輸電線路設(shè)計(jì)—絕緣子PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1輸電線路設(shè)計(jì)輸電線路設(shè)計(jì)絕緣子絕緣子2第2頁/共33頁31、絕緣子用途架空線路的絕緣子是用來支持導(dǎo)線，它同金具組合將導(dǎo)線固定在桿塔上，并使導(dǎo)線同桿塔可靠絕緣，絕緣子在運(yùn)行時(shí)不僅要承受工作電壓的作用，同時(shí)要承受操作過電壓和雷電過電壓的作用，加之導(dǎo)線自重、風(fēng)力、冰雪以及環(huán)境溫度變化的機(jī)械荷載的作用，所以絕緣子不僅要有良好的電氣絕緣性能，同時(shí)要具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。高壓針式絕緣子多用在10kV直線桿塔上，頂部有一個(gè)槽型，將導(dǎo)線放置槽型中進(jìn)行綁扎，它主要承受導(dǎo)線下壓力，其制造安裝簡單，但耐雷水平低、容易閃絡(luò)，主要用于是10kV線路上，或?qū)Ь€拉力不大的直線桿上。 第3頁/共33頁4絕緣子分類絕緣子

2、可按電壓等級(jí)、使用材料和功能進(jìn)行分類。 (1)按結(jié)構(gòu)形式可分為針式絕緣子、棒式絕緣子和懸式絕緣子。 (2)按功能不同可分為普通型絕緣子和防污型絕緣子。 (3)按使用材料可分為瓷質(zhì)絕緣子、鋼化玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子。第4頁/共33頁52、絕緣子的基本要求(1)要有良好的絕緣性能，使其在干燥和陰雨的情況下，都能承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐壓；(2)絕緣子不但承受導(dǎo)線的垂直荷重和水平荷重，還要承受導(dǎo)線所受的風(fēng)壓和覆冰等外加荷載，因此要求絕緣子必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(3)架空線路處于野外，受環(huán)境溫度影響較大，要求絕緣子能耐受較大的溫度變化而不破裂；(4)絕緣子長期承受高電壓和機(jī)械力的作用，要求其絕緣性能的老化速度

3、要比較慢，有較長的使用壽命；(5)空氣中的腐蝕氣體會(huì)使絕緣子絕緣性能下降，要求絕緣子應(yīng)有足夠的防污穢和抵御化學(xué)氣體侵蝕的能力。 第5頁/共33頁63、玻璃絕緣子l用鋼化玻璃做傘裙的懸式絕緣子叫鋼化玻璃絕緣子 是由石英砂、白云石、長石、石灰石和化工原料經(jīng)過高溫熔融成 液體后冷凝而成的一種均質(zhì)的非晶體。l玻璃絕緣子主要由鐵帽、鋼腳、玻璃件、彈簧銷組成。l鋼化玻璃絕緣子特點(diǎn)：(1)機(jī)械強(qiáng)度高，比瓷質(zhì)絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度高12倍；(2)性能穩(wěn)定不易老化，其電氣性能高于瓷質(zhì)絕緣子；(3)生產(chǎn)工序少，生產(chǎn)周期短，便于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高；(4)由于鋼化玻璃具有透明性，故對(duì)傘裙進(jìn)行外部檢查時(shí)，容易發(fā)現(xiàn)

4、細(xì)小的裂紋及各種內(nèi)部缺陷或損傷；第6頁/共33頁7(5)鋼化玻璃絕緣子的質(zhì)量較瓷質(zhì)絕緣子輕；(6)因鋼化玻璃絕緣子具有“自爆”特性，在線路運(yùn)行中，不需對(duì)絕緣子進(jìn)行預(yù)防性測試。在巡視線路時(shí)，容易發(fā)現(xiàn)損壞的絕緣子，便于及時(shí)更換；(7)由于制造設(shè)備、工藝的原因，鋼化玻璃“自爆”率較高，影響鋼化玻璃絕緣子的普遍應(yīng)用。l玻璃絕緣子使用注意事項(xiàng)：(1)不宜在居民區(qū)使用。(2)污穢嚴(yán)重地區(qū)要慎用懸垂 玻璃絕緣子串。(3)“自爆”后應(yīng)及時(shí)更換，以 保證每串最小片數(shù)和最小 空氣間隙。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓(kV)(kV)202035356666110110220220330330500500雷電過電壓間隙雷電

