电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，该复合绝缘子包括带有一个以上瓷伞裙的瓷芯棒、瓷芯棒两端通过胶粘剂胶装有金具，瓷芯棒外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙的聚合物护套，瓷芯棒表面经偶联剂处理，护套与伞裙通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒上高温固化一次成型，护套上的伞裙包括与瓷芯棒同轴设置的一个以上大伞形凸起，大伞形凸起的伞伸出为30mm～60mm。本发明所述的电气化铁路用耐污闪、防鸟啄、抗风沙的棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子污闪电压高，在使用过程中可防止发生脆断，同时具有防鸟害、抗风沙、抗外力破坏和可辅助攀踏等性。
【专利说明】电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合绝缘子，尤其涉及一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子及其制备方法。
【背景技术】
[0002]复合绝缘子因其在重量、耐污闪电压等方面相比瓷质绝缘子有很大的优越性而受到行业的青睐，尤其是污闪电压高这一特点。研究发现，复合绝缘子的伞裙结构与污闪电压之间存在一定的关系，使得其他条件相同但伞裙结构不同的复合绝缘子其污闪电压不同。
[0003]伞径对复合绝缘子污闪特性的影响如下:伞径加大，则复合绝缘子的等效直径增大，对污闪特性有消极影响，虽然复合绝缘子的爬电距离相应增大，在一定程度上可以提高污闪电压，但是提高的程度有限，反而导致爬电距离的利用率相对降低，并且过大的伞径会消耗过多的材料，不具有经济效益；伞径过小则会导致泄漏距离的不足，因此选择伞径的首要原则是，在保证整支绝缘子满足泄漏距离的前提下选择具有经济效益的伞径。
[0004]伞间距对复合绝缘子污闪特性的影响如下:伞间距增大，首先可以提高复合绝缘子的积污特性；其次，可以有效地抑制伞间桥接，防止严重覆冰覆雪以及阻滞电弧的串接；第三，可以提升爬电距离的利用率；但是增大的前提是保证整支复合绝缘子具有充足的爬电距离。伞间距减小，在绝缘高度一定的情况下可以提高复合绝缘子的爬电距离，但是污闪电压并不随爬电距离的增加而线性增长，伞间距过小，伞间容易发生桥接，爬电距离的利用率相对降低。
[0005]现有复合绝缘子，内部瓷芯棒基本全部采用玻璃纤维增强环氧棒，因其耐候性较差，不能暴露在大气环境中运行，同时据不完全统计，国内电力系统发生的绝缘子脆断事故已达多起，脆断往往发生在复合绝缘子场强集中的高压端，发生脆断事故的复合绝缘子一般都存在护套、端部密封破损的情况。一般认为:脆断发生的概率很小，无法预防，无法检测，对接触网的危害极大。
[0006]电气化铁路接触网用复合绝缘子运行地理范围广，不同地区具有其地理特殊性，从而造成运行工况复杂，同时复合绝缘子在运输、安装与维护过程存在外界不确定因素，从而影响复合绝缘子的安全运行。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的第一技术问题是:选择一种材质的瓷芯棒作为电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的内绝缘瓷芯棒，在满足机械负荷要求的同时，瓷芯棒能够具有优异的耐候性，能够在大气条件下安全运行而不会发生脆断事故。
[0008]本发明所要解决的第二技术问题是:选择了一种绝缘材料组合物，具有优异的耐候性，优良的憎水性、憎水迁移性、高机械强度、良好的抗磨损性能和抗外力破坏能力，并且能够满足电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子聚合物护套与聚合物伞裙的加工要求。[0009]本发明所要解决的第三技术问题是:提供了一种制备方法，以此方法制备电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，从而满足不同设计与使用需求。
[0010]为解决上述问题，本发明提供的第一技术方案是:选择瓷芯棒作为电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的内绝缘子瓷芯棒，由于瓷芯棒在满足机械性能要求的同时，可在暴露大气环境中安全而不会发生脆断。
[0011]本发明提供的第二技术方案是:选取户外型憎水性脂环族环氧树脂作为原料来制备电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子。
[0012]户外型憎水性脂环族环氧树脂材料具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能，同时具有较高的机械强度，从而本发明所述电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子系列产品在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时提高了该系列产品的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对产品的破坏，并且在一定范围内具有了可辅助攀踏性能，便利了工程人员的施工，提高了施工过程中的安全系数。
[0013]本发明第三技术方案为:一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的具体技术方案为:
