绝缘子伞形结构与爬电距离的关系

『』一 · l6· 高压电器技术 1992年 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 2f6 (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-b爬屯距 离的关系 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，然后进行 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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 词了、铯 缘子 √设计 伞彤结构与爬距 一 —— ’、———’ t一 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。 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、3所示，绝缘子从无棱 伞 至 有 3个棱 的牟后，其AB间的爬距如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1为236 llIITl n 4mm和255mm, 产品的爬距分别为 2970~ m，3300mm和3450ram， 产品由 I级 污秽变成了Ⅲ级污秽。 图3 增加三十棱牵形 裹1 伞棱数■与囊置曲关系 l伞棱 lAB间爬【爬距增加l爬距增加 图号l l } l l数量(个)l距(mm)l量(mm) (嘶) 1一l 无棱 41．61 1-- 2 42．83 1，22 2．93 — — 一 。 一 1— 3 45，29 3．68 8．84 1-- 4 2．5 46．49 4．88 1I．73 |-- 5 49．11 7．50 l 8．●2 维普资讯 http://www.cqvip.com 高压 电器 技术 I992：年 第4期 ·iT· 从表中可知，当伞棱分别从1个增至3个 后，爬距分别增加 I．22ram至 7．50romp 增 加率分别为2．93％至1 8，02％。若按l2组 伞 设计，产 品的整个槌距最多将增 加 0O—t1 0 InN，这对产品的改型设计和新产 品设计 是 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 zsW— iI o／4、zsw2--l10／4— 2、z SW6 图4 大倾 角伞形 图5 伞下带棱伞形 图6 园心升高牵形 一 1 1o,／4—3三种防污型棒形支柱的 伞 形 结 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所示， 当圆弧圆心 0 上升至 0 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BE的弧哪个长， 就可 证明圆 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0s0。，为圆 心提高值，0。 和0．的连 线 呈 水 平 线， 设 0303 = Rl=R 3， R窜Rl+ R 2，O IO 3， =a，且R¨ R 2，a均为常数。 维普资讯 http://www.cqvip.com 高压 电器技术 1992年 第4期 ’ 。 E ’ E'。 ＼／， E b 陶 ／＼ J／H o3 J 正A||一 ≮ 喀I 根据几何关系可知BE问的弧长为 SB ．E：SB ．c+ s + SD ．H-{-s ：R ~arc sin c + 7磊 设y一=一 矗B．E) 整理得 1 图8 图 y ： 一 —— ～ ⋯ ～ 一—a — (_h ± != ! ：二 里 ， ～ 一 一 。 a⋯ ： t' a 4_ ]i j 4 R2--_1 i a一 J (2) 令yl=0 则hl=0，h}一一a ±2Ra (3) 根据实际意义h >0，故h =√2Ra—a (4) 另从式 (1)可知 一i≥0 即 h≤√4R 一a (5) 若取h扳大值，则h。=√4R：一a。(6) 结合图8，分别讨连 ‘三 个硎心位 置 高 度意义。 (1)h—O时，即0。和0。，重合，为嗣心 ^ 位置最低点，其弧段为图中BE，弧。 (2)h=√2。RB— 时，即为圆心位置 ^ 最佳点，其弧段为图中BE 弧。 (3)h=√4R。一8。时，即为圆心位置 ^ 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，影找 到与0O， 0uz同时相切的圆。 