专利名称:复合绝缘子端部场强控制方法及复合绝缘子的制作方法
技术领域：
本发明属于高电压绝缘子制造技术领域：
，具体是一种复合绝缘子端部场强控制的方法及应用于各电压等级的复合绝缘子，特别是超高压和特高压的长串复合绝缘子。
背景技术：
复合绝缘子以其重量轻、强度高、不易破碎、污闪电压高、易于制造、运输、安装和维护等一系列优点打破了陶瓷、玻璃绝缘子的统治地位，在最近几十年内各电压等级输电线路缘子因为只有上、下两端有金属端头，并且尺寸不大，它们和中间绝缘体(即芯棒)一起构成的主电容远小于瓷或玻璃绝缘子串的主电容，因此复合绝缘子的电场分布极不均匀，而且随着电压等级的提高，电压分布的非线性更加严重。复合绝缘子端部场强必须严格控制，以便达到防止电晕的目的，对于延缓绝缘材料老化、抑制局部电弧发展和提高湿污电压耐受水平具有重要的意义。
传统的复合绝缘子端部场强控制技术包括改良设计的端部金具和广泛使用的均压屏蔽环。均压屏蔽环的使用会缩短复合绝缘子的冲击耐受电压水平，随着电压等级的提高，超高压及特高压线路复合绝缘子的均压环尺寸已经越来越大，这不仅会增加杆塔的尺寸，还为工程施工和安全运行带来隐患。这项技术可以使各电压等级的复合绝缘子减少甚至取消对额外均压措施的要求，并可提高复合绝缘子材料的寿命和电压耐受裕度。
发明内容鉴于现有的复合绝缘子存在的上述缺陷，本发明提供一种复合绝缘子端部场强控制方法，及按照本方法改进设计的应用于各电压等级的复合绝缘子。
本发明复合绝缘子端部场强控制方法，所涉及的复合绝缘子包括芯棒、芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，该方法的特征是采用高介电常数硅橡胶材料注射成型不少于5％串长的伞裙和护套，其余伞裙和护套部分采用普通硅橡胶注射成型，其中高介电常数硅橡胶材料的相对介电常数为6～40。
在典型的实施方案中，将高压端的伞裙和护套分成多段，分别采用不同高介电常数的硅橡胶材料分段注射成型各段伞裙和护套，且使各段伞裙和护套的相对介电常数逐段降低。
按照本发明方法制作的复合绝缘子包括芯棒，芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，全串伞裙和护套中，不少于5％串长是高介电常数的伞裙和护套，其余是普通硅橡胶护套和伞裙，高介电常数的伞裙和护套的相对介电常数为6～40。位于复合绝缘子高压端的伞裙和护套可以包括多段采用硅橡胶混合材料注射成的伞裙和护套，每段伞裙和护套的相对介电常数均不相同，且依次逐段降低。
本发明使用高介电常数的硅橡胶材料来制作部分复合绝缘子的护套和伞裙，会大大提高承担电压的绝缘距离，并缓和复合绝缘子端部的最大场强。当全串使用相对介电常数为40的硅橡胶材料时，复合绝缘子端部场强可以降低46％。
本发明的研究和应用能够解决超特高压线路复合绝缘子均压环尺寸过大带来的工程造价增加，并可进一步提高复合绝缘子材料耐受电压裕度、减少材料受电晕腐蚀的强度。
图1为复合绝缘子护套和伞裙使用不同相对介电常数硅橡胶材料时，绝缘子串承担相同电压的绝缘距离百分比的变化示意图；图2为高压端伞裙和护套使用高介电常数硅橡胶材料的一复合绝缘子实施例示意图。
具体实施方式以下结合附图对本发明进一步说明。
本发明涉及的复合绝缘子包括芯棒、芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套。常规的复合绝缘子伞裙和护套材料使用的室温硫化硅橡胶相对介电常数为3左右。在常规硫化硅橡胶中掺杂铝粉和钛酸钡粉可以提高材料的介电常数，对应不同的掺杂体积，并控制颗粒的形状和分布，可以得到相对介电常数达到40的新型硅橡胶材料。
为降低复合绝缘子端部场强，本发明方法采取以下步骤采用高介电常数硅橡胶材料注射成型不少于5％串长的伞裙和护套，其余伞裙和护套部分采用普通硅橡胶注射成型，其中高介电常数硅橡胶材料的相对介电常数为6～40。
图1示出了使用高介电常数硅橡胶材料时，复合绝缘子承担全串相同百分比电压的绝缘距离(即占全串长百分比)的变化，从图1中可以看出全串应用高介电常数硅橡胶材料，缓和了复合绝缘子的电位梯度。分析表明，全串使用相对介电常数为40的新型硅橡胶材料时，复合绝缘子端部场强可以降低46％。
本发明优选相对介电常数为10～30的高介电常数硅橡胶材料注射成型全串伞裙和护套。
在特高压及超高压复合绝缘子长串上，出于成本的考虑不必全串应用高介电常数的硅橡胶材料，在全串5％串长上应用高介电常数硅橡胶材料(相对介电常数＞6)同样可以达到降低端部场强的效果。
具体实施中，将高压端的伞裙和护套分成多段，分别采用不同高介电常数的硅橡胶材料分段注射成型各段伞裙和护套，且使各段伞裙和护套的相对介电常数逐段降低，可以更好的改善复合绝缘子端部场强，并可以使用更少的高介电常数材料达到与全串使用高介电常数材料相同的场强控制效果。如图2所示高压端伞裙和护套使用高介电常数硅橡胶材料的复合绝缘子即为一典型实施例，其中2为芯棒，1为芯棒端部的金具，3为普通硅橡胶护套和伞裙，4、5、6分别为高介电常数的伞裙和护套，伞裙和护套4、4、6的相对介电常数逐段降低，如伞裙和护套4、5、6的相对介电常数分别为40、20、10.