一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，包括带有一个以上瓷伞裙的瓷芯棒、瓷芯棒两端通过胶粘剂胶装有金具，瓷芯棒外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙的聚合物护套，护套与伞裙通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒上高温固化一次成型，护套上的伞裙包括与瓷芯棒同轴设置的一个以上大伞形凸起，大伞形凸起的伞伸出为30mm?60mmo
[0014]进一步，相邻的大伞形凸起之间依次设置有一个小伞形凸起、一个中伞形突起、一个小伞形凸起。
[0015]进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有一个以上小伞形凸起，小伞形凸起与瓷芯棒同轴设置。
[0016]进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有两个小伞形凸起。
[0017]进一步，相邻的大伞形凸起之间设置有一个小伞形凸起。
[0018]进一步，大伞形凸起和中伞形凸起的伞伸出之差大于15mm。
[0019]进一步，中伞形凸起和小伞形凸起的伞伸出之差大于15mm。
[0020]进一步，大伞形凸起和小伞形凸起的伞伸出之差大于15mm。
[0021]进一步，伞形凸起的伞伸出是复合绝缘子的伞裙外沿与护套之间的径向距离，大伞形凸起的伞间距与伞伸出之比大于0.8。
[0022]进一步，护套上的伞裙的上倾角为6°?16°，下倾角为0°。
[0023]本发明提供的第四技术方案是:一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的制备方法，该方法包括:
(1)将瓷芯棒插入到金具的中心孔中，然后通过胶粘剂胶装为一体，得到瓷芯棒-金具复合体；所述胶粘剂为水泥或者树脂等胶粘剂的其中一种；
(2)步骤(I)中瓷芯棒-金具复合体的瓷芯棒表面采用偶联剂进行预处理；所述偶联剂为凯姆洛克系列607或608等偶联剂的其中一种；
(3)将步骤(2)所得预处理瓷芯棒-金具复合体放入到模具中的相应位置；
(4)将户外型憎水性脂环族环氧树脂化合物注射或浇注入到模具中，并进行第一次固化，固化温度为130-170°C ;所述注射或浇注工艺为自动压力注射成型工艺，进料压力为0.1-0.4MPa，进料时间为 3-5min ；
(5)脱模然后进行第二次固化，固化温度为110-150°C，得到电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子。
[0024]相比现有技术，本发明所述的一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的有益效果如下:
(1)通过对伞形凸起的伞伸出、伞型凸起的伞伸出之差以及伞间距与伞伸出之比的合理设定，以及积污特性的仿真分析，达到复合绝缘子污闪特性最佳的效果；
(2)棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的瓷芯棒采用带有瓷伞裙的瓷芯棒，瓷芯棒耐候性能强，不会因外界腐蚀，而发生脆断，从而使本发明复合绝缘子在使用过程中可防止发生脆断事故；
(3)棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的聚合物伞套采用HCEP(HydrophobicCycloaliphatic Epoxy:憎水性脂环族环氧化合物)材料，HCEP材料具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能，同时具有较高的机械强度，从而本发明所述棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子系列产品在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时提高了提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对复合绝缘子伞套的破坏。同时工程人员施工过程中必要时在一定范围内可以踩踏在伞裙上，从而便利了施工，提高了工程人员施工过程中的安全系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第二实施例的结构示意图；
图3为本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第三实施例的结构示意图；
图4为本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第四实施例的结构示意图；
【具体实施方式】
[0026]为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。
[0027]本发明公开了一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子及其制备方法。该瓷聚合物复合绝缘子瓷芯棒采用带有瓷伞裙的瓷芯棒，瓷芯棒耐候性能强，不会因外界腐蚀，而发生脆断，从而使本发明复合绝缘子在使用过程中可防止发生脆断事故；该瓷聚合物复合绝缘子由户外型憎水性脂环族环氧树脂制备，由于憎水性脂环族环氧树脂优异的机械与电气性能，从而使本发明所述瓷聚合物复合绝缘子系列产品在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时提高了该系列产品的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对聚合物盘形绝缘件的破坏，并且在一定范围内具有可辅助攀踏性能。[0028]聚合物盘形绝缘件采用整体注射或浇注工艺，通过长时间高温度、高压力的加工条件在模具内一次固化成型，系列加工成不同伞形结构，以满足不同设计与使用需求。下面结合附图详细说明几种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子具体的结构。
[0029]如图1所示，本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子包括带有一个以上瓷伞裙2的瓷芯棒1、瓷芯棒I两端通过胶粘剂4胶装有金具3 (金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换)，瓷芯棒I外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙6的聚合物护套5，聚合物护套5与伞裙6通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒I上高温固化一次成型。
[0030]其中，所述聚合物护套5上的伞裙6的上倾角为6°?16°，下倾角为0°。进一步，参见图1，本发明中的聚合物护套5上的伞裙6包括与瓷芯棒I同轴设置的一个以上大伞形凸起61 (彼此之间直径相等)，大伞形凸起61的伞伸出(伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离)为30mm?60mm，且本发明中的大伞形凸起61的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。
[0031]另外，参见图1，本发明中在相邻的大伞形凸起61之间还设置有一个以上中伞形凸起62、小伞形凸起63，本实施例中设置在两相邻的大伞形凸起61之间依次设置有一个小伞形凸起63、一个中伞形凸起62、一个小伞形凸起63，其中，大、中伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm，中、小伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm。
[0032]本发明中的伞套优选采用HCEP (Hydrophobic Cycloaliphatic Epoxy:憎水性脂环族环氧化合物)材料，从而使本发明的棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时，提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对复合绝缘子伞套的破坏，并且在一定范围内使复合绝缘子具有了可辅助攀踏性能，提高了施工过程中的安全系数。
[0033]如图2所示，本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子包括带有一个以上瓷伞裙2的瓷芯棒1、瓷芯棒I两端通过胶粘剂4胶装有金具3 (金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换)，瓷芯棒I外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙6的聚合物护套5，聚合物护套5与伞裙6通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒I上高温固化一次成型。
[0034]其中，所述聚合物护套5上的伞裙6的上倾角为6°?16°，下倾角为0°。进一步，参见图2，本发明中的聚合物护套5上的伞裙6包括与瓷芯棒I同轴设置的多个大伞形凸起61 (彼此之间直径相等)，大伞形凸起61的伞伸出(伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离)为30mm?60mm，且本发明中的大伞形凸起61的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。
[0035]另外，参见图2，本发明中在相邻的大伞形凸起61之间还设置有一个以上小伞形凸起63 (彼此之间直径相等)，本实施例中设置在两相邻的大伞形凸起61之间的小伞形凸起63为两个，其中，大、小伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm。
[0036]图3中示出了本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第三实施例。其中，在此实施例中棒形悬式复合绝缘子也包括带有一个以上瓷伞裙2的瓷芯棒1、瓷芯棒I两端通过胶粘剂4胶装有金具3(金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换)，瓷芯棒I外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙6的聚合物护套5，聚合物护套5与伞裙6通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒I上高温固化一次成型。
[0037]其中，所述聚合物护套5上的伞裙6的上倾角为6°?16°，下倾角为0°。进一步，本发明中的聚合物护套5上的伞裙6包括与瓷芯棒I同轴设置的一个以上大伞形凸起61 (彼此之间直径相等)，大伞形凸起61的伞伸出(伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离)为30mm~60mm，且本发明中的大伞形凸起61的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。应注意的是，本实施例中设置在两相邻的大伞形凸起61之间的小伞形凸起63为一个，其中，大、小伞形凸起的伞伸出之差应大于15mm。
