绝缘子为什么是这样

绝缘子为什么是这样？
“凡所有相，皆是虚妄”理解简单，但付诸实践却不易。

若将此语套进现实的众生事物比如绝缘子去发散开来则会受益匪浅，当下绝缘子产品种类繁多且形式各异，缘何会研发创造出如此多的绝缘子，在于人们不拘一相，能跳出既有存相的禁锢。

换句话说，人类能否创造更纷繁更有价值的新事物，根本基于不被存相牵绊和诱捕，借助丰富的科学知识，运用充盈的科技方法，达致一种新相的诞生，皆因虚妄，新相亦会被否定，更新的相又诞生，新陈代谢，助推社会进步实现生活美好。

再说绝缘子，最初诞生一定是诸多看似偶然的必然因素促成，发展至今天成为涉电系统不可或缺的零部件为大众所熟识。

倘若人们一直困顿于现有的绝缘子表相，那它未来也许难免消亡，如输电电缆的推广和无线电力技术的诞生都威胁着绝缘子的前景，所谓“相由心生”因此需要静心思考绝缘子未来的新相该是怎样，有三个问题值得深究，其一现在的绝缘子为什么是这样？其二未来的绝缘子该是什么样？其三未来的绝缘子如何成为那样？
概括说第二个问题是未来绝缘子的设计，第三个问题是未来绝缘子的工艺。

而第一个问题则是任何一位初次接触绝缘子的人都会产生的疑问，于是就此问题简单探讨一下。

事物总以其实用性为基础，绝缘子也不例外，因其一端连接具有高电压的导线，另一端连接具有高强度的杆塔，所以其必然是电气和机械二元共存统一的电力设备。

绝缘子最基本的结构组成称之为内绝缘、外绝缘和端部附件，内绝缘主要提供机械性能，外绝缘主要提供电气性能，端部附件则是稳定有效的把内绝缘的机械性能传递到安装设备。

也有例外如棒形瓷绝缘子其内外绝缘不是非常清晰而且外绝缘也能有效地分担一定的机械性能，但总体来说，绝缘子机械方面的要求能较为直观的理解，即抗弯、抗拉、抗扭、抗震又或综合其中。

机械性能的要求决定了内绝缘的结构和尺寸，而由于工艺的掣肘有时也影响内绝缘的结构，如特高压的高强度支柱复合绝缘子因其较大直径的内绝缘芯棒不能拉齐工艺生产而采用缠绕空芯结构。

皆因机械性能的极端重要性，实际生产使用中也被非常重视而且往往通过逐只试验来筛选，即使机械性能的表现形式可通过试验显而易见
的验证但其提供机械性能的内绝缘机构却偏偏不被肉眼可见而常常被外绝缘所包覆，因此人们常常看到的绝缘子只是它的两个部件，其一是提供了安装性能的端部附件，其二是提供了电气性能的外绝缘。

所以，下面就绝缘子电气性能作些讨论进而说明外绝缘形状构造的缘由以呼应前文“绝缘子为什么是这样？”的提问。

绝缘子电气性能最常用的三个参数是雷电全波冲击耐受电压峰值、工频1分钟湿耐受电压有效值和操作冲击耐受电压峰值。

除了这三个关键参数，由于经济的高速发展环境污染日益严重对绝缘子带来防污闪的要求，据此而生的考量参数就是人工污秽工频耐受电压。

工频1分钟湿耐受电压有效值（简称湿耐受）表征的是这只绝缘子在试验要求的环境中可以耐受所要求的工频电压而不发生闪络（对地放电），其意义在于运行中即使线路电压出现畸变而绝缘子依然能在那个试验所要求的耐受电压下保持绝缘特性。

例如铁路棒形绝缘子，运行的额定电压是单相工频交流25kV，实际运行中的线路电压约是19～27.5kV，因此运行中的绝缘子湿耐受必须大于27.5kV，低于这个耐受电压值的绝缘子用于实际线路中就如同导体，所以标准规定的湿耐受电压最小值是130kV，干耐受大约是湿耐受电压的1.3倍，由于干耐受的工程指导价值不甚具体所以试验中往往取湿耐受作为衡量绝缘子电气性能的关键参数之一。