5、過電壓間隙353545456565100100190190230(260)230(260)330(370)330(370)操作過電壓間隙操作過電壓間隙1212252550507070145145195195270270工頻電壓間隙工頻電壓間隙5 5lOlO2020252555559090130130懸垂絕緣子串的懸垂絕緣子串的絕緣子個(gè)數(shù)絕緣子個(gè)數(shù)2 23 35 57 7131317(19)17(19)25(28)25(28)線路絕緣子每串最小片數(shù)和最小空氣間隙第7頁/共33頁84、復(fù)合絕緣子l復(fù)合絕緣子定義及其特點(diǎn)復(fù)合絕緣子是棒形懸式有機(jī)硅橡膠絕緣子的簡稱。復(fù)合絕緣子與傳統(tǒng)的瓷質(zhì)絕緣子、鋼化玻

6、璃絕緣子相比，具有質(zhì)量輕、體積小、便于運(yùn)輸和安裝、機(jī)械強(qiáng)度高以及耐污穢性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在運(yùn)行中可以免清掃，免預(yù)防性測試，可避免污閃事故。特別適用于城市電網(wǎng)和中等以上污穢地區(qū)使用。由于復(fù)合絕緣子的表面多具有憎水性，其表面泄漏狀況與瓷絕緣子完全不同。在能源部能源辦(1993)45號(hào)文關(guān)于頒發(fā)電力系統(tǒng)電瓷防污有關(guān)規(guī)定的通知中，暫定復(fù)合絕緣子單位泄漏距離(爬電比距)可按瓷絕緣的75設(shè)計(jì)。第8頁/共33頁9l復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子是由傘盤、芯棒及金屬端頭三部分組成，對(duì)電壓等級(jí)為11OkV及以上線路使用的復(fù)合絕緣子，為改善其電壓分布，在復(fù)合絕緣子兩端(或一端)裝配有均壓環(huán)。l復(fù)合絕緣子材料及特點(diǎn)復(fù)合絕

7、緣子的傘盤是由硅橡膠為基體的高分子聚合物制成，具有良好的合水性，水在傘盤表面呈水珠狀，不會(huì)形成放電通路。另外，復(fù)合絕緣子傘盤還具有優(yōu)良的耐電腐蝕性和良好的抗氧、抗臭氧及抗老化性能。復(fù)合絕緣子的芯棒采用環(huán)氧玻璃纖維棒制成，具有很高的抗張強(qiáng)度，約為普通鋼的152倍，為高強(qiáng)度瓷的35倍。芯棒又具有良好的絕緣性能和良好的減振性、抗蠕變性及抗疲勞斷裂性能。 第9頁/共33頁10l復(fù)合絕緣子均壓屏蔽環(huán) 輸電線路絕緣子串所承受的電壓，并不是均勻分布于每個(gè)絕緣子上，在絕緣子串中間的絕緣子，所承受的電壓比兩端的小靠近導(dǎo)線的絕緣子承受的電壓最大，而這種電壓分布不均勻的情況，隨線路電壓的升高而嚴(yán)重，為使絕緣子串電壓

