺旋脊部。脊部之一(脊部10)仅执行绝缘功能，即在存 在MES的条件下其用于保证最小爬电距离的所需值。在第二绝缘脊部(脊部3)的体内嵌 入多个电极5。电极被切口 7分开，这些切口的形状可以如图5和6所示，或者可选地为圆 孔(见图10和12)。为了增强该实施例作为避雷器的效果，在电极之间形成气体放电腔。当出现冲击过电压时，从绝缘体盖11 (即从其第一紧固元件)沿着绝缘芯2的上表面到MES的第一电极5将形成放电(见图9)，其中绝缘体盖11与线导体(未显示)或 其耦合装置接触，或者与绝缘体串的先前绝缘体的销(第二紧固元件)接触。然后(如图 10所示)，放电将在电极5之间的间隙产生顺序击穿，直到其到达销12。在图9和10中以 箭头表示了形成放电的方向。在产生火花放电通道之后，该通道以超声波速度变宽。电极 5之间形成的火花放电腔的体积很小，在腔内产生高压。在该压力下，电极5之间形成的火 花放电通道被推向绝缘芯表面，然后被推出到周围空气中。与图1-8中显示的实施例相比， 推力显著增大了抑弧效果。另一方面，气体放电腔形式的切口易于被污染。为此，当用于图 9和10的绝缘体实施例中时，这种切口将更优选地用在以低大气污染为特征的区域中。已通过对比测试证实了根据本发明的第一基本实施例的绝缘体的有效性，所述 绝缘体组合了绝缘功能和避雷器功能。测试了用于3kV直流电压级别的两个绝缘体，即 (1)由Czech company ElektroporcelanLou π y制造的带有螺旋脊部的陶瓷悬挂绝缘体L 3036-12，以及(2)根据本发明的绝缘体。绝缘体(2)是根据绝缘体L 3036-12，通过对其额 外设置沿螺旋脊部的绝缘元件和MES来制造的。绝缘元件和形成MES的电极分别类似于参 考图8描述的元件9和电极5。更具体而言，用切割为IOmm长的2mm不锈钢线的段作为电 极。它们被插入切割为7mm长的绝缘元件内，所述绝缘元件切割自宽度为10mm、高度为8mm 的硅橡胶棒。绝缘元件具有半圆形上部并通过特殊的硅树脂粘合剂被粘结到螺旋脊部的边 缘表面。两种绝缘体的主要参数显示在表1中。表1测试绝缘体的主要参数
权利要求
一种用于保护电气设备或电力线中的高压导体的高压绝缘体，所述高压绝缘体是单一绝缘体或者是绝缘体堆叠或串的部件，所述绝缘体包括绝缘芯和包括第一紧固元件和第二紧固元件的固定设备，所述紧固元件位于绝缘芯的相对端部，其中第一紧固元件被配置为直接或通过耦合装置连接到高压导体或所述绝缘体堆叠或串的前一高压绝缘体的第二紧固元件上，并且第二紧固元件被配置为连接到电力线的支撑物或所述绝缘体堆叠或串的后一高压绝缘体的第一紧固元件上，所述绝缘体的特征在于，所述绝缘体额外包括包含m(m≥5)个电极的多电极系统(MES)，所述电极机械连接到绝缘芯上且位于绝缘芯的端部之间，所述电极被配置为在雷电过电压的作用下，在第一紧固元件和与其相邻的一个或多个电极之间、在相邻的电极之间、以及在第二紧固元件和与其相邻的一个或多个电极之间形成放电；以及用于补偿由所述多电极系统引起的绝缘体爬电距离减小的装置。
2.根据权利要求1所述的绝缘体，其特征在于补偿装置被配置为在k(3<κ <m-l) 对相邻电极的电极之间沿着绝缘表面提供泄露路径，其中所述泄露路径的长度超过所述相 邻电极之间的空气放电间隙的累积长度和所述单一电极的长度。
3.根据权利要求2所述的绝缘体，其特征在于所述电极具有T形轮廓，其中所述电极 配备有窄腿，每个电极通过所述窄腿固定到绝缘芯上，所述电极还配备有朝相邻电极定向 的宽梁，其中所述补偿装置由包围在电极的腿之间的绝缘芯部件和电极之间的空气间隙构 成。
4.根据权利要求2所述的绝缘体，其特征在于电极嵌入绝缘体中，其中补偿装置由分 离电极与绝缘体表面的绝缘体材料层和形成在相邻电极之间并到达绝缘体表面的切口形 成。
5.根据权利要求4所述的绝缘体，其特征在于所述切口被配置为槽或圆孔。
6.根据权利要求4所述的绝缘体，其特征在于每个切口的深度超过电极嵌入的深度。
7.根据权利要求6所述的绝缘体，其特征在于切口的比电极深的部分的相对侧之间的 距离被选择为超过靠近绝缘体表面的切口的宽度。
8.根据权利要求2所述的绝缘体，其特征在于补偿装置配置有位于绝缘体表面上的至 少一个绝缘元件，其中单一绝缘元件或多个绝缘元件的组合在空间上将所述电极与所述绝 缘体表面分开。
9.根据权利要求8所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体包括m个绝缘元件，其中每个 绝缘元件带有单一电极。