绝缘子的湿耐受电压值由其定型的外形结构所决定，关键的决定因素是两个导体附件间的最短距离（电弧距离）有经验公式如U=324L+59kV（U 是湿耐受电压，L是电弧距离），由此可见电弧距离对该参数的直接制约，然而绝缘子处于湿环境下其外形成分和结构也一定程度的影响该参数。

雷电全波冲击耐受电压峰值（简称雷电冲击）衡量的是这只绝缘子在雷电波的冲击下所能耐受的最高电压值，也即当低于这个电压的雷电波击中绝缘子的杆塔或者另一端的导线中的其一，而绝缘子不因此而发生闪络。

由于中国大部分地区处于多雷区（年雷电平均日大于40天），尤其是线路绝缘子多运行在空旷田野或荒原高山，输电杆塔有较周围物体高出许多易成为落雷目标。

尽管10kV以上所有的杆塔都架设避雷线，但是雷电的路径不因人为的设置而按图索骥，其往往会绕开避雷线而击中绝缘子或导线这就必须对绝缘子提出雷电冲击的考量，使之不会因每次落雷都出现线路跳闸。

雷电冲击亦有经验公式U
=630L-37.5kV和
50,+
U 50,-=370L+230kV（L是电弧距离，U
50,+
正极性雷电波，U
50,-
负极性雷电波），可见
雷电冲击也受电弧距离的制约，但是电场分布均匀的绝缘子较不容易落雷，而电场分布又取决于绝缘子的端部附件结构或其他有效的手段（如均压环或招弧角等）。

操作冲击耐受电压峰值（简称操作冲击）是个非常关键的参数但对于330kV 以下的绝缘子不做要求，原因是操作冲击随着电压的升高对输电系统影响越大但330kV以下对输电稳定和线路设备造成冲击较弱。

操作冲击表示的就是线路运行中的操作对线路稳态的影响，如人们开关电灯因电压只有220V所以基本不做考虑，但其实在每次的开短过程，整个线路的电压和电流发生倍数的畸变。

当开关断开操作时，因能量守恒线路运行的电流所形成的电磁场不能瞬间消失而造成整个系统瞬时的电压升高一倍，同理在接通开关时线路的运行电流会升高一倍，所以高电压系统的开关都有很严格的灭弧室。

对于绝缘子也同样，设计中其操作冲击的峰值必须大于最高线电压的2倍，如330kV标准要求的操作冲击是不小于950kV。

操作冲击也有经验公式U=400L+140kV（U是操作冲击电压，L是电弧距离）。

综上看出，绝缘子的电气性能参数决定性的核心因素就是电弧距离，也就是整只绝缘子的长度，绝缘子的关键尺寸便被确定，也即确定了结构组成的内外绝缘长度，机械性能的要求则确定出内绝缘横向尺寸（直径或其他）。

其实绝缘子做成这样已经足以运行，而实际中却将外绝缘设计制作成一片一片的伞盘状，目的是增加绝缘子沿面的泄漏距离，因为同样的空气间隙导体中间附有其他介质后其绝缘强度会下降。

故而把绝缘子的外形做成一盘一盘的伞状，可喜的是这种伞状结构极大的有利于人工污秽工频耐受电压的提高，而且在绝缘子湿试验中也取得良好效果，所以人们现在看到的绝缘子成了这个样子。

那么绝缘子的长度尺寸就完全的受制于其电气性能要求吗？并不见得，在绝缘子两端加装一种有效的屏蔽装置可以非常明显的提高雷电冲击耐受电压，就是说有了这种屏蔽绝缘子可在更短的长度下取得更高的雷电冲击电压，这种屏蔽已经取得试验证明。

也就是说，绝缘子的现有外形并非不可改变，只要它是一种存相，其否定而生新相，再否定而再生新相的迢递征途不会穷尽。

那未来的绝缘子该是什么样子呢？。