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绝缘子伞形结构与爬电距离的关系


『   』 一
?

l   6?

高压 电 器技术 

1 9年 92

第4 期 

绝缘 子伞形 结构与爬 电距 离 的关 系 
九江 电瓷厂  刘积 胜  26 f  

( 提要 ]通过实际 生产 的产 品, 从绝 缘子伞形结 构

即伞棱数量、 圆 弧 圆   位 
置 、 伞 倾 角和 伞 棱 问 连 接 结 构 等 方 面, 找 出它 们 - 屯距 离的 关 系公 式, 然 后 进行  b爬 理 论上 的推 导和 论 证 , 得 出这 些 结 构 参数 的 最 佳 值 和 范 围值 。 为新 产 品 的设 计 和 老  产 品 的改 型 设 计 提 洪指 旱 思路 和 理 论 依 据 , 使 设 计 的产 品其 爬 屯距 离达 到 最 大值 ;  
同 时 强 调 了产 品 的结 构设 计 与加 工 工 艺 的 相 互 关 系。  

( 主题 词了铯 缘子 √ 、 设计  伞彤 结构与爬距 
一 — — ’、——— ’ t一  





前 

言 

随 着 电力 工 业 和 电 气 化 铁 路 的发 展 , 耐  朽 绝缘 子 愈来 愈受 到 人 们 的 青辣, 普 通 型和  

轻 耐持型 绝缘子逐渐被 大爬 距、耐重 污型 绝  缘 子取代 。许 多普 通型和耐 轻污 型绝缘子 需  要进行改型, 以漓足 用户 的要求,另在进行  新产 品设计时, 也需要设 计出最 佳 的爬 电距  离 , 使 设 计 裕 度 尽 量 大。   本文着 重谈谈 在保证绝 缘 子 机, 电、  
热 性能 的 情 况 下 , 伞 形 结 构 、 尺 寸 与爬 电距 

离 的关 系, 找出它们 之间 的规 律, 为增加绝  缘 子爬 电距离 的途 径和设计裕度提供理 论依 
据 和 实 际指 导 。  

图3 增加 三 十棱牵 形 

裹 1 伞棱 数■ 与囊置曲关系 

二 、 绝 缘 子 伞 形 结 构 与  电  距 离 的 关 系 
1 伞 棱 数 量 与 爬 距 关 系  . 如 图 l 2 所 示 , 绝 缘 子 从 无 棱 伞 至  、 、3 有 3 棱 的 牟 后 , 其 AB间 的爬 距 如 表 1 2 6 个 为 3  lIn lT  Il   4 mm和 2 5 5mm, 产 品 的爬 距 分 别 为 
2 7  ̄m, 3 0 mm和 3 5 rm, 产 品 由 I级   9 0  30 40 a

图号  l l伞棱 lB 爬 【   间 } A   爬距增加l 增加 l   爬距   l 个) m )量( m   (   数量( l m l m ) 嘶) 距(
1 l 无 棱  一  
1 2 -   1 3 —   1 4 -   | 5 -   2.   5

4 .1 16 
42.   83
— —  

1, 2 2 
一  

2. 3 9 
。 一  

45,   29 46.   49 49.11  

3.   68 4.   88 7. 0 5  

8.   84 1I.   73 l ●2   8.  

污 秽 变 成 了 Ⅲ级 污 秽 。  

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I9: 92 年

第4 期 

?i   T?

从 表 中 可 知 , 当伞 棱 分 别 从 1 增至 3 个 个  后, 爬 距 分 别 增 加 I2 rm至 75 rmp 增  .2 a .0 o

加 率分别为 2 9 %至 1 ,2 .3   0 %。若 按l 组 伞  8 2 设 计 , 产 品 的整 个 槌 距 最 多将 增 加 0 — t  O 1  0
IN, 这 对 产 品 的 改 型 设 计 和 新 产 品设 计 是  n 至 美 重 要 的 一 环 , 因而 为 了提 高 爬 距, 现 设 

计的产 品均 由原来 的大倾角无棱 伞形 发展 到  小 倾 角多 棱 伞 形 , 这 可 以从 图4 图5和 图6 ,  
很 明显 地 看 出 。 这 三 个 图分 别 代 表 了 我厂 的 

zs — i / 、 zsw 2 l0 4 2 zSW 6 W I 4 o - 1/— 、    
图6 园心升高 牵 形 


1 o 4 3 种 防 污型 棒 形 支 柱 的 伞 形 结     ,— 三 1/

构 , 其 每 组伞 的爬 距分 别 
2 置 弧 圜 心位 置 与 靡距 关 系  .

如 图7 示 , 当 圆弧 圆 心 0 升 至 0 所  上   后 , 在 保 证 圆 弧半 径和 圆 心横 向 尺 寸 (圆 心  0 除外 )不 变 的 情 况 下 , AF问 的伞 棱 结 构  : 变 成 了 AF , 圆心 0变 成 0  从 几 何 关 系    。 。。
/. 、 ^  

可 知 E F 和 EF的弧 长 是 相 等 的, 因而 只 需    
/.、 ^  

证  丁E 和 B {  E的弧 哪 个 长, 就 可  证 明 圆 
图4 大倾 角伞 形 

心提 高 后 , 弧 长是 否可 增加 , 且 0 的 摄 佳  。 位 置在 何 处 

^ 

图 7 园 心位置 变化 届牵 形 

如图8 所示 , 为 证 明方 便 , 设 00 , 圆  s。为 心提 高 值 , 0 和 0 的连 线 呈 水 平 线 , 设   。 .
0 0 =  33 Rl R , R 窜 Rl R  , I 3   = 3 + 2 O O ,

图5 伞 下 带棱 伞 形 

=a 且 R¨ R2 a ,   , 均为 常 数 。  

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  。

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陶  /   J   \ / H

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b 

J| o  ≮  正 一3 A  
喀 I  
根 据 几 何 关 系可 知BE问 的弧 长为 
SB.   E: SB.+ s   c   + SD. {     -s H-

1  

图8  

图 

:R  ̄ r i   a c nc s

+  

7   磊
整得 理 


设y 一 B  一 矗. = E )
y  : 一 — — ~ … ~ 一a — 

(  _ ± !   ! 二 里 , h =  :      



一  

一  

。 … : t 4i R - i a J  a   ' _ j  _   一       4 1 a ] 2-      
令 y =0 则 hl , h} 一 a l =0 一  ±2   Ra

( )h 时, 即0 和0 , 1 —O 。 。 重合,为 嗣 心 
^  

磊 

n 

( ) 2 

() 3 
根 据 实 际意 义 h  >0 故 h ,  =√ 2 —a Ra   () 4  另 从 式 ( ) 可 知  1 一 i 0 即  ≥

位置 最低点,其 弧段为 图中B ,   E 弧。 (2 =√ 2 B   时, 即为 圆心位置  )h 。 — R
^  

最 佳点,其 弧段为 图中B     E 弧。

( )h 3 =√4 一8 时, 即为 圆 心位置  R。 。
h ≤√4     R 一a () 5  若 取 h 大值 , h =√ 4 一 a 6   扳 则 。 R: 。( )
结 合 图8 分 别 讨 连 ‘ 个硎 心位 置 高  , 三 度 意义 。  
^  

最 高点 , 其弧 段为 图 中BE 弧。若 圆 心0 超    ,
过 此 位置 , 则 圆 心0 不 存 在 , 找  到 与0 , 。 影 O  0z 时相切的圆。 u同  

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?1     9?

为 验 证 BE阊 的 弧 长, 举 一 实 例 加 以证   暖 。不 仿 取 R1 R3 5】   R2 rm, =  — nm  =6 a   a 8  那 么 蹰 心位 置 高 度 h =1 nm。 与爬 距 关 系 
觅 麦2  

5 伞倾 角 与 爬距 关系  . 如 图 9 示 , 图 中 圆弧 半 径 分 别 为 R   所 设  , R: R。 伞 间距为 h 伞 伸 长为 a 伞 倾 角  , ,’ , , 为 a 且 Rl R 2 Rj h a均 为 常 数 , , ,  , , ,  

袭 2 圆 弧 卿 心 位 置 与 靡 距 关 系   

肿  
弧 段   ~    m~ 一  
长  m 一   一   高一 兑 一 出最 佳 圆 心 位 置  睨 高   一 ~  最 圆   圆心 最 佳 位 置 

a 0号 。  ( )  ,

6{  
一  

l 2 .6l   18  低于最佳圆心位置 
1       l 1   l  

1 一

0 B  I 2 .8 圆心最低位置    E   10 
? 图8 未面 出强 段    中

从表2 出, 圆心位置处 于最高 点 时, 看  

图 9 牟 中伞 倾 角 

其爬 距值超过最佳 圆心位置 的爬 距, 这是 什 
么 碌 园 呢 t在 实 际 生 产 中能 否真 正 实 现 昵 ?   从 图 8 看, 此 凰 心 的 弧 段 不 同于 其 它  来
^   一  

在 保 证 伞 下 E、 G间 的 伞 形 结 构 和 尺 寸 

不变 的情况下, 我们 只需考虑 A E   阔的爬 
离。   根 据 几 何 关 系 , A、 E问 的 爬 距 为 

的弧 段, 增加 了H J  和J  两弧段,它   K
的 整 个 弧 段 长 度不 能 套 用 公 式 ( ) , 表 中  1

S .= ( +R  E A R-  )一  
+ R s  
CO S  

数值 是根据实际图形计算得 出的。另 从工艺 
/ -、 

。一 R  z


一R . 2  

上 来 看 ,圆弧 段 H K L 上 的每 点 均 在 H   

点 的左边,采用传统的 手工修坯时, 此弧段 
是 加 工不 到 的, 实 际 上 加 工到 的 爬 距 只 有  2 .2 38 mm; 且 其 加 工 点 从 H  点 直 接 到 L  
一  
~ 一

cs —s } 。 a   i i  n
— — 一 r 一 一

(R2 i    s n  

cs+s o 鲁 i 哇 
+a   t a   a a - - R   —R , E —R c . 4h 。 () 7 

点 , 产 品的 伞 形 结 构 臣是 : 理 的  故 BEc 台   弧 屉 理 想 白 孤形 , 在 实 际 生 产 中 是 :可 能  暑
的 
一  

设= ‘  y  : ’ 整 褂 :  理  
y 。 =面 


隙弧 段 BE 外 , 圆 心 最 佳 位 置 的 弧 段    
一   ^  

可 {  R) (+。 R  
(  8 )
S .一 ∞  ^E

n  ̄  + l O( -2 一2     sn 口 8 a Rl R2 .2 )
S n - ( 6 ( + R2 一 l 0 i a4 a 0 R1  ) 8 


BE 其 爬 距 为 最 大 , 较 最 短弧 长 BE    多 37  .9 mm, 整 个产 品 剜 相 差 4 rm以上 。 从 图 中看  0 a 出, 是 佳 位置 圆 心 与 圆 心 0 点 的 连 线 恰呈    水早 线.  

(+ “} R R) ]    
令 y2 0 刚 a ̄9 o   ,   0 

?

2   O?

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牵 倾角 
(    )
75  

伞 
R1  

形 
Rl  

尺 

寸 
Ra    

( mm)  
h  

A、 E阎 
圈 中曲封   ( 度 f m) 长 l   l
1  

62 2   0
. _ 

6O  

69.   49

4  5
3O  
’  

7 9  6 2


I    2

8  

5  

5  5

6   O-

84 6   0


A 

8 .9  9 3
●r 
-  

lO   0  

9 53 5  


1 O1.   42

75   6O  
____ 一  

59 5   8


64.   13
68 62  


45   3  0
2  0

12   

8  

5  

35  

60  

73 0     4


B  

75 9     2


l    0
0   7   5

78 74  


81 42  


62 22  


60  
45   3  0 1  0 7   5   5   5 80  

69 5   2


7 05 7  


84 9   3


C 

2  0

9 4  0 7


0  
0  

9 3  3. 6
1 02.   T1

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? l? 2  

( ) 曲线 A和 曲线C 常接近 . 啊只  3 非 说
要 伞 伸 出 和 伞 倾 角不 变 时, S .随 R- Rt AE ,  

: I  
? 


的变 化 非 常 小 。  
,  

强 辫 
 

在 实 际使  时 ,考 虑 绝 缘 子 的淋 雨 、 清  洗 方 便和 伞 厚 , 伞 倾 角 一般 取 1  2 。 最  5一 0,
小 不 低于 5 。 “   4 伞 攫 问 的 连 接 结 构 与 爬 距 关系  . 如 图 1 所 示 , 为 两 圆弧 间 同 侧 相 切时 的  1

:\。 0  \  


? :   l  







q 、 a 、、   .    