10.根据权利要求8所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体包括η(η ^ 1)个绝缘元件， 每个绝缘元件被配置为从绝缘芯的表面凸出的螺旋绝缘脊部。
11.根据权利要求10所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体包括m+n个绝缘元件，其 中η个绝缘元件被配置为从绝缘芯的表面凸出的螺旋绝缘脊部，同时剩余的m个绝缘元件 的每一个均带有单一电极。
12.根据权利要求11所述的绝缘体，其特征在于电极位于至少一个绝缘脊部的端面上。
13.根据权利要求12所述的绝缘体，其特征在于在每对相邻的电极之间在绝缘脊部中 形成切口。
14.根据前述权利要求中任一项所述的绝缘体，其特征在于绝缘芯的形状基本上是圆 柱、截锥体或盘。
15.根据权利要求10所述的绝缘体，其特征在于绝缘芯的形状基本上为平盘，且第一 紧固元件被配置为绝缘体盖，第二紧固元件被配置为销，螺旋绝缘脊部的至少其中之一从 所述盘的下表面凸出。
16.一种用于保护电气设备或电力线中的高压导体的高压绝缘体，所述高压绝缘体是 单一绝缘体或者是绝缘体堆叠或串的部件，所述绝缘体包括绝缘芯和包括第一紧固元件和 第二紧固元件的固定设备，所述紧固元件位于绝缘芯的相对端部，其中第一紧固元件被配 置为直接或通过耦合装置连接到高压导体或所述绝缘体堆叠或串的前一高压绝缘体的第 二紧固元件上，第二紧固元件被配置为连接到电力线的支撑物或所述绝缘体堆叠或串的后 一高压绝缘体的第一紧固元件上，其特征在于，所述绝缘体额外包括包含m(m>5)个电极的多电极系统(MES)，所述电极机械连接到绝缘芯并被设置为在 相邻的MES电极之间形成放电，其中MES与绝缘体泄露路径成直角，并沿着环绕绝缘体的操 作频率电场的一条或多条等势线；以及第一和第二耦合电极，其中第一和第二耦合电极中的每一个与绝缘芯在空间上被空气 间隙分离，并且第一和第二耦合电极中的每一个通过其第一端部以流电方式或通过空气间 隙而分别与第一紧固元件和第二紧固元件电连接，以及通过其第二端部通过空气间隙而分 别与MES的第一端部和第二端部电连接。
17.根据权利要求16所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体具有圆锥绝缘芯，其中MES 位于绝缘芯的上表面或下表面上。
18.根据权利要求16所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体被配置为具有同心脊部的 盘式绝缘体，其中所述同心脊部位于盘形绝缘芯的下侧上，其中MES位于脊部之一的端面 上。
19.根据权利要求16所述的绝缘体，其特征在于所述MES包括沿着至少两条等势线设 置的至少两个部分，所述等势线彼此间隔并且处在与绝缘体泄露路径成直角的方向中，其 中MES部分通过位于所述部分的端部并且不与固定设备的紧固元件连接的接口电极相接 口，接口电极对通过流电方式或者通过空气间隙互连。
20.根据权利要求19所述的绝缘体，其特征在于所述绝缘体被配置为具有同心脊部的 盘式绝缘体，其中所述同心脊部位于盘形绝缘芯的下侧上，其中MES的每个部分均位于脊 部之一的端面上。
21.一种高压电力线，包括支撑物，单一绝缘体和/或组装在绝缘体堆叠或串中的多个 绝缘体，以及至少一个高压导体，所述高压导体直接或通过耦合装置连接到所述单一绝缘 体和/或绝缘体堆叠或串的第一绝缘体所包含的固定设备的紧固元件上，其中每个单一绝 缘体或每个绝缘体堆叠或串通过与所述支撑物相邻的其固定设备的紧固元件固定到支撑 物之一上，其特征在于，所述绝缘体的至少其中之一是根据权利要求1至20中任一项所述 的绝缘体。
全文摘要
一种用于保护电厂或电力线中的高压电线的高压绝缘体，包括绝缘本体，该绝缘本体的第一端部用于机械连接到高压电线和/或固定设备，第二端部设置有金属固定物，其紧固到第二端部并用于将绝缘体连接到塔。为了使绝缘体具有避雷特性，所述绝缘体额外设置有包含m个电极的多电极系统，所述电极机械连接到绝缘芯上且设置在绝缘芯的端部之间。所述电极被配置为在相邻的电极之间、在与绝缘芯的第一端部相邻的电极与高压导体或所述耦合装置之间、以及在与绝缘芯的第二端部相邻的电极和连接到塔的金属紧固元件之间形成放电。所述绝缘体还设置有用于补偿由所述多电极系统引起的绝缘体爬电距离减小的装置。使用这种绝缘体的电力线不需要任何避雷器。
文档编号H02H9/06GK101981633SQ200980110809
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月27日
发明者G·V·波德波金 申请人:Npo流光开放式股份公司