n 磊 维普资讯 http://www.cqvip.com 高压 电器技术 l992年 第4期 ·1 9· 为验证BE阊的弧长， 举一实例加以证 暖。不 仿 取 R1=R 3—5n】m R 2=6ram， a=18n m。那么蹰心位置高度h与爬距 关系 觅 麦2 袭2 圆弧卿心位置与靡距关系 高出最佳圆心位置 圆心最佳位置 6 { l 21．86 l低于最佳圆心位置 一 1 1 1 一 l l 0 BE I 21．08 圆心最低位置 · 图8中未面出强段 从表2看出，圆心位置处于最高 点 时， 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来看，此凰心的弧段不 同于 其 它 ^ 一 的弧段，增加了H J 和J K 两弧段，它 的整个弧段长度不能套用公式 (1)， 表 中 数值是根据实际图形计算得出的。另从工艺 ／-、 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 23．82mm；且其加工点从H 点直接 到L 一 点，产品的伞形结构臣是 ：台理的 故BEc 弧屉理想白暑孤形，在实际生产中 是 ：可 能 的 一 隙弧段BE 外，圆心最佳位 置的弧 段 一 ^ BE 其爬距为最大，较最短弧长BE 多3．79 mm，整个产品剜相差40ram以上。从图中看 出，是佳位置圆心与 圆 心0 点的连线恰呈 水早线． 5．伞倾角与爬距关系 如图9所示，设图中圆弧半径分别为R ， 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， a (0，号)。 图9 牟中伞倾角 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 S A．E= (R-+R )一 + R s 。一R z 一 一2R． CO S c。sia—si n} ～ 一 — — 一 r 一 一 (R 2 sin cos鲁+si哇 +a—R ，tEa—R ca．a4-h--R。 (7) 设y= ‘：： ’ 整理褂 y。=面 可 {(R +R。) ．ns~．n 2口+l8O(a--2Rl一2R 2) Sina4-(a60(R1+R 2)一l80 一 (R +R )“]} (8) 令y 2 0， 刚a~90o S^ ．E一∞ 睨 ～ 一高一 兑 一最一 一圆 长 m 一 一 段 m～ ～ 弧 一 肿 维普资讯 http://www.cqvip.com · 2O· 高压电器技术 1992年 第4期 牵倾角 伞 形 尺 寸 (mm) A、E阎 圈中曲封 ( ) R1 Rl R a h (长度fllm) 1 75 62． 20 _ 6O 69．49 45 76 ． 92 3O I 2 8 5 55 6O- 84 ． 60 A ’ 89．93 ●r - lO 95 ．53 0 1O1．42 75 59 ． 58 6O 64．13 _ _ _ _ 一 45 68 ． 62 30 1 2 8 5 35 60 7 3 ． 04 B 20 7 5 ． 92 l 0 78． 74 0 81 ． 42 75 62 ． 22 60 69 ． 52 45 77 ． 05 30 10 7 5 55 80 84 ． 93 C 20 90 ． 47 0 93．36 0 102．T1 维普资讯 http://www.cqvip.com 高压 电器技术 1992年 第4期 ·2l· ：I · ． ， 强辫 ：0 ＼ ．I 一 、 。＼ ． ： a q 、、、 ·l 从图1o可 以看出．无论是A．B、c那条曲 线， s^ ．E均为关于Ⅱ的一个线性直线，且为 减函数关系，三条曲线的线性方程分别为： A曲线： S=--0．55a+IO1．42(9) B曲线： S=一0．291 7 +8I．42(1o) c曲线： S=--0．54l?a+1 02．71(11、 同时得出如 下规律： (1)当a=O时，s^ ．E均为最大值； (3)曲线A和曲线C非常接近．说啊只 要伞伸出和伞倾角不变时， SA．E随R-， Rt 的变化非常小。 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15 一20。，最 小不低于5“。 4．伞攫问的连接结构与爬距关系 如图11所示，为两圆弧间同侧相切时的 伞形结构，现 罔1 1为例加以证明。 设ST=a，R ，R：为己定圆弧 ．且a， R ，R：均为常数，则B、G『白J的爬距为 D (R +R)a rccO。 + (R 2一R)aTcsin 一 — — 垦￡ 垦 一 一 a-(R【+Ri√R +2RlR ‘ √ a +2R·R+2R 2R+ 2RIR 2+ R· 一 2alRl一2aRi一 2 √R +2R【R +2(R1+R：) √R +2R1R (12) 同理按表4中的尺寸分别代入 式 (12) (2)伞倾角Ⅱ愈小，爬距s愈太； 计算其S B．