伞 形 结 构 , 现  罔 1为 例加 以 证 明 。   1  
设 ST= a R ,  , R: 己定 圆弧 . a  为 且 , R , R:   均为 常 数, 则 B、 G『 的爬 距 为  白 J
D 

(   R)a c O  R+   c。 r
从 图 1可 以看 出 . 论 是 A. c那 条 曲  o 无 B、 线 , s^E .均为 关于 Ⅱ的 一 个 线 性 直 线, 且 为 


+  

(  R2 )a c i  一R Ts n
— —

a R【 Ri   Rl ‘ -( + √R +2 R  
√a  + 2 ? R R+ 2R2  R+ 
2 I 2 R? 一 2 R l 2 R R +   al 一 aR i 2 一  

垦 垦一 £

一 

减 函数关系, 三条 曲线 的线性方程分别为 :   A曲线 :   S -0 5 a O . 2( ) = .5 +I 14 9   B 线: S 曲   =一0 2 1  .9  +8 . 2 1) 7 I4 ( o 
c曲 线: S= -0 5 la+ 1 2 7 ( 1    .4 ?   . 1 1、 0 同 时得 出如 下 规 律 :  

√ R + 2 R +2( +R )   R【   R1 :  √R +2 R   R1   ( 2  1) 同理 按表4 的尺寸分别代入 式 (1 ) 中 2 

( ) 当a 时, s .均为最大值; 1 =O ^E  

( ) 伞 倾角Ⅱ 2 愈小 ,爬 距s 愈太;  
裹4  
圆 半 弧  径  D曲线  0  
2  

计 算 其SBG   ,然 后作 图1。 . 0 
单位 :rN NI  
曲 线 参 数 

圈 蕾连 接半径与穗距关系 
B G问 的爬 距  E曲线  3 .8 16  
3】 8l .  

F曲 线  3 .4   0  2
3 .9   1  2

G曲线  3 .0 3 0 
3 2  3. 0

8 .4 07 
3 .  0 1  2

D曲 线 
a= 4   R 1 6 R  = 】   5 =   2 0

3  
4  

3 .0 0 6 
— —

3 .6 1 9 
J  

3 .8 26 
3 .2 26  

3 .5 3 2 
3 5  3.   9

E曲 线 
a 4   R l 2   R 2= l   = 5 一 5     0

2 .0 9 9 

3 .  2 1  6

5  
6  

2 .8   5  9
29 81 .  

3 .0 24  
3 .   2 69

3 .1 2 9 
3 2  3. 7

3 .6 2 9 
3 3  4. 7

F曲 线 
a= 4   R 【 6 R  = 8 5 =   2  

7  
8  

2 .6 97 
29.   73

3 .l 3 0 
33.    40

a 。7 3 6 
33. 4 1 

3 8  4. 1
35.   29

G曲 线 
a= 45 R := 5 R l= 8   =    

?

2   2?

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从图地和表4 以得 出如下 规律 : 可   ( )当圆弧半 径RI R: I , 之和 特大时, _  
即 图 中 D曲 线 ,爬 距 最 小 , 且 爬 距 与 连 接 圆  1  
图 I 圆 弧 局 侧 相 切 牵  1

弧 是 个 减 函 数 的 线性 关 系.   (2 )当 R , R。 在 适 当 范 围 时, 邸图    值 中 E F G啦 线 ,  .是 关 于 R的 一 个 线性  、 、 sBG

蝤。。  』  叶 茸 _   『 _    
: := 一   =‘   = 
— .— —  

三 三    
三 ~ —— :  
●   一   ’  

,? —

●  _ 

鹇距 与嘲 弧连接 半 径 关系曲 线 

增 函数关系。   ( )R 与R。 3   之和 愈小 ,   G 愈大, s .值 B   即图 l 中的 曲线位置依 D E F G 曲 线   0 、 、 ’
蔼渐 升 高 , 且直 线 的 斜 寨 也 逐 渐 增 :   E。

爬 距的变化非常小,其照大差值 也 不 超 过  2 3 mi . .0 n   t 但如 图l所示? 它的伞形 结构与图 5   3 和 
图6 同, 前者 为 深 棱 钟 罩 式伞 形 结 构 , 圆  不

f )总 的看来? 圆弧半 径 勺 比 导 致    4  变

弧 间直 线  瞪直线连 接  后者为 浅棱斜 线相 

图 1 钟罩式牟  3

高压 电器 技术  19 年 92
连 的 伞形 结 构 。  

第4 期 

?2   3?

