有机复合绝缘子及其制造方法 背景技术
【技术领域】
本发明涉及用于套管、电缆接头等的有机复合绝缘子及其制造方法。
相关技术的描述
图1～图3是本发明的背景技术的有机复合绝缘子管的断面图。
在图1～图3中表示的是一种有机复合绝缘子管，其包括：FRP管等的有机材料管1、由固定在其两端的铁、铝、铜或其合金等的导电性金属所制造地加电终端接头2和接地侧终端接头2’、在加电终端接头2和接地侧终端接头2’之间的有机材料管和终端接头2，2’的一部分的外侧上所模制的硅橡胶、EPDM、EVA等有机高分子材料的绝缘物外包覆。有机材料管1的内侧为中空的。
其形状为：如图1和图3所示的那样，该FRP管等的管部分的内径在上下端部之间为一定的直管型，以及，如图2所示的那样，下部内径比上部内径大的锥型。
直管型和锥型的任一种有机复合绝缘子管，其外包覆绝缘部3由本体部3-1和从本体部突出的伞部(突出部)3-2所构成，存在伞部外径按图1、图2所示的那样由一种组成的情况和按图3所示的那样由大直径的伞部3-2’和小直径的伞部3-2”组成的情况，但是，在图1和图2所示的直管型中，各个伞部的外径和本体部的外径从上部到下部同样地形成。
这样，如图4所图解的那样，在把有机高分子材料模铸到有机材料管1外侧或者有机材料管1外侧和终端接头2，2’的一部分的外侧时所使用的金属模具11，除了相当于终端接头部分13a，13b的部分之外，由形成本体部a和伞部b的单一或多个单位金属模具部分12所形成。
一般，在套管、电缆接头中，如图5和图6所示的那样，在设置在接地侧终端接头2’侧的内部导体4和绝缘子管内壁5之间的电场缓和用内部电极6的上部末端6a附近，等电位线7集中。处于该等电位线7最接近于绝缘子管外包覆表面的内部电极6的上部末端附近的外包覆部分8的表面电场变强，该部分的空气绝缘首先被破坏，然后，引起全体的外部闪络现象。
这样，当该部位8的外包覆本体部外径S、伞部外径较小时，由比较低的施加电压引起外部闪络，产生电晕，而存在不满足作为有机复合绝缘子管的要求规格的情况。
作为防止这样的现象来削弱内部电极6的末端附近的外包覆表面电场而得到必要的闪络特性或者电晕特性的措施，通常选择具有足够大的内径、外径的绝缘子管。
发明概述
本发明的目的是提供一种有机复合绝缘子及其制造方法，即使减小绝缘子管的内径，也能得到与内径较大的绝缘子管相同的外部闪络特性，而能够降低成本，同时，能够减小绝缘子管。
根据本发明的第一观点，提供一种有机复合绝缘子管，包括：使电场缓和用内部电极插入的中空的圆筒状有机材料管；设在该有机材料管的外周上，长度短于上述有机材料管，连接多个本体部和外径大于该本体部的伞部的绝缘物外包覆；覆盖未被上述绝缘外包覆的一方端部的上述绝缘物外包覆所包围的部分的外周和上述一方端子侧的上述绝缘物端子的一部分，固定在上述有机材料管的外周上的加电用的第一终端部件；覆盖未被上述绝缘外包覆的另一方端部的上述绝缘物外包覆所包围的部分的外周和上述另一方端子侧的上述绝缘物端子的一部分，固定在上述有机材料管的外周上的接地用的第二终端部件，上述绝缘物外包覆具有：有机高分子材料制的，沿着上述有机材料管的纵向从上述第一终端部件向着上述第二终端部件而整体构成的第一绝缘物外包覆、第二绝缘物外包覆、第三绝缘物外包覆，上述第二绝缘物外包覆位于成为位于上述有机材料管的中空部的上述内部电极的上部末端部附近的部位，形成在上述第二绝缘物外包覆中的本体部和伞部的外径大于上述第一和第二绝缘物外包覆的本体部和伞部的外径。
根据本发明的第二观点，提供一种有机复合绝缘子管的制造方法，是制造上述有机复合绝缘子的方法，当模铸上述绝缘物外包覆时，使用由分开的多个单位金属模具组成的组合型金属模具，使该多个单位金属模具内的成为绝缘子管的内部电极的上部末端附近的上述第二绝缘物外包覆的金属模具的形状、尺寸变更为与其他部位不同的金属模具，使所制造的有机高分子材料制绝缘物外包覆的本体部和伞部的外径大于其他部位的外径。
附图的简要说明
