专利名称：用于高压电力网的支撑塔架、绝缘横臂以及绝缘构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合在高压电カ网中使用的绝缘构件及其制造方法。该绝缘构件能够承受压缩压曲 和弯曲力。此外，本发明还涉及引入了此类构件且用于电カ网塔架的横臂以及具有此类横臂的塔架。
背景技术：
输电网络所依据的设计可以回溯到20世纪早期。近来，随着电カ需求的提升并且越来越多的电カ从分散的可再生能源产生，高压传输网络正在接近于其总载容量，并且某些线路过载的风险也在不断提高。IEC标准将高压(HV)定义成大于lkV。通常，高压传输线是在超出IOOkV并且有可能达到数百kV的电压上工作的。在电カ网中使用的典型电压是275kV和400kV，但是也可以使用高达IMV或更高的电压。虽然可以构建新的网络，但是这样做的成本很高且非常费时，此外还有可能遭到当地居民的反対。一种用于取代安装新电カ系统的替换方案，是增大现有传输线的电压或电流，以便升级现有网络承载的电力。如果增大现有电路上的电流，那么有可能会因为导电加热而使得导线下垂总量増大，由此可能导致违反离地净高規定。如果提升现有电路上的电压，那么将会导致闪络(接地短路或相位间短路)风险増大，由此可能致使系统违反政府部门的規定。此外，以上任一解决方案还会导致地平面上的电磁场増大。这些关于最小离地净高、可靠系统(也就是没有闪络的系统)以及限制地平面上的电磁场強度的需要意味着增大现有塔架设计的电压或电流的可能性是很有限的。此外，这些问题还会限制小型化已有塔架设计的能力。通常，用于高压电カ系统的支撑塔架也被称为铁塔。常规塔架具有一个钢制主体，并且所述主体具有通常用L截面的高強度钢构件制造的钢横臂。导线由绝缘体保持悬挂在横臂末端。对275kV的系统来说，绝缘体长度通常约为2. 5m。该绝缘体在张力作用下保持悬挂导体，并且将其与塔身及横臂本身间隔开来。处于地平面上的最低横臂高度必须顾及由于环境温度、日照升温及电阻加热升温的综合效应而导致的传输线下垂。此外还必须顾及从传输导体产生的地平面上的电磁场电平。此夕卜，将导体保持在不违反最低法定间距的离地足够高的位置也是很重要的。横臂长度必须足以确保导体摇摆(通过被风吹动的绝缘体摆动)不会导致导体太过接近于塔身，由此确保低塔架主体闪络风险。除了能够承载传输导体重量之外，横臂还必须足够坚固，以便承载可能出现的附加负担，例如导体结冰、风载荷、导体破损(可能在横臂上导致产生很高的横向力)或是其组合所导致的附加负担。用于将导体悬挂在塔架横臂上的绝缘体通常具有沿着其长度彼此隔开的伞裙(shed)，以便增大爬电路径(也就是在表面上测得的绝缘体末端间的最短距离)。为了通过表面传导来禁止电流泄漏，较理想的是爬电距离与绝缘体长度的比值至少为2。如果能在不需要替换现有塔体和没有提高闪络风险的情况下提高输电网的电压额定值或电流额定值，那么将会是非常理想的。此外，如果减小接近塔的地平面上的电磁场強度，那么也是非常理想的。另外，如果能设计出比现有设计更紧凑的塔体，那么也是很理想的。英国专利GB1，034，224公开了作为用于支撑来自电线杆或塔架的高架线导体的横臂或框架的结构构件使用的绝缘体。所公开的绝缘体包括两个或更多树脂粘合纤维杆(rod)，其中所述纤维杆在沿着其长度的方向上用每隔一定距离即与所述纤维杆结合的相互分离的绝缘横向构件(cross member)间隔开来，以便防止所述杆在压カ载荷的作用下弯曲。所公开的杆的截面是方形或圆形的。、
日本专利公开JP06-335144公开的是使用横臂作为传输线的绝缘体，其中多个臂部构件合并成了一个桁架装置。所公开的横臂的截面是圆形或中空的。
发明内容
现在，发明人已经认识到，常规塔架或鉄塔的导电横臂可以被绝缘构件形成的横臂取代，其条件则是构成横臂的ー个或多个绝缘构件可以用ー种对使用中的塔架横臂可能遭遇的压缩カ所导致的压曲具有抵抗力的方式来形成。通过省去摇晃的绝缘体以及将其替换成牢固但却很轻的绝缘横臂，我们可以发现，导线可以直接悬挂在横臂末端，由此允许在没有增大闪络风险的情况下增压。如果将绝缘横臂与相应的常规导电横臂保持在相同的高度，那么导线将被保持在离地更高的位置，并且不会因为安装点固定而朝着塔架摇摆。此夕卜，通过省去摇摆的绝缘体以及将其替换成牢固但却很轻的绝缘横臂，我们可以发现，导线可以直接悬挂在横臂末端，由此允许提升高架线的载流能力。这是因为如果将绝缘横臂与相应的常规导电横臂保持在相同的高度，那么导线将被保持在离地更高的位置，并且所允许的导线下垂量将会増大。或者，对于固定的电压和电流而言，我们可以发现，即便传输导线与常规导电横臂保持在相同的高度，塔架上的最低横臂位置也可以更接近地面，由此可以减小塔体的总的高度，或者可以承载ー对额外的横臂，以便用于诸如高压直流电(HVDC)传输等等。同样，如果增大电压或电流而使下垂风险增加以及地面上的电磁场増大，那么，不需要摇摆的绝缘体意味着可以将导线保持在离地更高的位置，从而在不必增加塔高的情况下避免此类问题。此外，通过移除横臂与导线之间的已有悬挂绝缘体，可以消除塔体附近的导线摆动，这样做会极大提升刮强风时的系统可靠性。