结 果 。如 在 讨 论 伞 倾 角和 倒孤 连 接 半 径 与爬 
距 的 复 杂 函 数 关 系 时 , 通 过 作 图 均得 到 线 性  的 函 数关 系。  

根 据 理 论 计 算, 钟 罩 式 伞 形 爬 距 为 2  8  3 mm, 较 图 5 图6 爬 距 多 3 rm和 2 tm  J 伞 9 a So r 但 这 种结 构 的伞 形 在 实 际生 产 十 按 传 统 加 工  工 艺 是 非 常 困 难 的, 它受 到  下 条 件 的 约 

3 .产 品 / 形 结 构设 计 的 潜力 非 常 太 . 芈 有 

时 可澳同 一高度 的产品其 污秽等级上台阶,  
如 我厂 的Z sW— I  4 Z 1/   SW ± 1O 4 2  0 一 l/— 、 z sw 6 l0 4 3 是 一 个 实 例 。 一 1/ — 就   4 产 品 的伞 形 结 构 设计 与 加 工 工 艺 关  . 系紧 密 , 互 相 制 约 。若 产 品 伞 形 结 构 变化 ,   可 导 致 加 工 工艺 方 法 的变化 ; 同样台 理 的 产  品 续 掬必 然 要 考 虑 加 工 工 艺 的 实 现 。   当然 , 增 加 伞 的 数 量和 伞 伸 长, 也是 提  高 绝 缘 于艇 距 钧逡 径 ; 另外 影 响 绝 缘 子 距    的 嘎  k , 诸  甄 料 配方 对 产 品 机 电强 度    的  。 {  、严 品放 尺 率 拘 准确 性 、 修坯 刀 具 的 

束:   ( ) 盘整个厚 度较薄, 但伞 滴 水 缘  I 伞
处 相 当厚 , 产 品极 易开裂 :   L2)伞 盘 较 薄, 因而 需高 强 度瓷 料 方    髓前 足 ;  

( 此伞棱为 深棱 ,加工极 困 难, 且  3) 工艺 损耗较大;  
(  41清扫 灰 尘 和 盐 雾时 , 凸不方 便  以上 探 讨 和 证 碉 了伞 形 结 淘各 个 方 面 与 
爬 距 的关 系, 在 实 际  计过 薤 中 盎往 将 它 们 

结 合 起 来 综台 考 虑 ,使 得 设 计 的绝 缘 子爬 距  为 最佳值 。  

切 削性能、操 作按舒 以及产 品奉身机、 电、   热 性 能 对 产 品结 构 的要 求 等 等 , 都是 不 容 忽  视 的问题,它们 与产 品的设计能 否真 正实现  很 有 关 系 , 因而 在 设 计 和 生 产 中必 须 注 意和 
控 制 这些 因 素 , 使产 品j 设 计 裕 度 的 利用  魑距 系 数尽 量离 , 达 到 用 户 的 要求 。  

三  结
律 和结论 :  

论 

通 过 以上 分 析 和 论 证 , 可 以得 出如 下规   1 伞 形 结 构 与爬 电距 离 靖 关 系 如 下  .

由于笔者经验不足,水平有 限, 总结仓 
促 , 文 巾不 正 之 处还 望 同行 专 家批 评指 正 。  
参 考 文 献 

(1 )伞棱 数量禽 多,爬 距 愈大 。   () 圆弧嗣 心位 置为√2 a   , 2 R —a 时 其  孤 长为 最 长。 且 圆 心 位 置 有 一 最 高 和 最 低 
值.  

[ ]剂 其 昶 1

电气 绝 缘 结 构 设计 原 理 

(5 伞 倾角愈小 ,爬 距愈大, 且 爬 距  ) 是 关于 颐角的 一个 线性减 函数关 系。   ( )伞棱 间圆弧 的连接半径变化 时 , 4 其  爬 距 变 亿 非 常 小 j 但 若 采 用 深 棱 钟 罩 式伞 形  结 构对,其爬距 增加非常 太, 但要受到一定 
条 件 的约 束 。  

( 下册 )机械工业 出版社 18  93 ( j俞 宜任 耐 重 污 型 绝 缘 子 的 设 计  2
与研制 抚 顺 电瓷 18 , 3 9    5

3 胡宝琴 ]
支 柱绝缘子的设计

重 耐污 1 0 状 耐 污 棒 形  1千
中 国 电瓷 18 , 2 92  

[ ]许 礼 宝 等 4
1 980  4 ,  

3 千 伏 防污 棒形 支 柱  5

2 .在进 行分 析和 论证某 一 问题 聪, 可  以将复 杂的关 系经过科学 的处理 方法而得 到 

绝 缘 子 的 人 工 污秽 试 验 研究  电瓷 避 雷器 


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绝缘子参数表
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66kV 绝缘子技术参数
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