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：
图1是表示第一有机复合绝缘子管(直管型)的断面的图；
图2是表示第二有机复合绝缘子管(锥型)的断面的图；
图3是表示作为第三有机复合绝缘子管由大直径和小直径的伞部组成的有机复合绝缘子管的断面的图；
图4是表示用于制造在图1中图解的构造的绝缘子管的金属模具例子的图；
图5是表示第一有机复合绝缘子管制的气体套管的断面和等电位线的图；
图6是表示第二有机复合绝缘子管制的电缆接头的断面和等电位线的图；
图7是表示在电缆接头上使用本发明实施例的有机复合绝缘子管时的实施例的图；
图8是表示比较例的电缆接头的构造和等电位线的图；
图9是表示本发明实施例的绝缘子管的电场解析结果的图；
图10是表示图7所示的电缆接头的电场解析结果的图；
图11是表示在图8所示的电缆接头中使本体部外径一样细时的电场解析结果的图；
图12是表示绝缘子管表面最大电场与本体部外径比的关系的图；
图13是表示本发明的实施例的有机复合绝缘子管的断面图和该有机复合绝缘子管中的绝缘子管表面最大电场与本体部外径比的关系的图；
图14是表示有机复合绝缘子管中的缘子管表面最大电场与伞个数的关系的图；
图15是表示用于制造本发明的实施例的有机复合绝缘子管的金属模具的图。
优选实施例的描述
图7是作为本发明的有机复合绝缘子(绝缘子管)的第一实施例在电缆接头上使用有机复合绝缘子管的实施例的断面图。
标号1表示使用FRP的有机复合绝缘子管，3表示由有机高分子材料构成的外包覆绝缘部，3-1是外包覆绝缘部的本体部，3-2是外包覆绝缘部的伞部(突出部)，2’是接地侧终端接头，2是加电终端接头。FRP绝缘子管1具有圆筒型的中空部，在该中空部内插入电场缓和用内部电极6。
外包覆绝缘部3由上部(第一)绝缘物外包覆3a、中间(第二)绝缘物外包覆3c、下部(第三)绝缘物外包覆3b组成，这些绝缘物外包覆3a、3b、3c整体构成。绝缘物外包覆3由硅橡胶、EPDM、EVA等有机高分子材料来制造。
电场缓和用内部电极6的上部附近外包覆绝缘部8实质上与中间绝缘物外包覆3c相一致。
绝缘物外包覆3的长度短于FRP绝缘子管1，在设在FRP绝缘子管1的外周上的绝缘物外包覆3的两端固定加电终端接头2和接地侧终端接头2’。
加电终端接头(第一终端部件)2和接地侧终端接头(第二终端部件)2’由铁、铝、铜或其合金等导电性金属所制造。
4是内部导体，5是绝缘子管内壁，6是内部电极，6a是内部电极末端部，8是等电位线7集中的内部电极6的上部附近的绝缘物外包覆。
在图7中图解的有机复合绝缘子管中设置中间(第二)绝缘物外包覆3c，使插入到FRP绝缘子管1的中空部分内的内部电极6的上部附近的绝缘物外包覆8部分的仅本体部3c-2的外径S-2大于绝缘物外包覆8的其他部分(上部绝缘物外包覆3a和下部绝缘物外包覆3b)的本体外径S-1，使内部电极6的上部附近的绝缘物外包覆8的伞部3c-1的外径T-2大于绝缘物外包覆8的其他部分(上部绝缘物外包覆3a和下部绝缘物外包覆3b)的伞部外径T-1。中间(第二)绝缘物外包覆3c与绝缘物外包覆8大致相同。
图7所示的有机复合绝缘子管，上部绝缘物外包覆3a的伞部的外径与下部绝缘物外包覆3b的伞部的外径相同，上部绝缘物外包覆3a的本体部的外径与下部绝缘物外包覆3b的本体部的外径相同。
图8是使用比较例的有机复合绝缘子管的电缆接头，对于与图7所示的部分相同的部分使用相同的标号，伞部外径T-1和本体外径S-1与图7相同。
在图7所示的本实施例的绝缘子管中，由于内部电极6的上部附近的绝缘物外包覆8(中间绝缘物外包覆3c)的本体外径S-2和伞部外径T-2的直径分别大于绝缘物外包覆8的其他部分(上部绝缘物外包覆3a，下部绝缘物外包覆3b)的直径，因此，如图7所示的那样，内部电极末端部6a附近的外包覆表面的电场被削弱，并且，最大表面电场部分与图8相比从内部电极6的末端部6a附近的外包覆表面向加电终端接头2方向移动。
