一种轻量化三支撑绝缘子的制作方法

1.本发明涉及电力电气技术领域，尤其是指一种轻量化三支撑绝缘子。


背景技术：

2.随着土地资源日益稀缺，为减少输电设备占地面积，252kv及以下电压等级三相共仓输电设备的市场占有率逐步提高。
3.目前，气体绝缘金属封闭开关设备(gis)或气体绝缘输电线路(gil)中的导电杆均通过绝缘子支撑定位在壳体内组成气体绝缘母线。市场三相共仓高压输电设备主要有gib和gil两种。gib采用传统的盆式绝缘子隔离高低电位，同时起到划分隔室的作用。盆式绝缘子为圆盘形结构，结构较为复杂，绝缘部分体积较大，浇注工艺难度较大。且考虑设备模态因素，每间隔5—6米需布置一处盆式绝缘子，盆式绝缘子的大量使用会增加设备对接面的数量，提高输电设备漏气风险，缩短设备检修周期，提高整个设备综合成本。
4.gil与gib相比，gil采用三支撑绝缘子取代gib 90％的盆式绝缘子，一定程度上克服了盆式绝缘子的缺点，降低了设备成本，但现有技术中使用的三支撑绝缘子依然存在重量大，安装效率低的缺点。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中支撑绝缘子重量大、安装效率低的缺陷，提供一种轻量化三支撑绝缘子，重量轻、安装效率高且设备成本低。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种轻量化三支撑绝缘子，包括绝缘子本体，所述绝缘子本体上设置有三个沿绝缘子本体周向均匀分布的支腿，所述支腿内设置有金属嵌件，所述支腿两两之间均设置有中心筒体，所述中心筒体以所述绝缘子本体的几何中心为基准点呈等腰三角形分布，所述绝缘子本体中心设置有减重孔，所述减重孔包括向所述支腿方向延伸的头部，三个所述头部的几何中心外接形成中心线圆，所述中心线圆的圆心与所述绝缘子本体的几何中心重合，三个所述中心筒体内接形成对比圆，所述对比圆的半径小于所述中心线圆的半径。
7.在本发明的一个实施例中，所述头部为第一圆弧，所述头部之间通过第二圆弧圆滑过渡，所述第二圆弧向所述减重孔中心方向内凹。
8.在本发明的一个实施例中，当电压等级为252kv时，所述中心线圆的直径为180mm～260mm，所述第一圆弧的直径为50mm～80mm，所述第二圆弧的直径为240mm～320mm。
9.在本发明的一个实施例中，所述绝缘子本体上对应所述中心筒体的位置设置有包覆所述中心筒体的覆盖区，所述覆盖区向所述绝缘子本体外鼓起，所述支腿与所述覆盖区之间通过光滑曲面过渡。
10.在本发明的一个实施例中，所述光滑曲面包括第三圆弧、边倒圆和第四圆弧，所述第三圆弧连接所述支腿，所述第四圆弧连接所述覆盖区，所述边倒圆连接于所述第三圆弧和第四圆弧之间。
11.在本发明的一个实施例中，所述第四圆弧的半径为40mm～45mm。
12.在本发明的一个实施例中，所述中心筒体与所述覆盖区接触的部分设置有若干凸楞，所述凸楞的截面为与所述中心筒体表面圆滑过渡的弧形，所述弧形包括第五圆弧、第六圆弧和第七圆弧，所述第五圆弧和第七圆弧一端与所述中心筒体表面相接，另一端与所述第六圆弧相接。
13.在本发明的一个实施例中，所述第五圆弧和第七圆弧的半径为3mm～5mm，所述第六圆弧的半径为8mm～12mm。
14.在本发明的一个实施例中，所述中心筒体两端的内壁为向所述中心筒体内侧中心倾斜的斜面，所述斜面与导体之间设置有楔形压环。
15.在本发明的一个实施例中，所述中心筒体两端内扣以限制楔形压环的位置。
16.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
17.本发明所述的支撑绝缘子采用“人”字形减重孔，减小三支撑绝缘子重量，降低产品成本，提高安装效率；中心筒与导体采用压接结构实现连接，提高产品长期稳定运行的安全系数。
附图说明
18.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
19.图1是本发明整体结构示意图；
20.图2是本发明减重孔形状示意图；
21.图3是本发明过渡部分示意图；
22.图4是本发明中心筒体剖视图；
23.图5是本发明中心筒体连接处放大图；
24.图6是本发明中心筒体端部放大图；
25.图7是本发明合成场强有限元分析图；
26.图8是本发明沿面切线场强有限元分析图；
27.图9是本发明嵌件电场有限元分析图。
28.说明书附图标记说明：1、绝缘子本体；2、支腿；3、金属嵌件；4、中心筒体；5、减重孔；6、头部；7、第一圆弧；8、第二圆弧；9、覆盖区；10、第三圆弧；11、边倒圆；12、第四圆弧；13、凸楞；14、第五圆弧；15、第六圆弧；16、第七圆弧；17、斜面；18、楔形压块；19、导体；20、中心线圆。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
30.参照图1所示，为本发明的一种轻量化三支撑绝缘子整体结构示意图。本发明的支撑绝缘子适用于三相共仓gil，包括绝缘子本体1。所述绝缘子本体1上设置有三个沿绝缘子本体1周向均匀分布的支腿2，支腿2用于连接在筒体上，为匹配三相输电设备，支腿2均匀设置有三个，从而保证各处的电场及场强均匀。支腿2可以呈圆柱状、圆台状、棱柱状或棱台状
等。支腿2内设置有金属嵌件3，所述支腿2两两之间均设置有中心筒体4，所述中心筒体4以所述绝缘子本体1的几何中心为基准点呈等腰三角形分布。即中心筒体4也沿圆周均匀分布。在满足工程应用对绝缘子电学、力学性能要求的基础上，为减小支撑绝缘子重量，所述绝缘子本体1中心设置有减重孔5。具体的，所述减重孔5包括向所述支腿2方向延伸的头部6，使得减重孔5形成“人”字形。三个所述头部6的几何中心外接形成中心线圆20，所述中心线圆20的圆心与所述绝缘子本体1的几何中心重合，三个所述中心筒体4内接形成对比圆，所述对比圆的半径小于所述中心线圆20的半径。即减重孔5的尺寸大于绝缘子本体1上能够形成的圆形孔的最大尺寸，从而绝缘子本体1被切除更多材料，支撑绝缘子的重量更小。同时，减重孔5的头部6向支腿2的方向延伸，避开了中心筒体4的位置，避免对中心筒体4的设置造成影响。
31.参照图2所示，由于在物体形状急剧变化的地方，容易出现电场畸变，因此本实施例中减重孔5形状整体平滑，所述头部6为第一圆弧7，所述头部6之间通过第二圆弧8平滑过渡，所述第二圆弧8向所述减重孔5中心方向内凹。内凹的第二圆弧8能够避开中心筒体4，同时使得连接在中心筒体4和支腿2之间的绝缘子本体1宽度基本一致，保证电场能够尽量均匀分布，避免在某处集中，造成场强超过指标。优选的，所述中心线圆20的直径为180mm～260mm，所述第一圆弧7的直径为50mm～80mm，所述第二圆弧8的直径为240mm～320mm。两圆弧之间平缓过渡。
32.参照图1和图3所示，所述绝缘子本体1上对应所述中心筒体4的位置设置有包覆所述中心筒体4的覆盖区9，所述覆盖区9向所述绝缘子本体1外鼓起，所述支腿2与所述覆盖区9之间通过光滑曲面过渡。覆盖区9的设置可以使得中心筒体4在靠外设置的同时，尽量减少绝缘子本体1的整体尺寸和重量。所述光滑曲面包括第三圆弧10、边倒圆11和第四圆弧12，所述第三圆弧10连接所述支腿2，所述第四圆弧12连接所述覆盖区9，所述边倒圆11连接于所述第三圆弧10和第四圆弧12之间。即覆盖区9与绝缘子本体1之间通过第四圆弧12平缓过渡，支腿2与绝缘子本体1之间通过第三圆弧10平缓过渡，绝缘子本体1上位于支腿2与覆盖区9之间的部分通过边倒圆11平缓过渡，边倒圆11为内凹的弧线段。本实施例中，所述第四圆弧12的半径为40mm～45mm，当第四圆弧12尺寸过大，造成该区域绝缘子本体1宽度较大，当第四圆弧12尺寸过小，该区域形状变化快，容易导致电场畸变。
33.参照图4和图5所示，所述中心筒体4与所述覆盖区9接触的部分设置有若干凸楞13，所述凸楞13的截面为与所述中心筒体4表面圆滑过渡的弧形。凸楞13的设置增加了中心筒体4与覆盖区9的接触面积，提高了两者之间的结合力。凸楞13的数量根据不同电压等级对支撑绝缘子机械性能的要求设置。凸楞13表面与中心筒体4表面平滑过渡，所述弧形包括第五圆弧14、第六圆弧15和第七圆弧16，所述第五圆弧14和第七圆弧16一端与所述中心筒体4表面相接，另一端与所述第六圆弧15相接。即凸楞13两侧与中心筒体4表面之间由第五圆弧14和第七圆弧16平滑过渡，凸楞13上位于第五圆弧14和第七圆弧16之间的部分通过第六圆弧15平滑过渡。优选的，所述第五圆弧14和第七圆弧16在凸楞13两侧对称设置，两者的半径可以取值为3mm～5mm，所述第六圆弧15的半径可以取值为8mm～12mm。
34.根据图7
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图9中有限元计算，当中心导体19加载雷电冲击试验电压时，支撑绝缘子表面合成场强最大值为17.3kv/mm，切向场强最大值为11.4kv/mm，分别低于控制场强指标24kv/mm和12kv/mm。当导体19加载实际运行电压时，金属嵌件3表面最大电场强度值为
1.87kv/mm，小于运行工况下的控制值3kv/mm。
35.参照图4和图6所示，为进一步实现支撑绝缘子与导体19的相对固定，所述中心筒体4两端的内壁为向所述中心筒体4内侧中心倾斜的斜面17，所述斜面17与导体19之间设置有楔形压环。随着楔形压环不断向内插入，楔形压环塞紧在中心筒体4与导体19之间，当导体19有移动趋势时，其中一端的楔形压块18将更加压紧导体19，阻止导体19的移动。相对于装配或者焊接方式固定导体19与中心筒体4，本实施例中的压接方式能够有效避免配结构螺栓标准件的使用，提高产品长期稳定运行的安全系数。为防止长期运行后楔形块松脱，所述中心筒体4两端内扣以限制楔形压环的位置。
36.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。