因此，除了别的目的之外，本发明的ー个目的是提供一种用于塔架的绝缘横臂，其中所述横臂是以ー种对使用中的塔臂可能遭遇的压缩カ和压曲カ具有抵抗性的方式形成的，而且其重量很轻并且对使用损害具有抵抗性。本发明的另ー个目的是提供对压曲具有提升的抵抗性的绝缘构件，其中所述构件重量很轻并且对使用损害具有抵抗性。由此，本发明的第一个方面提供了一种用于塔架的电绝缘横臂，所述塔架被调整成运载与所述塔架主体分离的供电导线，该横臂包括至少ー个第一绝缘结构构件，其具有适于附着于塔体的近端以及适于附着于导线支撑装置的远端，其中第一绝缘结构构件包括实心的刚性脊柱(spine)或者基本上由其组成，所述脊柱沿着近端与远端之间的长轴延イ申，并且其中所述脊柱具有与长轴垂直且具有质心的截面轮廓，以及其中围绕与长轴垂直的每一条轴线的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2 π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。这种布置确保了将第一绝缘结构构件适配成抵抗压曲和压カ载荷。
本发明的第二个方面提供了一种用于高压电网的大家，其中该塔架包括根据本发明的第一个方面的一个或多个横臂。本发明的第三个方面提供了ー种与高压电カ网一起使用的绝缘结构构件，包括沿着近端与远端之间的长轴延伸的刚性脊柱或者基本上由其组成，其中所述脊柱具有与长轴垂直且具有质心的截面轮廓，其中围绕与长轴垂直的轴线并且分解质心的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2 π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。所述绝缘结构构件的长度可以是其最大宽度的至少5倍。本发明的第四个方面提供的是ー种用于形成根据本发明的第三个方面的绝缘结 构构件的方法，包括通过挤压成型来形成刚性脊柱的步骤。
现在将參考附图来举例描述本发明的具体实施例，其中图I显示的是根据本发明第一个方面的第一实施例的横臂的等角视图，图2显示的是根据本发明第一个方面的第二实施例的横臂的等角视图，其中包括实际处于面内的冗余构件，图3显示的是从横臂的基部看到的第二实施例的后部视图，图4显示的是本发明第二实施例的侧视图，图5显示的是示出了第一或第二实施例中的横臂的顶部细节的放大等角视图，图6显示的是沿着图3的截面A-A的放大截面侧视图，其中该图显示了处于第一或第二实施例中的横臂顶部的屏蔽环的中心导电柱的细节，图7显示的是通过了第一或第二实施例中的第一绝缘结构构件2的截面图，其中该截面是在与构件长轴垂直的情况下沿着图4中的截面B-B获取的，图8显示的是通过了第一或第二实施例中的第一绝缘结构构件2且沿着图4的截面C-C的截面图，其中该截面是在与构件长轴平行的方向上获取的，图9显示的是根据本发明第三实施例的绝缘构件，其中所述第三实施例依照的是本发明的第三个方面，图10显示的是根据本发明第四实施例的绝缘构件，其中所述第四实施例依照的是本发明的第三个方面，图11显示的是通过了图9所示的第三实施例且沿着图9的截面D-D看到的绝缘构件的截面图，图12显示的是根据第四实施例并且呈现了导线的绝缘构件，以及图13显示的是根据本发明第五实施例并且呈现了导线的绝缘构件，其中所述第五实施例依照的是本发明的第三个方面。
具体实施例方式以下在关于本发明的详细描述中阐述的特征酌情适用于本发明的所有方面，并且
可以根据需要组合在一起。为了清楚起见，在本说明书中，术语“包括”或“包含”意味着既包含所指定的一个或多个组件，但也不排除其他组件的存在。术语“基本上由......组成”或者“基本上由......构成”意味着包含指定组件，但却排除了作为混杂物存在的材料，作为用于提供组
件处理结果存在的不可用材料，以及为了实现本发明的技术效果之外的目的添加的组件。如果恰当，术语“包括”或“包含”同样可以用于包括“基本上由......组成”或是
“基本上是由......构成”的含义。本发明的第一个方面提供了一种用于塔架的电绝缘横臂。该横臂包括至少ー个第ー绝缘结构构件，其具有适于借助诸如螺栓板之类的紧固装置而附着于塔体的近端，以及适于借助螺栓板之类的紧固装置导线而附着于支撑装置的远端。第一绝缘结构构件包括沿着其近端与远端之间的轴线延伸的刚性脊柱或者基本 上是由所述脊柱形成的。该脊柱适于通过配备与长轴垂直且具有质心的截面轮廓来对抗压曲和压缩载荷，由此，围绕与长轴垂直的每条轴线且分解质心的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。换句话说，截面轮廓的面积二次矩至少是以质心为中心且与截面轮廓具有相同面积的假定圆形轮廓的第二面积矩的2. O倍。在结构工程中使用了面积二次矩的概念来提供ー个可用于预测横梁的抗弯曲和偏斜性的參数。所述横梁在载荷下的偏斜不但取决于载荷，而且还取决于横梁截面的几何形状及其长度。这就是为什么与其他那些具有相同截面积的横梁(例如圆柱杆件)相比，在建筑结构中更频繁地使用的是I形梁之类的具有较高面积二次矩的横梁的原因。