在图9、图10中表示了本实施例的绝缘子管和比较例的绝缘子管的绝缘子管表面绝对电场。
在图9和图10中，横轴表示距绝缘子管底部的绝缘子管纵向的距离(mm)，纵轴表示绝缘子管表面绝对电场(kV/mm)，图9和图10中所示的横轴的“0”是图7和图8中的电压电平为0的0线(接地线)，分别表示绝缘子管的长度为1700mm，基准电压为93kV的情况。
图10是图8所示的绝缘子管中的绝缘子管的纵向的外包覆表面电场分布，表示FRP绝缘子管1的内径R为φ300mm，本体外径S-1为φ316时的外包覆表面电场分布。
如图10所示的那样，在背景技术的设计的绝缘子管中，外包覆表面最大电场A为0.35kV/mm，发生在内部电极6的上部末端6a附近的绝缘物外包覆8上。
另一方面，当沿着绝缘子管纵向表示图7的本实施例的绝缘子管的外包覆表面电场分布时，为图9所示的那样。
图9表示FRP绝缘子管1的内径r小于图7的绝缘子管的内径φ300mm而为φ248mm，内部电极末端部6a附近的本体外径S-2为φ369mm，除此之外部分的本体外径S-1为φ264mm，伞部3c-1的从本体部3c-1突出的长度与图8的绝缘子管的内径φ300mm的绝缘子管相同时的外包覆表面电场分布。
如图9所示的那样，在本实施例的绝缘子管中，外包覆表面最大电场A为0.37kV/mm。即，本实施例的绝缘子管的外包覆表面最大电场与大于本实施例的FRP绝缘子管1的管内径、本体外径的图8的构造的绝缘子管(FRP绝缘子管内径为φ300mm，本体部外径为φ316mm)的绝对电场相等(图10)。
而且，如图9所示的那样，表示出：表示外包覆表面最大电场的部位B在绝缘子管纵向上移动到加大本体部外径、伞部外径的部分C的右侧，即绝缘子管上部侧(图7中的上部绝缘物外包覆3a)。
这样，在图7中，最初的空气绝缘破坏在最大电场产生的上部绝缘物外包覆3a部发生，但是，上部绝缘物外包覆3a的下部的中间绝缘物外包覆3c部的伞部3c-1、本体部3C-2的外径T-2和S-2分别大于上部绝缘物外包覆3a的伞部3-1和本体部3-2的外径(T-1，S-1)，因此，外径较大的中间绝缘物外包覆3c部起屏蔽作用，来防止在上部绝缘物外包覆3a上产生的绝缘破坏发展到接地侧终端接头2’。
在本实施例中，如上述那样，由于仅内部电极末端部6a附近部分的中间(第二)绝缘物外包覆3c中的本体部、伞部外径大于其他部分(上部绝缘物外包覆3a和下部绝缘物外包覆3b)，则不会使FRP绝缘子管1的内径变大，当进一步增大FRP管内径时，外包覆表面最大电场成为相同程度。而且，最大电场发生部在绝缘子管上从增大本体部、伞部、伞部外径的部分移动到上部，由此，加大了外径的中间绝缘物外包覆3c的部分具有遮蔽空气绝缘破坏向接地侧终端接头2’的发展的效果。因此，得到了与内径大的绝缘子管相同的闪络特性、电晕特性。因此，能够防止因增大FRP绝缘子管的尺寸而引起的有机复合绝缘子管的价格的窜升。
增大了上述外径的中间绝缘物外包覆3c的纵向的长度和外径应当选定为内部电极6的末端部6a附近的外包覆表面的电场强度不会在中间绝缘物外包覆3c上首先引起空气绝缘破坏的长度和外径。
作为这样的尺寸，参照图12和图13，如后述的那样，如果中间绝缘物外包覆3c中的本体部外径为上部绝缘物外包覆3a和/或下部绝缘物外包覆3b的本体部外径的1.1倍以上，1.4倍以下，是足够的。中间绝缘物外包覆3c的伞部外径可以在中间绝缘物外包覆3c的本体部外径上再加上上部绝缘物外包覆3a和/或下部绝缘物外包覆3b中的伞部外径与本体部外径之差。另一方面，如参照图14所述的那样，中间绝缘物外包覆3c的长度在270mm以上，400mm以下，也同样是足够的。
通过加大中间绝缘物外包覆3c的外包覆本体部、伞部的外径，削弱了在现有构成的绝缘子管中呈现最大电场的内部电极6的上部末端部6a附近的外包覆表面的电场，最大电场部进一步移动到加大了外径的外包覆本体部、伞部3c的上部侧3a。
