复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算方法

摘要

本发明提供一种复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算方法。所述方法根据试验获得的复合绝缘子平均闪络电压以及复合绝缘子的几何尺寸计算获得复合绝缘子在承受陡波电压时电场最大的两个部位的电场强度，将其与复合绝缘子制作工艺相关的界面承受电压相比较，从而可以对于复合绝缘子的陡波电压耐受裕度进行估算。

说明书

技术领域

本发明涉及高压电器技术领域，具体涉及一种复合绝缘子的陡波电 压耐受裕度的估算方法。

背景技术

支柱型复合绝缘子普遍使用玻璃纤维树脂芯棒与硅橡胶伞套的复 合绝缘结构。理论分析与事故统计都表明，这种结构最常发生的事故是 芯棒与包覆它的硅橡胶伞套之间的界面发生沿面击穿。造成这种沿面击 穿的原因主要是两种不同材料复合时材料不均匀分布，形成局部绝缘缺 陷，形成的界面绝缘强度要低于其母材，如果缺陷区域过大或不均匀程 度过高，即使在工作电场下也会击穿。

复合绝缘子沿界面的爬电距离等于两端上、下金具之间的距离，只 略小于沿着伞裙外侧的弧闪距离，而空气的绝缘强度远小于界面的绝缘 强度，因此使用工频电压试验难以评价复合绝缘子的界面绝缘性能。通 常需要使用陡波电压对复合绝缘子界面的绝缘性能进行试验，这是利用 了空气间隙的伏秒击穿特性，在陡波电压下，空气间隙的绝缘水平成倍 提高，因此施加在界面的电压也得到提高。

但是，目前缺少对于复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算 方法。

其中，所述复合绝缘子包括上金具、下金具、绝缘芯棒和硅橡胶伞 套，所述上金具和下金具分别连接在所述绝缘芯棒两端，所述硅橡胶伞 套包裹在所述上金具、下金具和绝缘芯棒表面，所述硅橡胶伞套具有多 个向外突出的绝缘伞裙，所述方法包括：

通过试验获取所述复合绝缘子的平均闪络电压；

根据所述平均闪络电压和绝缘子弧闪距离计算所述复合绝缘子的 闪络电场强度平均值；

根据所述闪络电场强度平均值和第一弧闪距离计算第一试验电压；

根据所述第一试验电压和第一界面距离计算第一界面电场强度；

根据所述闪络电场强度平均值和第二弧闪距离计算第二试验电压；

根据所述第二试验电压和第二界面距离计算第二界面电场强度；

根据所述复合绝缘子的界面耐受电场强度、第一界面电场强度和第 二界面电场强度估算所述复合绝缘子的陡波电压耐受裕度；

其中，所述绝缘子弧闪距离为所述上金具和下金具之间的弧闪距离； 所述第一弧闪距离为所述上金具的露出端与第一位置之间的弧闪距离； 所述第一界面距离为所述上金具的下端与所述第一位置之间的垂直距离； 所述第二弧闪距离为所述下金具的露出端与第二位置之间的弧闪距离； 所述第二界面距离为所述下金具的上端与所述第二位置之间的垂直距离； 所述第一位置为与所述上金具下端距离最小的绝缘伞裙下方的根部，所 述第二位置为与所述下金具上端距离最小的绝缘伞裙上方的根部。

优选地，所述根据所述复合绝缘子的界面耐受电场强度、第一界面 电场强度和第二界面电场强度估算所述复合绝缘子的陡波电压耐受裕度 包括：

根据界面耐受电场强度分别与第一界面电场强度和第二界面电场 强度的差值估算所述复合绝缘子的绝缘裕度。

优选地，所述界面耐受电场强度通过耐压试验测试获取。

优选地，所述弧闪距离为两点之间的空气间隙的距离。

优选地，根据所述第一试验电压和第一界面距离计算第一界面电场 强度包括：

计算第一界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的和；

计算第一试验电压与所述和的商作为第一界面电场强度。

优选地，根据所述第二试验电压和第二界面距离计算第二界面电场 强度包括：

计算第二界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的和；

计算第二试验电压与所述和的商作为第二界面电场强度。

本发明实施例根据试验获得的复合绝缘子平均闪络电压以及复合 绝缘子的几何尺寸计算获得复合绝缘子在承受陡波电压时电场最大的两 个部位的电场强度，将其与复合绝缘子制作工艺相关的界面承受电压相 比较，从而可以对于复合绝缘子的陡波电压耐受裕度进行估算。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它 目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的支柱型复合绝缘子的截面示意图；

图2是本发明实施例的估算方法的流程图；

图3是本发明实施例的支柱型复合绝缘子各部分参数的示意图。

附图标记：

1：上金具；11：上金具露出端；12：上金具下端；2：下金具；21： 下金具露出端；22：下金具上端；3：绝缘芯棒；4：硅橡胶伞套；41： 伞裙；42：伞裙根部；5：第一位置；6：第二位置

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些 实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部 分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本 发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和 电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说 明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、 “包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义； 也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用 于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的 描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的支柱型复合绝缘子的截面示意图。如图1所 示，复合绝缘子包括上金具1、下金具2、绝缘芯棒3和硅橡胶伞套4。 上金具1和下金具2分别连接在绝缘芯棒3的两端，其通常可以通过压 接方式相互连接。硅橡胶伞套4包裹在上金具1、下金具2和绝缘芯棒3 的外表面，硅橡胶伞套4具有多个向外突出的绝缘伞裙41。每个绝缘伞 裙41从伞裙根部42向外延伸，从而对上金具1和下金具2之间的空气 间隙进行隔离，提高绝缘子的绝缘性能。

上金具1具有上金具露出端11，其暴露在硅橡胶伞套4外，与空气 接触，使得上金具1可以与其它部件电连接；上金具1还具有下端12， 其位于绝缘芯棒3和硅橡胶伞套4之间。

下金具2具有下金具露出端12，其暴露在硅橡胶伞套4外，与空气 接触，使得下金具2可以与其它部件电连接；下金具2还具有上端22， 其于绝缘芯棒3和硅橡胶伞套4之间。

当然，本领域技术人员容易理解，硅橡胶伞套4的绝缘伞裙41的 数量以及各绝缘伞裙的尺寸可以根据设计需要进行调整。复合绝缘子的 各部件的尺寸、比例也可以根据设计需要调整。

由于支柱型复合绝缘子的结构特点，上金具1的下端12附近以及 下金具2的上端22附近电场最大，容易发生沿界面击穿，因此，通过对 上述两个位置的电场进行评估可以估算复合绝缘子对陡波电压的耐受裕 度。

图2是本发明实施例的估算方法的流程图。如图2所示，本发明实 施例的复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算方法包括如下步骤：

步骤100、通过试验获取所述复合绝缘子的平均闪络电压。

闪络是指固体绝缘子周围的气体或液体电介质被击穿时，沿固体绝 缘子表面放电的现象。其放电时的电压称为闪络电压。发生闪络后，电 极间的电压迅速下降到零或接近于零。

所获取的平均闪络电压可以用于计算在发生闪络时，绝缘子表面的 平均电场强度，也即闪络电场强度平均值。

步骤200、根据所述平均闪络电压和绝缘子弧闪距离计算所述绝缘 子的闪络电场强度平均值。

其中，所述绝缘子弧闪距离为所述上金具和下金具之间的弧闪距离。 弧闪距离是指为两点之间的空气间隙的最短距离。

图3是本发明实施例的支柱型复合绝缘子各部分参数的示意图。如 图3所示，在图1所示的复合绝缘子中，绝缘子弧闪距离等于a+h+j+e。

步骤300、根据所述闪络电场强度平均值和第一弧闪距离计算第一 试验电压。

其中，所述第一弧闪距离为所述上金具的露出端与第一位置之间的 弧闪距离。所述第一位置为与所述上金具下端距离最小的绝缘伞裙下方 的根部。第一位置在图3中以5示出。在图3中，第一弧闪距离等于a+b+c。

第一试验电压为复合绝缘子发生闪络时在上金具下端与第一位置 之间的电压降。

步骤400、根据所述第一试验电压和第一界面距离计算第一界面电 场强度。

其中，所述第一界面距离为所述上金具的下端与所述第一位置之间 的垂直距离。在图3中，第一界面距离等于d。

具体地，步骤400可以包括：

步骤410、计算第一界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的和。

硅橡胶伞套等效界面距离根据硅橡胶的厚度以及界面绝缘特性算 获得。在一个实例中，硅橡胶伞套等效界面距离可以取10mm。由此，对 于图3所示的复合绝缘子，第一界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的 和等于d+10，也即，上金具的下端与第一位置之间的近似界面距离等于 d+10。