G，然后作图10。 裹4 圈蕾连接半径与穗距关系 单位：rNNI 圆 弧 BG问的爬距 半 径 曲 线 参 数 D曲线 E曲线 F曲线 G曲线 0 80．74 31．68 3 2．04 33．00 D曲线 2 30．1 2 3】．8l 3 2．19 33．20 a= 45 R1= 6 R 2= 】0 3 30．60 31．96 32．68 33．25 E曲线 — — J 4 29．90 32．1 6 32．62 33．5 9 a= 45 R l一 25 R 2= l 0 5 2 9．58 32．40 32．91 32．96 F曲线 6 29．81 32．69 33．27 34．37 a=45 R【= 6 R 2= 8 7 29．76 33．0l a3。67 34．81 G曲线 8 29．7 3 33．4 0 33．14 35．29 a= 45 R ：==5 Rl=8 维普资讯 http://www.cqvip.com · 22· 高压 电器技术 1992年 第4期 图I1 圆弧局侧相切牵 从图地和表4可以得出如下规律： (I)当圆弧半径RI，R：之和特大时，_ 即图中D曲线，爬距最小， 且爬距与连接圆 1 弧是个减函数的线性关系． (2)当R ，R。值在适当范围时， 邸图 中E、 F、G啦线，s B．G是关于R的一个线性 三 三 ： ：===‘ 一 ，· — — ．— — 三——～ ： ● 一 ’ ● _ 鹇距与嘲弧连接半径关系曲线 增函数关系。 爬距的变化非常小，其照大差值 也不 超 过 (3)R 与R。之和愈小，s B．G值愈大， 2．30mint． 即图l 0中的曲线位置依D、E、F’G曲线 但如图l 3所示·它的伞形结构与图 5和 蔼渐升高，且直线的斜寨也逐渐增：E。 图6不同， 前者为深棱钟罩式伞形结 构， 圆 f 4)总的看来·圆弧半径 勺变比导 致 弧间直线 瞪直线连接 后者为浅棱斜线相 图13 钟罩式牟 蝤 。 茸_ 』『_ 。叶 维普资讯 http://www.cqvip.com 高压电器技术 1992年 第4期 ·23· 连 的伞形结构。 根据理论计算，钟罩式伞形爬距 为 28 3 mm，较图5J图6伞爬距多39ram和2Storm 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 束： (I)伞盘整个厚度较薄，但伞滴水 缘 处相当厚，产品极 易开裂： L 2)伞盘较薄，因而 需高强度瓷 料 方 髓前足； (3)此伞棱为深棱，加工极困难， 且 工艺损耗较大； (4 1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。 三 结 论 通过以上分析和论证，可以得出如下规 律和结论： 1．伞形结构与爬电距离靖关系如下 (1)伞棱数量禽多，爬距愈大。 (2)圆弧嗣心位置为√2Ra—a 时，其 孤长为最长。且圆心位置有一最 高 和 最 低 值． (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。 (4)伞棱间圆弧的连接半径变化时，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。 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 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。 3．产品／芈形结构设计的潜力非常太．有 时可澳同一高度的产品其污秽等级上台阶， 如我厂的ZsW— I1 0／4 ZSW±一 1lO／4—2、 zsw6一 l10／4—3就是一个实例。 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 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魑距设计裕度的利用 系数尽量离，达到用户的要求。 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]剂其昶 电气绝缘结构设计 原 理 (下册)机械工业出版社 1983 (2j俞宜任 耐重污型绝缘子的 设 计 与研制 抚顺电瓷 198 5，3 3]胡宝琴 重耐污110千状耐污棒形 支柱绝缘子的设计 中国电瓷 1982，2 [4]许礼宝等 35千伏防污棒形 支 柱 绝缘子的人工污秽试验研究 电瓷避雷器 1980， 4 维普资讯 http://www.cqvip.com