该新的最大电场处于离开内部电极6的上部末端6a的位置上，因此，弱于现有构造的绝缘子管的内部电极6的上部末端部6a附近的外包覆表面的最大电场，由外部闪络引起的最初的空气绝缘破坏发生在新的最大电场部3a上，则提高了引起绝缘破坏的外加电压。
而且，中间绝缘物外包覆3c的外径较大的伞部、本体部3c处于新的最大电场部3a与接地侧终端接头2’之间，因此，具有遮蔽在新的最大电场部发生的空气绝缘破坏传播到接地侧终端接头2’的作用，而发挥了进一步提高外部闪络电压的效果。
即使把本发明的有机复合绝缘子管用于套管，也能起到与上述电缆接头的例子完全相同的效果。
第二实施例
图11是在图8的构造下，使FRP管的内径R与图9相同而为φ248mm，使本体部外径S同样为φ264mm细时的外包覆表面电场分布。在此情况下，外包覆表面最大电场A为0.54kV/mm，与图9的特性相比，显著提高，当本体部、伞部外径在绝缘子管全体上相同的情况下，外部闪络电压变低。
第三实施例
图12、图13分别表示这样的曲线图：在FRP管的内径R为φ248mm，本体外径S-1为φ264mm；内径R为φ300mm，本体外径S-1为φ316mm的直管型绝缘子管中，把使内部电极上部末端附近的本体外径S-2变化时的本体部外径比(S-2/S-1比)作为横轴，把纵轴作为此时在外包覆表面上发生的最大电场。
根据这些曲线图，如果使内部电极上部末端附近的本体部外径为其他部分的本体部外径的1.4倍以下并且1.2～1.2倍以上，外包覆表面最大电场充分降低。
第四实施例
图14是表示在图12的绝缘子管中使内部电极上部末端附近的本体部外径为其他部分本体部外径的1.2倍，使加粗了本体部外径的3c部的长度变化时的外包覆表面最大电场的曲线图。而且，在该曲线图中，用伞个数来表示加粗本体部的部分的长度，但是，由于伞间隔为45mm，则如果用个数乘以45mm，就得到长度。一般，如果加大本体部外径比，外包覆表面远离内部电极，因此，能够缩短加粗了本体部外径的3c部的长度。这样，根据图14，加粗了内部电极上部末端附近的本体部外径的中间绝缘物外包覆3c的长度为400mm以下(270mm以上)，能够充分降低最大电场。
以上用电缆接头的例子表示了本发明的构成、效果，但是，在套管的情况下，也能用同样的构成得到同样的效果。
而且，上述实施例对在FRP管内径在绝缘子管全长上都一样的直管型进行了表示，但是，即使在锥型中，也能得到与上述实施例相同的效果。
第五实施例
制造仅增大上述实施例的外包覆绝缘伞部、本体部的一部分的外径的有机复合绝缘子管的装置，通过把图4所示的金属模具11的一部分按图15所示的那样更换为外径大的金属模具而实现。
即，如图15所示的那样，把金属模具11作为由成型本体部、伞部的多个单位金属模具12和成型末端部的金属模具13a，13b组成的金属模具组合体，把成型其中的本体部、伞部的多个金属模具的一部分14更换为外径大的金属模具。
而且，使用上述金属模具，用硅橡胶、EPDM、EVA等来模铸成型外包覆绝缘部，由此，能够制造本实施例的绝缘子管。
如上述那样，在本发明中，在套管、电缆接头中使用的有机复合绝缘子(绝缘子管)中，使在外包覆绝缘部表面上出现最大电场的电场缓和内部电极末端部附近的外包覆绝缘本体部和伞部的外径大于其上下的绝缘物外包覆的外径，因此，削弱了内部电极末端部附近部分的电场，同时，把最大电场发生部移动到了加大伞部和本体部外径的中间绝缘物外包覆部分的上侧之外的位置上，能够遮蔽在新的最大电场部产生的空气绝缘破坏传播到接地侧终端接头上。因此，即使减小了绝缘子管的内径，也能得到与内径较大的绝缘子管相同的外部闪络特性和电晕特性。
由此，能够降低绝缘子的成本，同时，能够减小有机复合绝缘子，而能够降低在套管、电缆接头中使用的部件和其他材料价格。
为了制造本发明的有机复合绝缘子，使用由分开的多个单位金属模具组成的组合型金属模具，通过把该多个单位金属模具内的成为绝缘子管的内部电极的上部末端部附近的部位的金属模具的形状、尺寸更换为与其他部位不同的金属模具，能够制造出使有机高分子材料绝缘物外包覆的本体部和伞部的外径大于其他部位的外径的有机复合绝缘子管。