步骤420、计算第一试验电压与所述和的商作为第一界面电场强度。

将发生闪络现象时上金具下端和第一位置之间的电压除以两者之 间的距离，则可以获得两个位置之间的平均电场强度，也即，第一界面 电场强度。基于该电场强度即可估算复合绝缘子的陡波电压耐受裕度。

步骤500、根据所述闪络电场强度平均值和第二弧闪距离计算第二 试验电压。

其中，所述第二弧闪距离为所述下金具的露出端与第二位置之间的 弧闪距离。所述第二位置为与所述下金具上端距离最小的绝缘伞裙上方 的根部。第二位置在图3中以6示出。在图3中，第二弧闪距离等于e+f。

第二试验电压为复合绝缘子发生闪络时在下金具上端与第二位置 之间的电压降。

步骤600、根据所述第二试验电压和第二界面距离计算第二界面电 场强度。

所述第二界面距离为所述下金具的上端与所述第二位置之间的垂 直距离。在图3中，第二界面距离等于g。

具体地，步骤600可以包括：

步骤610、计算第二界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的和。

硅橡胶伞套等效界面距离根据硅橡胶的厚度以及界面绝缘特性算 获得。在一个实例中，硅橡胶伞套等效界面距离取10mm。由此，对于图 3所示的复合绝缘子，第二界面距离与硅橡胶伞套等效界面距离的和等 于g+10，也即，下金具的上端与第二位置之间的近似界面距离等于g+10。

步骤620、计算第二试验电压与所述和的商作为第二界面电场强度。

将发生闪络现象时下金具上端和第二位置之间的电压降除以两者 之间的距离，则可以获得两个位置之间的平均电场强度，也即，第二界 面电场强度。基于该电场强度即可估算复合绝缘子的陡波电压耐受裕度。

步骤700、根据所述复合绝缘子的界面耐受电场强度、第一界面电 场强度和第二界面电场强度估算所述复合绝缘子的陡波电压耐受裕度。

具体地，根据界面耐受电场强度分别与第一界面电场强度和第二界 面电场强度的差值估算所述复合绝缘子的绝缘裕度。

其中，界面耐受电场强度通过对复合绝缘子样品耐压试验测试获取。

在一个实例中，复合绝缘子各部分的尺寸为：，a＝32mm，b＝26mm， c＝34mm，d＝12mm，e＝70mm，f＝55mm，g＝14mm，h＝53mm，j＝205mm。

试验得到这种支柱绝缘子的平均闪络电压为450kV，闪络电场强度 平均值为450kV/(32+53+205+70)mm＝1.25kV/mm。

基于闪络电场强度平均值和第一弧闪距离可以计算第一试验电压 为1.25kV/mm×(32+26+34)mm＝115kV；进而，将第一试验电压除以第一 界面距离d与硅橡胶伞套等效界面距离10mm的和，得到第一界面电场强 度为115kV/(12+10)mm＝5.23kV/mm。

类似地，基于闪络电场强度平均值和第二弧闪距离可以计算第二试 验电压为1.25kV/mm×(70+55)mm＝156.25kV，进而，将第二试验电压除 以第二界面距离d与硅橡胶伞套等效界面距离10mm的和，得到第二界面 电场强度为156.25kV/(14+10)mm＝6.51kV/mm。

通过对多个样品进行过界面耐压试验，得到界面平均耐受电场强度 (11.7±2.4)kV/mm，最小耐受电场强度6.9kV/mm。

通过计算最小耐受电场强度与上述第一界面电场强度以及第二界 面电场强度的差值可以获得复合绝缘子的陡波电压耐受裕度的估算值。

由此，本发明实施例根据试验获得的复合绝缘子平均闪络电压以及 复合绝缘子的几何尺寸计算获得复合绝缘子在承受陡波电压时电场最大 的两个部位的电场强度，将其与复合绝缘子制作工艺相关的界面承受电 压相比较，从而可以对于复合绝缘子的陡波电压耐受裕度进行估算。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本 领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神 和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。