该面积二次矩给出了围绕轴线的材料分布的估计，并且本领域技术人员将会认识到，对相同的截面积(即重量)而言，面积二次矩较高的横梁截面会为面积二次矩较高的横梁给出更大的变形抗力。应该指出的是，在本说明书中，面积矩是围绕通过截面轮廓质心且与脊柱长轴垂直的轴线测量的。截面轮廓处于与长轴垂直的平面上，由此，面积二次矩是围绕与截面轮廓共面的轴线测量的。非常适当的是，围绕分解质心的轴线的面积二次矩至少是以所述轴线为中心且与脊柱截面具有相同面积的假定圆形轮廓的面积二次矩的2. O倍，优选是至少3. O倍，更为优选的则是至少4. O倍。换句话说，该面积二次矩至少是相同截面面积的圆柱杆件的2. O倍(因此，如果用相同材料制成，则重量相同)。这个值已被发现为实心的绝缘结构构件提供了足够的变形抗力。围绕轴线的面积二次矩很容易通过简单积分截面轮廓值(面积x(与轴线的距离)2)以及将其与用于面积相同(即Α2/4π，其中A是圆形的面积)的圆形的值相比较来测得，其中所述圆形围绕处于所述圆形的平面中且穿过其中心的轴线。由此，围绕与长轴垂直且分解质心的每条轴线的截面轮廓的面积二次矩都具有大小为Α2/2π或更大的值，其中所述值优选是3Α2/2π，并且可以是2Α2/π或更大。这样做为截面轮廓定义了ー个“最小”面积二次矩，并且所述最小面积二次矩是围绕任ー指定轴线获取的最小值。优选地，最小面积二次矩具有大小为4Α2/π或更小乃至3Α2/π或更小的值，并且可以是2Α2/π或更小。过高的面积二次矩值可能导致产生容易局部弯曲的形状。为了増大面积二次矩，有必要提供ー些相对较薄的轮廓部分。由于具有多个凹面，过高的面积二次矩还可能导致产生容易积累堆积物和捕集污染物的截面轮廓。非常适当的是，在截面轮廓以及沿着长度方向的截面面积中，脊柱是大体一致的，由此可以通过拉挤成型来形成所述脊柱。然而，该脊柱也可以是非均一的。例如，截面面积可以从近端的较大面积逐渐减小到脊柱远端的较小面积。优选地，所述脊柱具有统ー的结构。由此，本发明的脊柱具有良好的抗弯曲性，而不需要像在GB1，034，224中公开的那样通过横贯构件来连接多个平行脊柱，因此，单个脊柱即已足够。
通过添加第二绝缘结构构件，可以提升横臂的抗压曲性，其中所述构件具有适于附着于所述塔体的近端和适于附着于导线支撑装置的远端，第二绝缘结构构件适于至少对拉伸载荷具有抵抗性。由此在使用过程中，第二构件可以充当导线支撑装置的拉伸支臂，同时，第一构件的作用是支撑直接通过导线支撑装置的压カ以及对抗压曲。由此，第二绝缘结构构件不必适于对压缩应カ或压曲カ具有抵抗性，但是它可以用这种方式适配。通常，当在塔架上使用时，在一个并且通常是两个或更多的在鼻部或顶部与导线支撑装置相连的第二绝缘结构构件的下方，本发明的横臂将会具有处于鼻部或顶部的ー个并且通常是两个或更多的位置大体水平的第一绝缘结构构件，由此，ー个或多个第二绝缘结构构件会在应カ的作用下支撑导线支撑装置。在一个优选配置中，所使用的横臂包括位于两个第二绝缘结构构件下方的两个第ー绝缘结构构件，并且它们一起被调整成形成了一个从处于塔体的四边形基部延伸到导线支撑装置顶部的棱锥结构。棱锥指的是ー种具有四边形基部并且基部拐角与顶部相连的形状。其他配置同样也是适合的，例如四面体排列(也就是具有与顶部相连的三角形顶点的三角形基础)。优选地，在第一和第二绝缘结构构件的近端提供了近端导电屏蔽环。屏蔽环是ー种导电构件，它通常用导电金属制成并且被调整成环绕ー个绝缘体，以及在那里与导线相连。屏蔽环可用于减小高电场，并且可以减小因为系统几何形状、鋭利边缘、螺栓头或是附着板上将绝缘结构构件近端与塔体结合的类似装置产生的这高电场应カ所导致的放电对绝缘体的损害。优选地，在横臂顶部或鼻部提供了另ー个远端导电屏蔽环配件，在它是棱锥结构的时候尤其如此。远端导电屏蔽环配件优选包括被调整成围绕第一和第二绝缘构件远端的远端屏蔽环，以及与远侧屏蔽环电接触的导电柱，其中所述导电柱位于远端屏蔽环内部的中心，并且延伸至在第一与第二绝缘构件远端之间形成的空间。中心导电柱有助于确保围绕每ー个绝缘结构构件的受管理电场接触导线支撑装置上的横臂的顶部或鼻部。这里详述的远端导电屏蔽环可以与任何绝缘横臂配件一起使用，而不是仅限于与本发明的横臂配件一起使用。该横臂可以包括ー个或多个冗余构件，这些构件被调整成互连第一和第二结构构件，其中所述ー个或多个冗余构件适于抵抗应カ或压缩。非常适当的是，所述横臂包括被调整成互连绝缘的第一和第二结构构件的冗余构件，并且在采用四面体或棱锥结构的时候尤其如此，冗余构件适于抵抗应カ或压缩。使用冗余构件来提高框架架构负载能力的处理是已知的。优选地，冗余构件被配置成与横臂基础平面大体平行。更优选的是，未被配置成与横臂基础平面大体平行的冗余构件是不存在的。冗余构件可以是绝缘的、导电的或半导电的构件。“绝缘构件”指的是能够经受应力和压缩的结构构件，例如适当的横梁、杆件或横杆，但这并不是支撑载荷、产生或保持结构稳定性所必需的。对于提高结构负载能力(如果绝缘构件的截面轮廓保持不变)或是允许减小绝缘构件的横截面积(随着用于横臂的相同负荷能力的总重量的相应下降)而言，其存在性是预期的。优选地，第一绝缘构件的刚性脊柱包括至少两个沿纵轴延伸的肋状突出，被调整成在其间形成至少ー个大幅凹入的凹面。肋状突出可以是平直的、丁字形的或叶形的，并且可以通过接触而在其间形成处于某个角度或倒角(fillet)的凹面，其中所述倒角是处于某个角度以内且用于防止应カ集中的曲线。如果是平直的，那么该突出可被称为臂部，如果是圆的，则将其称为叶(lobe)。其他布置则被称为“成形的”，因此，举例来说，在脊柱上接触的四个叶形椭圆肋条会产生花朵形状的截面轮廓。例如，刚性脊柱可以具有L截面的形式，其中两个肋条是平直肋条，并 且在其间具有形成凹面的90°角，或者所述刚性脊柱可以具有I形梁的形式，其中每个肋条都是在T形基部连接在一起的T形肋条，由此在I轮廓的每ー边为所述I提供两个凹面。这种两个或更多肋状突出的排列可用于提供截面轮廓具有所需要的高面积二次矩的刚性脊柱。需要凹面意味着存在导致截面轮廓的面积二次矩增大的远离轴线的材料分布。一种用于描述刚性脊柱截面轮廓的替换方式是使用术语“腹板(web) ”和“凸缘(flange) ”。对I形梁来说，腹板是所述I的中心支柱，顶部和底部横档则是通常所说的凸缘。所述腹板通常从截面轮廓质心开始或者通过截面轮廓质心向外延伸，并且在腹板末端安装有凸缘。由此，腹板可用于提供一种将凸缘中的材料保持在远离质心的位置的手段，从而用于帮助提供围绕质心的更高面积二次矩。因此，这里描述的肋状突出可以被认为是从截面轮廓中心区域伸出的腹板，并且可选地在其远端配备了凸缘。由此，T形梁可以被认为是一端具有凸缘(T的横臂)的腹板，即T的中央臂部，或者可也以被认为是各自从T的交点伸出的三个腹板。Y形梁可以被认为是各自从Y的中心伸出的三个腹板。优选地，为了实现高面积二次矩，刚性脊柱可以包括沿着轴线延伸的三个肋状突出，并且这些突出被排列成在其间形成至少两个大幅凹入的倒角。在这种情况下，举例来说，截面轮廓可以是T形或Y形，其中三个肋状突出形成臂部。此外举例来说，臂部末端可以是圆形或叶形，或者可以配备凸缘。在一个特别优选的布置中，肋条被调整成在其间提供两个凹面以及ー个平面或凸面。例如，该布置可被描述成T形布置，其中T的ー个面部(T的顶部)是平直或低垂的T形或伞形截面，并且所述伞形的顶面是凸起的。非常适当的是，T形或伞形的臂部末端是圆形或叶形。非常适当的是，在使用中将横臂放置成致使第一绝缘构件被定位成凹面朝上和朝外以及平面或凸面向下，由此有助于水的流出。所述横臂可以被定位成具有大体水平的结构的刚性脊柱，而且还可以放置成在使用中与水平面成角度。在使用中，第一绝缘构件易受天气、污染物表面污染及刚性脊柱表面上生长的藻类或苔藓堆积物累积的影响。由此，在这里首选的是ー种具有三个肋状突出的布置，以便在保持高面积二次矩的同时将肋条间的凹入倒角数量最小化，从而减小使用中的水或碎屑的汇集。具有两个凹面以及在其间具有ー个平面或凸面的装置是非常优选的，这是因为这种第一绝缘构件可以在使用中被放置成具有朝下的平面或凹面以及朝上或朝外的凹面，其中刚性脊柱轴线是在大体水平的结构中。凹面的形状可被选择，以便促进水的流出，由此可以避免在这些表面上汇集水或堆积物。对于底部平坦或凸起的表面而言，这样做将不会在使用中受到遮蔽，由此减少喜阴藻类或苔藓的生长。因此，该结构提供了一种用于第一绝缘结构构件的牢固轻量的布置，这种布置对压曲和压缩应力具有抵抗性，并且还可以在使用中被放置，以免累积那些可能导致构件绝缘属性降级的水或堆积物。由于不必具有经受压曲力或压缩カ的能力，因此，第二绝缘构件可以具有任何适当的截面轮廓，由此举例来说，所使用的可以是简单的圆形截面轮廓，因为该轮廓对于避免累积那些可能导致构件绝缘属性降级的水或堆积物而言是很有益的。非常适当的是，第一绝缘结构构件中的刚性脊柱的截面轮廓具有ー个弯曲的周边，由此该弯曲周边上的所有点的曲率半径幅度都大于沿着分解质心的所有轴线测得的截 面轮廓的最大宽度的1%，优选是大于2%。通常,其所有点上的最大宽度都大于5_，优选大于10mm，更为优选的则是20mm。这样做确保了避免出现可能导致碎屑汇集的凹角或是绝缘表面容易损害且在所述损害之后容易产生后续放电损害的鋭利凸角。非常适当的是，该绝缘结构构件配备了伞裙，由此，沿着每ー个绝缘构件的爬电距离都超出了其长度所述爬电距离通常是绝缘构件实际长度的5. 5倍，即长度的2到5倍。伞裙是电绝缘体领域中常见的物品，对典型的绝缘体而言，伞裙是ー个通常用玻璃或硅聚合物制成的圆盘或圆板，并且具有允许将其穿线在绝缘体的脊柱上的中心孔径。此外，在绝缘结构构件上还可以直接模制伞裙，以及将其连同硅胶涂层一起直接用诸如液体硅胶模塑(LSM)处理之类的硅胶成型处理模制在脊柱上。在沿着绝缘体长度的方向上，若干个伞裙通常会大体均匀地间隔开来并与之附着，所述圆盘或圆板的平面则与绝缘体的长轴垂直。伞裙可以配备同心的圆形肋条，以便增大爬电长度。所述伞裙増大了表面漏泄电流到达地面所必须经过的距离。此外，伞裙还有助于打断任何因为流到绝缘构件表面上的水(例如雨)而导致产生的漏电路径。任何特定状况所需要的爬电距离都取决于雨、湿度及污染程度之类的因素。