8、分布較均勻，一般要求110kV及以上線路上應(yīng)裝設(shè)均壓屏蔽環(huán)。第10頁/共33頁11l復(fù)合絕緣子金屬端頭的連接結(jié)構(gòu)1、內(nèi)楔式 內(nèi)楔式是將芯棒端部鋸開一條切口，在切口壓入楔形的金屬件，芯棒外部是一個(gè)錐形內(nèi)腔的套筒。相互之間靠靜摩擦力來傳遞機(jī)械負(fù)荷。第11頁/共33頁122、外楔式 外楔式是將套筒做成錐形，套在芯棒的端部，再把三個(gè)環(huán)形的外楔均勻地插入錐形內(nèi)腔與芯棒之間。楔片厚度大小非常關(guān)鍵。相互之間也是靠靜摩擦力來傳遞機(jī)械負(fù)荷。第12頁/共33頁133、壓接式 壓接式是將套筒套入芯棒后，用專用機(jī)械壓接后使金屬筒體與芯棒連成一體。壓接式具有以下特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、外形美觀；2）連接牢固可靠，分散

9、性??；3）便于機(jī)械化操作；4）工藝簡單、工效高、生產(chǎn)周期短。這種結(jié)構(gòu)型式靠芯棒與金屬端頭的靜摩擦來承受和傳遞負(fù)荷，其摩擦力一般取決于正壓力大小。第13頁/共33頁144、三種結(jié)構(gòu)型式簡單分析 內(nèi)楔式、外楔式和三種連接是通過被連接部件本身的過盈配合來實(shí)現(xiàn)的，相互之間是靠靜摩擦力來傳遞機(jī)械負(fù)荷，在連接區(qū)內(nèi)，芯棒是在應(yīng)力下受壓縮而產(chǎn)生彈性變形，由彈性應(yīng)力作為產(chǎn)生摩擦力的正壓力。壓接式端部附件的連接結(jié)構(gòu)，由于應(yīng)力狀態(tài)較理想、結(jié)構(gòu)和裝配工藝簡單，便于電腦監(jiān)控，連接較理想，綜合成本較低，被認(rèn)為是目前較理想的的連接結(jié)構(gòu)型式。5、復(fù)合絕緣子的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：防污性能優(yōu)越、安裝方 便、清掃，價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：界面

10、擊穿、芯棒斷裂、 傘裙老化、抗扭性能差， 耐張串上使用不理想。第14頁/共33頁15l復(fù)合絕緣子的機(jī)械承載能力 目前制作復(fù)合絕緣子用的芯棒一般采用抗拉強(qiáng)度 為800-1000MPa的芯棒。計(jì)算時(shí)一般取值500MPa。Td4 復(fù)合絕緣子芯棒的直徑d可用以下公式計(jì)算：式中，T為設(shè)計(jì)抗拉力。例：試計(jì)算T=100kN的復(fù)合絕緣子需用多大直徑的芯棒。 mmd16m 0159. 0105010100463第15頁/共33頁165、瓷絕緣子l瓷絕緣子采用硅酸鹽材料，是由石英砂、粘土和長石等原料經(jīng)過球磨、制漿、煉泥、成形、上釉并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。l其結(jié)構(gòu)由多晶體、玻璃相和和氣孔組成，是一種非均勻材料。l加工制作

11、容易控制，取材方便，價(jià)格便宜，在80年代以前大量使用。l我國80年代以后生產(chǎn)的瓷絕緣子，其年劣化率可穩(wěn)定在十萬分之幾，這一指標(biāo)已接近日本NGK公司生產(chǎn)的十萬分之二的水平。l瓷絕緣子優(yōu)點(diǎn)是劣化率低，一般為十萬分之幾。但也存在2方面的致使弱點(diǎn)：一是在污穢潮濕條件下，絕緣子在工頻電壓作用時(shí)絕緣性能急劇下降，常產(chǎn)生局部電弧，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生閃絡(luò)；二是絕緣子串或單個(gè)絕緣子的電壓分布較不均勻，在電場集中的部位常引起電暈，因而產(chǎn)生無線電干擾。不均勻的電壓分布，加速了瓷體老化。另外，由于絕緣子零值后需要檢測才能發(fā)現(xiàn)，所以運(yùn)行維護(hù)工作量大。發(fā)生污閃后的瓷絕緣子串（ 2003年220kV南北線）第16頁/共33頁17