本发明采用的高介电常数硅橡胶材料是添加有铝粉和钛酸钡粉至少一种填充物的硅橡胶混合材料，其中，填充物含量为8～40wt％，硅橡胶含量为60～92wt％。
高介电常数硅橡胶的实现方法已被众多研究者所发表。表1列出有关文献公开发表的实现高介电常数硅橡胶的几种填料方案。同一种颗粒形状的填料相对介电常数与填充比是线性关系的，可以通过控制填充比来实现需要的介电常数，但受外绝缘要求的影响填充比例要低于40％，否则会改变硅橡胶的电导率。
表1实现高介电常数的硅橡胶填料和比例
高介电常数的硅橡胶是在普通的硅橡胶中添加无机填料，仅仅改变硅橡胶材料的相对介电常数，不影响复合绝缘子生产工艺。仍可以使用传统的挤包护套加粘伞盘工艺或分段或一次注射成形工艺生产。在高压端将伞裙和护套材料分为数段每段相对介电常数逐级降低的复合绝缘子，要使用分段成形工艺生产。
按照本发明方法制作的复合绝缘子与普通复合绝缘子外形无异，包括芯棒，芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，其特征是全串伞裙和护套中，不少于5％串长是高介电常数的硅橡胶伞裙和护套，其余是普通硅橡胶护套和伞裙，高介电常数的伞裙和护套的相对介电常数为6～40。
其中，高压端的伞裙和护套可以包括多段采用硅橡胶混合材料注射成的伞裙和护套，每段伞裙和护套的相对介电常数均不相同，且依次逐段降低。
权利要求
1.复合绝缘子端部场强控制方法，所述复合绝缘子包括芯棒、芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，该方法的特征是包括以下步骤采用高介电常数硅橡胶材料注射成型不少于5％串长的伞裙和护套，其余伞裙和护套部分采用普通硅橡胶注射成型，其中高介电常数硅橡胶材料的相对介电常数为6～40。
2.根据权利要求
1的复合绝缘子端部场强控制方法，其特征是将高压端的伞裙和护套分成多段，分别采用不同高介电常数的硅橡胶材料分段注射成型各段伞裙和护套，且使各段伞裙和护套的相对介电常数逐段降低。
3.根据权利要求
1的复合绝缘子端部场强控制方法，其特征是采用相对介电常数为10～30的高介电常数硅橡胶材料注射成型全串伞裙和护套。
4.根据权利要求
1或2或3的复合绝缘子端部场强控制方法，其特征是所述高介电常数硅橡胶材料是添加有铝粉和钛酸钡粉至少一种填充物的硅橡胶混合材料，其中，填充物含量为8～40wt％，硅橡胶含量为60～92wt％。
5.一种复合绝缘子，包括芯棒，芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，其特征是全串伞裙和护套中，不少于5％串长是高介电常数的伞裙和护套，其余是普通硅橡胶护套和伞裙，高介电常数的伞裙和护套的相对介电常数为6～40。
6.根据权利要求
5的复合绝缘子，其特征是高压端的伞裙和护套包括多段采用硅橡胶混合材料注射成的伞裙和护套，每段伞裙和护套的相对介电常数均不相同，且依次逐段降低。
专利摘要
一种复合绝缘子端部场强控制方法，所述复合绝缘子包括芯棒、芯棒两端的金具及芯棒外覆盖的伞裙和护套，该方法的特征是采用高介电常数硅橡胶材料注射成型不少于5％串长的伞裙和护套，其余伞裙和护套部分采用普通硅橡胶注射成型，其中高介电常数硅橡胶材料的相对介电常数为6～40。本发明使用高介电常数的硅橡胶材料来制作部分复合绝缘子的护套和伞裙，会大大提高承担电压的绝缘距离，并缓和复合绝缘子端部的最大场强；本发明应用能够解决超特高压线路复合绝缘子均压环尺寸过大带来的工程造价增加，并可进一步提高复合绝缘子材料耐受电压裕度、减少材料受电晕腐蚀的强度。
文档编号H01B17/42GK1996510SQ200610064502
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月27日
发明者贾志东, 刘振, 王黎明, 关志成 申请人:清华大学深圳研究生院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan