絕緣子 (物理元件)
概述
安裝在不同電位的導(dǎo)體或?qū)w與接地構(gòu)件之間的能夠耐受電壓和機(jī)械應(yīng)力作用的器件。絕緣子種類(lèi)繁多,形狀各異。不同類(lèi)型絕緣子的結(jié)構(gòu)和外形雖有較大差別,但都是由絕緣件和連接金具兩大部分組成的。
絕緣子是一種特殊的絕緣控件, 能夠在架空輸電線(xiàn)路中起到重要作用。早年間絕緣子多用于電線(xiàn)桿,慢慢發(fā)展于高型高壓電線(xiàn)連接塔的一端掛了很多盤(pán)狀的絕緣體,它是為了增加爬電距離的,通常由玻璃或陶瓷制成,就叫絕緣子。絕緣子不應(yīng)該由于環(huán)境和電負(fù)荷條件發(fā)生變化導(dǎo)致的各種機(jī)電應(yīng)力而失效,否則絕緣子就不會(huì)產(chǎn)生重大的作用,就會(huì)損害整條線(xiàn)路的使用和運(yùn)行壽命。
分類(lèi)
絕緣子按安裝方式不同,可分為懸式絕緣子和支柱絕緣子;按照使用的絕緣材料的不同,可分為瓷絕緣子、玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子(也稱(chēng)合成絕緣子);按照使用電壓等級(jí)不同,可分為低壓絕緣子和高壓絕緣子;按照使用的環(huán)境條件的不同,派生出污穢地區(qū)使用的耐污絕緣子;按照使用電壓種類(lèi)不同,派生出直流絕緣子;尚有各種特殊用途的絕緣子,如絕緣橫擔(dān)、半導(dǎo)體釉絕緣子和配電用的拉緊絕緣子、線(xiàn)軸絕緣子和布線(xiàn)絕緣子等。此外,按照絕緣件擊穿可能性不同,又可分為A型即不可擊穿型絕緣子和B型即可擊穿型絕緣子兩類(lèi)。
懸式絕緣子廣泛應(yīng)用于高壓架空輸電線(xiàn)路和發(fā)、變電所軟母線(xiàn)的絕緣及機(jī)械固定。在懸式絕緣子中,又可分為盤(pán)形懸式絕緣子和棒形懸式絕緣子。盤(pán)形懸式絕緣子是輸電線(xiàn)路使用最廣泛的一種絕緣子。棒形懸式絕緣子在德國(guó)等國(guó)家已大量采用。
支柱絕緣子主要用于發(fā)電廠及變電所的母線(xiàn)和電氣設(shè)備的絕緣及機(jī)械固定。此外,支柱絕緣子常作為隔離開(kāi)關(guān)和斷路器等電氣設(shè)備的組成部分。在支柱絕緣子中,又可分為針式支柱絕緣子和棒形支柱絕緣子。針式支柱絕緣子多用于低壓配電線(xiàn)路和通信線(xiàn)路,棒形支柱絕緣子多用于高壓變電所。
瓷絕緣子絕緣件由電工陶瓷制成的絕緣子。電工陶瓷由石英、長(zhǎng)石和粘土做原料烘焙而成。瓷絕緣子的瓷件表面通常以瓷釉覆蓋,以提高其機(jī)械強(qiáng)度,防水浸潤(rùn),增加表面光滑度。在各類(lèi)絕緣子中,瓷絕緣子使用最為普遍。
玻璃絕緣子絕緣件由經(jīng)過(guò)鋼化處理的玻璃制成的絕緣子。其表面處于壓縮預(yù)應(yīng)力狀態(tài),如發(fā)生裂紋和電擊穿,玻璃絕緣子將自行破裂成小碎塊,俗稱(chēng)“自爆”。這一特性使得玻璃絕緣子在運(yùn)行中無(wú)須進(jìn)行“零值”檢測(cè)。
復(fù)合絕緣子也稱(chēng)合成絕緣子。其絕緣件由玻璃纖維樹(shù)脂芯棒(或芯管)和有機(jī)材料的護(hù)套及傘裙組成的絕緣子。其特點(diǎn)是尺寸小、重量輕,抗拉強(qiáng)度高,抗污穢閃絡(luò)性能優(yōu)良。但抗老化能力不如瓷和玻璃絕緣子。復(fù)合絕緣子包括:棒形懸式絕緣子、絕緣橫擔(dān)、支柱絕緣子和空心絕緣子(即復(fù)合套管)。復(fù)合套管可替代多種電力設(shè)備使用的瓷套,如互感器、避雷器、斷路器、電容式套管和電纜終端等。與瓷套相比,它除具有機(jī)械強(qiáng)度高、重量輕、尺寸公差小的優(yōu)點(diǎn)外,還可避免因爆碎引起的破壞。
低壓絕緣子和高壓絕緣子低壓絕緣子是指用于低壓配電線(xiàn)路和通信線(xiàn)路的絕緣子。高壓絕緣子是指用于高壓、超高壓架空輸電線(xiàn)路和變電所的絕緣子。為了適應(yīng)不同電壓等級(jí)的需要,通常用不同數(shù)量的同類(lèi)型單只(件)絕緣子組成絕緣子串或多節(jié)的絕緣支柱。
耐污絕緣子主要是采取增加或加大絕緣子傘裙或傘棱的措施以增加絕緣子的爬電距離,以提高絕緣子污穢狀態(tài)下的電氣強(qiáng)度。同時(shí)還采取改變傘裙結(jié)構(gòu)形狀以減少表面自然積污量,來(lái)提高絕緣子的抗污閃性能。耐污絕緣子的爬電比距一般要比普通絕緣子提高20%~30%,甚至更多。中國(guó)電網(wǎng)污閃多發(fā)的地區(qū)習(xí)慣采用雙層傘結(jié)構(gòu)形狀的耐污絕緣子,此種絕緣子自清洗能力強(qiáng),易于人工清掃。
直流絕緣子主要指用在直流輸電中的盤(pán)形絕緣子。直流絕緣子一般具有比交流耐污型絕緣子更長(zhǎng)的爬電距離,其絕緣件具有更高的體電阻率(50℃時(shí)不低于10Ω·m),其連接金具應(yīng)加裝防電解腐蝕的犧牲電極(如鋅套、鋅環(huán))。
A型絕緣子和B型絕緣子A型即不可擊穿型絕緣子,其干閃絡(luò)距離不大干擊穿距離的3倍(澆注樹(shù)脂類(lèi))或2倍(其它材料類(lèi)):B型即可擊穿型絕緣子,其擊穿距離小于干閃絡(luò)距離的1/3(澆注樹(shù)脂類(lèi))或1/2(其它材料類(lèi))。絕緣子干閃絡(luò)距離指經(jīng)由沿絕緣件外表面空氣的最短距離; 擊穿距離指經(jīng)由絕緣件絕緣材料內(nèi)的最短距離。
功能及要求
絕緣子的主要功能是實(shí)現(xiàn)電氣絕緣和機(jī)械固定,為此規(guī)定有各種電氣和機(jī)械性能的要求。如在規(guī)定的運(yùn)行電壓、雷電過(guò)電壓及內(nèi)部過(guò)電壓作用下,不發(fā)生擊穿或沿表面閃絡(luò);在規(guī)定的長(zhǎng)期和短時(shí)的機(jī)械負(fù)荷作用下,不產(chǎn)生破壞和損壞;在規(guī)定的機(jī)、電負(fù)荷和各種環(huán)境條件下長(zhǎng)期運(yùn)行以后, 不產(chǎn)生明顯的劣化;絕緣子的金具,在運(yùn)行電壓下不產(chǎn)生明顯的電暈放電現(xiàn)象,以免干擾無(wú)線(xiàn)電或電視的接收。因?yàn)榻^緣子是大量使用的器件,對(duì)其連接金具還要求具有互換性。此外, 絕緣子的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還根據(jù)型號(hào)和使用條件的不同,要求對(duì)絕緣子進(jìn)行各種電氣的、機(jī)械的、物理的以及環(huán)境條件變化的試驗(yàn), 以檢驗(yàn)其性能和質(zhì)量。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展
國(guó)內(nèi)已有近200多家線(xiàn)路絕緣子制造企業(yè),其中具有一定生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)約40家左右。世界上已有一百多個(gè)國(guó)家采用鋼化玻璃絕緣子,數(shù)量超過(guò)了2億片。由于電網(wǎng)建設(shè)加快,相比瓷絕緣子,國(guó)內(nèi)玻璃絕緣子的發(fā)展更為迅猛,其市場(chǎng)供不應(yīng)求,不斷吸引著其他企業(yè)競(jìng)相踏入這一領(lǐng)域。
自2004年以來(lái),我國(guó)絕緣子避雷器行業(yè)主要企業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入持續(xù)快速增長(zhǎng),年均增長(zhǎng)率接近25%。隨著我國(guó)絕緣制品制造業(yè)技術(shù)水平的提高,以及東亞、南亞等國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快,國(guó)內(nèi)主要企業(yè)抓住時(shí)機(jī),積極開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng),行業(yè)的出口交貨值逐年上升。據(jù)相關(guān)研究預(yù)測(cè),2012-2015年我國(guó)絕緣子避雷器制造行業(yè)銷(xiāo)售收入年復(fù)合增長(zhǎng)率為 17.83%,2015年,國(guó)內(nèi)絕緣子避雷器行業(yè)銷(xiāo)售收入將達(dá)到403億元。
近幾年來(lái),我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速,發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),2010年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為9.62億千瓦,同比增長(zhǎng)10.08%。絕緣子避雷器作為輸變電設(shè)備不可缺少的組成部分,與電力工業(yè)的發(fā)展密不可分。
電力工業(yè)是絕緣子避雷器產(chǎn)品最為主要的應(yīng)用市場(chǎng),我國(guó)現(xiàn)階段的許多電力工程,例如城鄉(xiāng)電網(wǎng)的建設(shè)和改造、西電東送工程、電氣化鐵路建設(shè)工程以及特高壓產(chǎn)品市場(chǎng)的啟動(dòng)不僅為絕緣子避雷器行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間,同時(shí)也對(duì)行業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)提出了新的要求,促進(jìn)了絕緣子避雷器產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及新技術(shù)的研發(fā)力度。