[0038]图4中示出了本发明的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子的第四实施例。其中，在此实施例中棒形悬式复合绝缘子也包括带有一个以上瓷伞裙2的瓷芯棒1、瓷芯棒I两端通过胶粘剂4胶装有金具3(金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换)，瓷芯棒I外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙6的聚合物护套5，聚合物护套5与伞裙6通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒I上高温固化一次成型。
[0039]其中，所述聚合物护套5上的伞裙6的上倾角为6°~16°，下倾角为0°。进一步，本发明中的聚合物护套5上的伞裙6包括与瓷芯棒I同轴设置的一个以上大伞形凸起61 (彼此之间直径相等)，大伞形凸起61的伞伸出(伞伸出是指复合绝缘子伞裙外沿与护套之间的径向距离)为30mm~60mm，且本发明中的大伞形凸起61的伞间距与伞伸出之比应大于0.8。应注意的是，本实施例中两相邻的大伞形凸起61之间没有设置小伞形凸起63。
[0040]本发明所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子伞套由憎水性脂环族环氧树脂制备，具有很高的机械强度、良好抗磨损性能和抗外力破坏的能力，可以该系列产品的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟琢对广品破坏，冋时施工人员在一定沮围内可辅助攀踏。与其他几种绝缘材料制备的绝缘子相比，本发明优点明显。几种绝缘材料具体对比表1所示。
[0041]表1
【权利要求】
1.一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，包括带有一个以上小瓷伞裙(2)的瓷芯棒(I)、瓷芯棒(I)两端通过胶粘剂(4 )胶装有金具(3 )，瓷芯棒(I)外表面覆盖有带有一个以上聚合物伞裙(6)的聚合物护套(5)，聚合物护套(5)与伞裙(6)通过整体注射或浇注工艺在瓷芯棒(I)上高温固化一次成型，聚合物护套(5)上的伞裙(6)包括与瓷芯棒(I)同轴设置的一个以上大伞形凸起(61)，大伞形凸起(61)的伞伸出为30mm?60mmo
2.根据权利要求1所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起(61)之间依次设置有一小伞形凸起(63)，一个中伞形凸起(62)、一个小伞形凸起(63)，并与瓷芯棒(I)同轴设置。
3.根据权利要求1所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起(61)之间设置有一个以上小伞形凸起(63)，小伞形凸起(63)与瓷芯棒(I)同轴设置。
4.根据权利要求3所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起(61)之间设置有两个小伞形凸起(63)。
5.根据权利要求3所述的电气化铁路接触网用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，相邻的大伞形凸起(61)之间设置有一个小伞形凸起(63)。
6.根据权利要求2所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，大伞形凸起(61)和中伞形凸起(62)的伞伸出之差大于15mm，中伞形凸起(62)和小伞形凸起(63)的伞伸出之差大于15mm。
7.根据权利要求4或5所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，大伞形凸起(61)和小伞形凸起(63)的伞伸出之差大于15mm。
8.根据权利要求1所述的电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，伞形凸起的伞伸出是复合绝缘子的伞裙外沿与护套之间的径向距离，大伞形凸起(61)的伞间距与伞伸出之比大于0.8 ;聚合物护套(5)上的伞裙(6)的上倾角为6°?16°，下倾角为0° ;聚合物护套(5)与伞裙(6)材料采用户外型憎水性脂环族环氧树脂；胶粘剂(4)可以为水泥或树脂等胶粘剂。
9.根据权利要求1所述的一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子，其特征在于，金具(3 )金具外形尺寸结构可依据安装使用需要进行变换。
10.一种电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子制备方法，该方法包括: (1)将瓷芯棒插入到金具的中心孔中，然后通过胶粘剂胶装为一体，得到瓷芯棒-金具复合体；所述胶粘剂为水泥或树脂等胶粘剂的其中一种； (2)步骤(I)中瓷芯棒-金具复合体的瓷芯棒表面采用进行预处理；所述偶联剂为凯姆洛克系列607或608的等偶联剂其中一种； (3)将步骤(2)所得预处理瓷芯棒-金具复合体放入到模具中的相应位置； (4)将户外型憎水性脂环族环氧树脂化合物注射或浇注入到模具中，并进行第一次固化，固化温度为130-170°C;注射工艺为自动压力注射成型工艺，进料压力为0.1-0.4MPa，进料时间为3-5min ； (5)脱模然后进行第二次固化，固化温度为110-150°C，得到电气化铁路用棒形柱式瓷聚合物复合绝缘子。
【文档编号】H01B19/00GK103531311SQ201310006537
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】及荣军, 张春梅, 王长明, 张炎武, 耿卫斌, 贾传熙 申请人:河北荣森电气有限公司