污染物上的堆积可能增大绝缘构件表面的导电性，由此促成导电的表面通道。对于高污染区域而言，更长的爬电长度是必需的。通过有益于本发明的伞裙加以整形，可以使得每个伞裙所贡献的爬电路径在其整个周边上基本相同。换句话说，不同于具有常规的圆形形状，伞裙的形状可被调整成大体遵循或类似于第一绝缘结构构件的刚性脊柱的截面轮廓形状。该布置会防止伞裙材料浪费(因为最短的爬电路径将会是放电所遵循的路径)并且有助于减轻本发明的横臂的重量。绝缘构件是实心并且没有很大空隙的。这是因为空隙有可能导致水在绝缘构件内部冷凝而招致放电风险。在本发明的横臂中使用的绝缘构件优选没有沿着其长度方向延伸的结构中空或通道，并且举例来说，该构件不包括中空截面。很明显，对于拉挤成型之类的エ业规模的制造エ艺而言，在结构中可能会存在不可避免的小的空隙。在本说明书中，“实心”指的是没有故意形成的中空、空隙或通道。本发明的第二个方面提供了一种用于高压电カ网的塔架，其中该塔架包括根据本发明第一个方面的ー个或多个横臂。本发明的第三个方面提供了ー种与高压电カ网一起使用的绝缘结构构件，包括沿着近端与远端之间的长轴延伸的刚性脊柱，其中所述脊柱具有与长轴垂直且具有质心的截面轮廓，其中围绕与长轴垂直的轴线并且分解质心的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。所述绝缘结构构件的长度可以是其最大宽度的至少5倍。由于本发明的绝缘结构构件提供了改进的抗弯曲性，并且由此在减小过度弯曲或压曲的风险的情况下提供了比先前可用的长宽比更大的长宽比，因此，这个方面是可以实现的。截面轮廓的最大宽度是沿着分解截面轮廓质心的所有轴线测得的最大宽度。质心指的是截面轮廓的面积中心。用于本发明第二个方面的面积二次矩的优选值如上文中为用于本发明第一个方面的第一绝缘构件所述。优选地，绝缘结构构件的刚性脊柱包括至少两个沿着轴线延伸的肋状突出，其被调整成在其间形成了至少ー个大幅凹入的凹面。 如上文中为本发明的第一个方面的第一绝缘构件所描述的那样，肋状突出可以是平直的、成型的或叶状的，并且可以通过接触而在其间形成处于某个角度或倒角的凹面，其中所述倒角是处于某个角度以内的用于防止应カ集中的曲线。例如，刚性脊柱可以具有L截面的形式，其中两个肋条是平直肋条，并且在其间具有形成凹面的90°角，或者所述刚性脊柱可以具有I形梁的形式，其中每个肋条都是在T形基部连接在一起的T形肋条，由此在I轮廓的每ー边都为所述I提供了两个凹面。这种两个或更多肋状突出的排列可用于提供截面轮廓具有所需要的高面积二次矩的刚性脊柱。需要凹面意味着存在导致截面轮廓的面积二次矩增大的远离轴线的材料分布。优选地，所述刚性脊柱包括三个沿着轴线延伸并被调整成在其间形成了至少两个大幅凹入的倒角的肋状突出。在这种情况下，举例来说，截面轮廓可以是T形或Y形，三个肋状突出则形成了臂部。在一个特别优选的布置中，为了与绝缘构件的水平放置一起使用，肋条被调整成在其间提供两个凹面以及ー个平面或凸面。该布置可以被描述成是T形布置，在该布置中，某ー个面部是平直的或下垂的T形或伞形截面，并且其中ー个面部是凸起的。非常适当的是，在使用中，绝缘构件可被放置成具有处于大体水平的结构的刚性脊柱轴线，并且具有朝上和朝外的凹面以及朝下的平面或凸面，由此有助于水的流出。在使用中，第一绝缘构件易受天气、污染物的表面污染以及刚性脊柱表面生长的藻类或苔藓堆积物累积的影响。因此，具有两个凹面并且在其间具有ー个平面或凸面的布置是非常优选的，这是因为当在水平或近水平位置使用时，该绝缘构件可被放置成具有朝下的平面或凹面以及朝上和朝外的凹面，并且刚性脊柱的轴线采用的是大体水平的结构。通过选择凹面的形状，可以促成水的流出，从而避免在这些表面上累积水或堆积物。对于底部平坦或凸起的表面而言，该表面在使用中不会受到遮蔽，由此将会減少喜阴藻类或苔藓的生长。因此，该配置提供了一种用于绝缘结构构件的牢固轻型的装置，该装置对压曲和压缩应力具有抵抗性，并且可以在使用中是可放置的，由此避免累积可能导致构件绝缘属性降级的水或堆积物。对于柱状绝缘体的刚性脊柱而言，适当的截面轮廓(与其被设置成基本垂直的长度一起使用)已被发现是Y形的，在所述Y形的臂部之间具有大致相等的对向角度(大约120° )，并且所述Y形具有臂部以及圆形倒角，其中所述臂部具有基本相同的长度。这种处理给出的是ー个重量可能很轻但对下垂和弯曲具有很高的抵抗性的构件，此外，由于具有开口角，这种构件不太可能在凹面上积累堆积物。对于诸如X形(即具有四个臂部或肋状突出)之类的形状或是具有五个或更多臂部亦或是肋状突出的形状而言，由于臂部会导致产生阴影以及堆积物累积，因此此类形状有可能会出现问题。非常适当的是，绝缘结构构件配备了如上所述的伞裙，由此，沿着每ー个绝缘构件的爬电距离都超出了其长度。优选地，通过对所述伞裙进行整形，可以使得每个伞裙贡献的爬电路径在其整个周边上大体相同。在被用于悬挂高压电缆等等的时候，根据本发明的第三个方面的绝缘结构构件适宜是实心的，并且是没有很大空隙的。这是因为空隙可能导致水在绝缘构件内部冷凝，从而 招致放电风险。在以这种方式使用的时候，在本发明的横臂中使用的绝缘构件优选没有沿着其长度方向延伸的结构中空或通道，并且举例来说，该构件优选不包含中空截面。然而举例来说，在作为用于变电站的柱状绝缘体(在本领域中有时也被称为套管)使用的时候，这时有可能需要提供一个或多个沿着绝缘构件长度延伸的开ロ或通道，以使高压导线可以通过绝缘体主体进入变电站。因此，本发明的第三个方面的绝缘结构构件可以可选地配备ー个或多个通道，这些通道适于允许高压导线经由绝缘结构构件延伸。然而在这种状况中，开ロ或通道有可能适合用绝缘油或硅胶化合物(甚至是高度绝缘的气体，例如六氟化硫)填充。例如，在被用作柱形绝缘体或套管而将导线运载到变电站时，如果在肋状突出中提供了朝着远端的且用于运载导线的ー个或多个通道、例如两个或更多通道，那么本发明的第三个方面有可能会非常有用。换句话说，运载导线的通道可以位于肋状突出中，由此通常会沿着与脊柱长轴大体平行的脊柱长度延伸，其中所述通道与绝缘结构构件的质心是分离的。因此，绝缘结构构件优选具有至少ー个肋状突出，其中该突出包含了适合运载导线的通道。这些通道可以取代或补充位于或接近于绝缘构件质心的通道。所述通道则被适当地适配成贴身包住导线，从而减小空隙空间，此外，在正被使用且导线处于恰当位置的通道的内部，任何剰余的空隙空间都会用如上所述的绝缘化合物来填充。换句话说，除了尺寸尽可能小以允许导线延伸通过该绝缘结构构件(通常是沿着长度方向)的通道之外，绝缘结构构件实际上是实心的。举个例子，如果绝缘结构构件具有T或Y形截面，那么有可能存在三个通道，其中作为处于臂部汇接点的第四通道的补充或替换，每个通道都被定位成朝着所述T或Y形的每个臂部的远端。与具有单个中心通道的常规柱状绝缘体或套管相比，该布置给出了可以使用单个柱状绝缘体来运载多个彼此充分分离的导线以防止其间电压击穿的优点。例如，单个柱状绝缘体可以运载三个不同相位。举个例子，一些通道可用于运载高压/高电流导线，其他通道则可以用于运载运送控制信号的电缆。优选地，所呈现的任何中空通道或空隙都代表的是小于绝缘结构构件总体积的10%,优选小于5% ο非常适合的是，在本发明的任何方面中使用的本发明的绝缘结构构件表面都是不易被水沾湿的，这意味着其显示出与纯水具有90°或更大(通过水测得)的接触角。这样做允许水在表面上聚集成液滴，从而促使其滚落表面。非常适当的是，该表面是抗炭化的，这样ー来，如果表面遭遇高压放电，那么不会留下永久的导电碳迹。非常适当的是，本发明的绝缘结构构件具有用硅聚合物或硅胶树脂制成的表面涂层。该处理同样适用于在本发明的不同方面中使用的伞裙。通常，脊柱具有ー个与之结合的硅胶护套，并且用硅胶模制的伞裙可被粘合或结合到覆盖绝缘构件脊柱的护套。作为替换并且如上所述，所述伞裙可以是用LSM提供的。本发明的第四个方面提供了一种用于形成根据本发明的第三个方面或是在本发明的第一或第二个方面中使用的绝缘结构构件的方法，包括通过拉挤成型来形成刚性脊柱的步骤。通常，绝缘构件可以是用经过玻璃丝强化的绝缘树脂形成的，例如具有诸如聚丙烯、聚酯、こ烯基酯之类的热固树脂或是诸如聚丙烯、聚对苯ニ甲酸こニ醇酷、聚对苯ニ甲酸丁ニ醇酯等等的环氧或热塑树脂的E (电エ级)或ECR(电エ级耐腐蚀)玻璃纤维。其他纤维同样可被用于强化处理，并且其他适当的绝缘聚合物是可以在具有或不具有強化纤维的情况下使用的。该方法可以包括、a)为脊柱涂覆ー个绝缘硅聚合物层，以及b)将伞裙附着于所述绝缘硅聚合物层，例如使用硅胶来附着。或者，举例来说，该方法可以包括在诸如上文中阐述的LSM之类的焦化(singe)硅胶模制处理中为脊柱提供故交护套和伞裙，例如以上阐述的LSM。示例现在转到图1-8所示的第一和第二实施例，横臂I具有两个第一绝缘构件2以及两个第二绝缘构件3，其中每ー个绝缘构件都附着于导线支架4，由此形成横臂顶部或鼻部。第一绝缘构件2的远端通过螺栓附着板11附着于接头(nose piece)4,第二绝缘构件3的远端则是通过螺栓扣件13附着的。第一绝缘构件2的近端配备了附着板10，其适于允许附着于高压塔架或鉄塔(未显示)的主体。在第二绝缘构件3的近端提供了类似的附着板12。导线支架4保持绝缘构件2、3的远端并且借助从悬挂在电缆支架4上的板6来支撑导线5。每ー个第一绝缘构件2的近端都配备了导电屏蔽环9。每ー个第二绝缘构件3的近端则配备了导电屏蔽环8。处于横臂I的顶部的远端导电屏蔽环配件7包括一个导电柱17(在图6中可以看到)。其中该导电柱与远端导电屏蔽环7电接触，所述电屏蔽环位于其中心并且延伸到在顶部形成的空间中，其中绝缘支撑构件2、3是在所述顶部与导电导线支架4接触的。由此，横臂I被调整成形成了一个从塔体的四边形基部延伸至导线支架4的顶部的棱锥结构。图7和8显示的是具有脊柱18以及沿着脊柱部署且位置与构件长轴垂直的伞裙14的第一绝缘构件2。硅橡胶层20涂在了脊柱18的表面上，伞裙14则与第一绝缘构件2上的层20结合。脊柱18的截面轮廓实际上是ー个倒T形(也就是具有沿着其轴线延伸的三个肋状突出)，其具有连至T形中心主体的叶形末端以及处于T形臂部端点的圆形末端。该截面轮廓具有3. 6倍于同面积圆形的最小面积二次矩(围绕通过质心且具有图中所示方位的垂直轴)。该截面轮廓在肋条之间提供了两个凹面32、33以及ー个基本上是平坦或略微凸起的面部34。通过整形伞裙14，可以提供围绕其周边且基本一致的爬电长度。回到图1-6，第二绝缘构件3具有圆柱形脊柱及圆形伞裙15。该脊柱的表面还涂有硅聚合物层。所述伞裙15是用硅聚合物制成的。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于它还包括用于互连绝缘构件2、3的冗余构件16，其中所述冗余构件16被排列在与绝缘构件2、3的近端形成的基部大体平行的平面上。在使用中，绝缘构件2、3的近端用螺栓连接至具有图4所示的基本水平的第一绝缘构件2的塔架或鉄塔的主体，由此如图7所示，第一绝缘构件2的截面轮廓被定位成面部34朝下以及凹面32、33朝上和朝外。
转到图9和11所示的本发明的第三实施例，该实施例是根据本发明第三个方面的绝缘构件，其中举例来说，所述构件适合充当导线支柱。在本实施例中，脊柱21具有Y形截面，其中三个类似的肋状突出中的每ー个形成了所述Y的叶形和圆形臂部。该截面轮廓产生的是4. 6倍于同面积圆形的最小面积秩(通过所显示的结构中的质心的垂直轴)。如图11所示，在肋板之间形成了三个凹面35、36、37。通过整形附帯的硅胶伞裙22，可以给出围绕其周边且大体一致的爬电距离，并且所述脊柱涂有硅聚合物层26。图10和12所示的第四实施例同样是根据本发明的第三个方面的绝缘构件，并且该构件适合作为具有沿着其长度延伸的导线27的柱状绝缘体(或套管)使用。所述绝缘构件在形状上与具有类似的Y形形状的脊柱23以及伞裙24的第三个实施例相似。其与第三实施例的不同之处在于每ー个形成Y形臂部的肋状突出都配备了朝着其远端部分且沿着绝缘构件长度延伸的相应通道或沟道25，其中导线27可被穿线在所述通道中。图13所示的第五实施例同样是根据本发明第三个方面的绝缘构件，并且该构件适合作为柱状绝缘体使用，其中导线30沿着其长度在单个通道中向下延伸。该绝缘构件在形状上与具有类似的Y形形状的脊柱28以及伞裙29的第三个实施例大体相似。其与第三实施例的不同之处在于脊柱28的中心区域配备了沿着绝缘构件长度延伸的通道或沟道31，其中导线30可被穿线在所述通道中。应该了解的是，在不脱离附加权利要求定义的发明范围的情况下，针对上述实施例的众多修改都是可行的。例如，虽然对于如上所述的第一和第二实施例来说，第一绝缘横臂在使用中是大体水平的，但是在使用中，具有倾向于水平的第一绝缘构件的横臂结构同样适合本发明。例如，第一绝缘构件在使用中从近端到远端可以具有与水平向上倾斜的角度，假设该角度是20°。举个例子，虽然第一绝缘构件上的伞裙仅仅被显示成其大小是在朝向横臂顶端的过程中改变的(以便促成与电缆支架4相适合)，但是如为第一绝缘构件显示的那样，第一绝缘臂部也可以通过配备交替变大或变小的截面部分取代。例如，第二绝缘构件3可以包括具有相同大小而不是交替大小的伞裙。例如，横臂可以包含高压绝缘装配领域中是众所周知的用于绝缘协调的弧角/协调间隙。所描述和图示的实施例应被认为是说明性而不是限制性的，应该理解的是，所显示和描述的只是优选实施例，权利要求中定义的处于本发明范围以内的所有变化和修改全都是希望得到保护的。应该理解的是，在说明书中使用诸如“优选”、“首选”、“较佳”或“更优选”之类的单词意味着以这种方式描述的特征是合乎需要的，然而该特征未必是必需的，并且缺少此类特征的实施例同样可被认为处于附加权利要求定义的发明范围以内。对于权利要求而言，当在某个特征之前使用“一”、“ー个”、“至少ー个”或是“至少一部分”之类的单词的时候，除非在权利要求中以相反的方式特别声明，否则这并不表明将权利要求局限于仅仅一个此类特征。当使用“至少一部分”和/或“某个部分”这样的语言吋，除非以相反的方式特别声明，否则该项目是可以包括某个部分和/ 或整个项目的。
权利要求
1.一种用于塔架的电绝缘横臂，所述塔架被调整成运载与所述塔架主体分离的供电导线，该横臂包括至少一个第一绝缘结构构件，该构件具有适于附着于塔体的近端以及适于附着于导线支撑装置的远端， 其中第一绝缘结构构件包括实心的刚性脊柱，所述脊柱沿着近端与远端之间的长轴延伸，并且其中所述脊柱具有与长轴垂直且具有质心的截面轮廓，以及其中围绕与长轴垂直的每一条轴线的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2 π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。
2.根据权利要求I的横臂，其中所述横臂还包括第二绝缘结构构件，该构件具有适于在基部附着于所述塔体的近端以及适于附着于导线支撑装置的远端，所述第二绝缘结构构件适于至少对应力载荷具有抵抗性。
3.根据权利要求2的横臂，其中所使用的横臂包括位于两个第二绝缘结构构件下方的两个第一绝缘结构构件，并且它们一起被调整成形成了一个从处于塔体的四边形基部延伸到导线支撑装置顶部的棱锥结构。
4.根据权利要求3的横臂，其中在第一和第二绝缘结构构件的近端提供了近端导电屏蔽环。
5.根据权利要求3或权利要求4的横臂，其中棱锥结构的顶部提供了一个远端导电屏蔽环配件。
6.根据权利要求5的横臂，其中远端导电屏蔽环配件包括被调整成围绕第一和第二绝缘构件远端的远端屏蔽环，以及与远侧屏蔽环电接触的导电柱，其中所述导电柱位于远端屏蔽环内部的中心，并且延伸至在第一与第二绝缘构件远端之间形成的空间。
7.根据权利要求2-6中任一权利要求的横臂,其中横臂包括一个或多个冗余构件,这些构件被调整成互连第一和第二结构构件，其中所述一个或多个冗余构件适于抵抗应力或压缩。
8.根据权利要求7的横臂，其中冗余构件被配置成与横臂基础平面大体平行。
9.根据前述任一权利要求的横臂，其中实心的刚性脊柱包括至少两个衍射轴线的肋状突出，其被调整成在其间形成至少一个大幅凹下的凹面。
10.根据权利要求9的横臂，其中刚性脊柱包括三个沿着轴线延伸的肋状突出，所述突出被调整成在其间形成至少两个大幅凹下的凹面。
11.根据权利要求10的横臂，其中刚性脊柱的截面轮廓大体上是T或Y形的，所述肋状突出提供的是T或Y形的臂部。
12.根据权利要求10或权利要求11的横臂，其中肋板被调整成提供两个凹面以及在其间提供一个平面或凸面。
13.根据权利要求12的横臂，其适于在使用中被放置成致使第一绝缘构件被定位成凹面朝上和朝外以及平面或凸面向下，由此有助于水的流出。
14.根据前述任一权利要求的横臂，其中第一绝缘结构构件中的刚性脊柱的截面轮廓具有一个弯曲的周边，由此该弯曲周边上的所有点的曲率半径幅度都大于沿着分解质心的所有轴线测得的截面轮廓的最大宽度的1%。
15.根据前述任一权利要求的横臂，其中绝缘结构构件配备了伞裙，由此，沿着每一个绝缘构件的爬电距离都超出了其长度。
16.根据权利要求15的横臂，其中伞裙被整形成使得每个伞裙所贡献的爬电路径在其整个周边上大体相同。
17.—种用于高压配电的塔架,包括根据权利要求1-16中任一权利要求的一个或多个横臂。
18.一种与高压电力网一起使用的绝缘结构构件，包括沿着近端与远端之间的长轴延伸的刚性脊柱，其中所述脊柱具有与长轴垂直且具有质心的截面轮廓，其中围绕与长轴垂直的轴线并且分解质心的截面轮廓的面积二次矩具有大小为Α2/2 π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积，所述构件可选地配备了一个或多个通道，这些通道适于允许高压导线通过所述绝缘结构构件延伸。
19.根据权利要求18的绝缘结构构件，其中刚性脊柱包括至少两个沿着轴线延伸的肋状突出，其被调整成在其间形成了至少一个大幅凹入的凹面。
20.根据权利要求19的绝缘结构构件，其中刚性脊柱包括三个沿着轴线延伸并被调整成在其间形成了至少两个大幅凹入的倒角的肋状突出。
21.根据权利要求19或权利要求20的绝缘结构构件，其中刚性脊柱的截面轮廓是T形或Y形，肋状突出提供的是T或Y形的臂部。
22.根据权利要求20或权利要求21的绝缘结构构件，其中肋条被调整成在其间提供两个凹面以及一个平面或凸面。
23.根据权利要求19-22中任一权利要求的绝缘结构构件，其中至少一个肋状突出包含了适合运载导线的通道。
24.根据权利要求18-23中任一权利要求的绝缘结构构件，其中绝缘结构构件中的刚性脊柱的截面轮廓具有一个弯曲的周边，由此该弯曲周边上的所有点的曲率半径幅度都大于沿着分解质心的所有轴线测得的截面轮廓的最大宽度的1%。
25.根据权利要求18-23中任一权利要求的绝缘结构构件，其中绝缘结构构件配备了伞裙，由此，沿着每一个绝缘构件的爬电距离都超出了其长度。
26.根据权利要求25的绝缘结构构件，其中伞裙被整形成使得每个伞裙所贡献的爬电路径在其整个周边上大体相同。
27.根据权利要求18-26中任一权利要求的绝缘结构构件，其中绝缘结构构件的长度至少是其最大宽度的5倍。
28.一种用于形成根据权利要求18-27中任一权利要求的绝缘结构构件的方法，包括通过拉挤成型来形成刚性脊柱的步骤。
全文摘要
本发明所公开的是一种用于高压电网的塔架的电绝缘横臂。该横臂包括用于附着到塔体并且支撑导体电缆的绝缘结构构件。该绝缘结构构件包括实心刚性脊柱，所述脊柱沿着长轴延伸，并且具有与长轴垂直的截面轮廓，围绕与长轴垂直的每一条轴线且分解其质心的截面轮廓的面积二次矩具有大小为A2/2π或更大的值，其中A是截面轮廓的面积。所述结构构件提供了针对弯曲和压缩压曲的抵抗性，并且允许安全地将导线支撑在减小的塔架高度上。T和Y形的截面提供了非常良好的排水效果，并且禁止在结构构件上出现有机成长。除了在塔架横臂中使用之外，所述结构构件通常可以作为高压电网中的绝缘体构件使用。
文档编号H01B17/00GK102668288SQ201080047522
公开日2012年9月12日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者M·N·R·B·巴鲁姆, 伊恩·科顿, 大卫·钱伯斯, 尼古拉斯·韦瑟比, 西蒙·M·罗兰, 马修·索恩 申请人:Epl复合材料解决方案公司, 曼彻斯特大学