12、6、三種絕緣子優(yōu)劣性能比較絕緣子種類絕緣子種類優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)瓷絕緣子長時(shí)間的使用經(jīng)驗(yàn)較全面的質(zhì)量保障體系有零值絕緣子問題、支持絕緣子的斷裂問題、遭外力沖擊破碎問題、耐污閃性能不好玻璃絕緣子零值自爆其余優(yōu)點(diǎn)同電瓷絕緣子遭外力沖擊破碎問題耐污閃性能不好自爆率較高復(fù)合絕緣子重量輕，易運(yùn)輸和安裝耐污閃性能好少維護(hù)價(jià)格便宜防雷擊性能較差（在同樣結(jié)構(gòu)距離前提下絕緣距離?。┯袡C(jī)絕緣材料的老化問題電弧燒蝕問題脆斷問題沿界面擊穿問題第17頁/共33頁187、絕緣子設(shè)計(jì)選取l外絕緣選擇的一般原則1）對(duì)絕緣子的選擇除應(yīng)考慮電氣特性外，還要考慮機(jī)械特性、耐老化能力、運(yùn)行維護(hù)特性以及價(jià)格因素。 性能參數(shù)性能參數(shù)工程技

13、術(shù)人員必須了解的工程技術(shù)人員必須了解的必須載明的要求必須載明的要求電氣性能安全可靠性耐雷電沖擊水平耐操作沖擊水平耐污閃能力電擊穿強(qiáng)度覆冰橋接性能在線維護(hù)的要求干弧距離沖擊閃絡(luò)電壓干/濕泄漏距離均壓環(huán)材料類別機(jī)械性能安全可靠性長度限定機(jī)械負(fù)荷連接長度接頭連接形式常規(guī)實(shí)驗(yàn)載荷對(duì)絕緣子的性能要求第18頁/共33頁192）選擇絕緣子首先要確定絕緣子的種類：電瓷、玻璃和復(fù)合絕緣子各有優(yōu)、缺點(diǎn)，選擇何種絕緣子要綜合考慮它的全面性能、價(jià)格、運(yùn)行維護(hù)的簡易程度、使用壽命等因素。l懸式電瓷絕緣子的形狀有很多種，我國常用的主要是標(biāo)準(zhǔn)型、鐘罩型、空氣動(dòng)力型?？諝鈩?dòng)力型中，平板型用的較少，雙層傘型用的較多，三層傘型出

14、現(xiàn)時(shí)間較晚，目前應(yīng)用還不多。l絕緣子形狀的選取和使用地區(qū)的地理、氣象、污穢等因素有關(guān)，價(jià)格因素也起重要作用。在清潔地區(qū)一般選用標(biāo)準(zhǔn)型，主要考慮的是價(jià)格因素。l在沿海污穢能急劇積聚的地區(qū)，鐘罩型的使用效果較好，在污穢緩慢積聚的內(nèi)陸地區(qū)，鐘罩型絕緣子的下表面會(huì)積聚較多的污穢，使其耐污閃能力下降，該型絕緣子在我國的使用效果并不好。l雙層傘型絕緣子的自清洗效果較好，在同一地區(qū)的積污數(shù)量要明顯少于鐘罩型和標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐污閃能力，在我國已大量使用，并取得很好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我國一般稱之為防污型或防塵型絕緣子主要是指雙層傘型絕緣子。3）絕緣子形狀的選取第19頁/共33頁20l根據(jù)污區(qū)級(jí)別和爬電比距

15、確定絕緣子片數(shù)或串長輸電線路絕緣子的絕緣水平取決于所選取絕緣子的種類、形狀、結(jié)構(gòu)尺寸和串長，在絕緣子種類、形狀和結(jié)構(gòu)尺寸確定的前提下，每串絕緣子的片數(shù)由下式確定：mUm/(keL0)式中m為每串絕緣子的片數(shù)Um為系統(tǒng)最高運(yùn)行線電壓或者系統(tǒng)的額定線電壓（取決于的定義）為絕緣子的爬電比距L0為每片懸式絕緣子的幾何爬電距離Ke為絕緣子爬電距離的有效系數(shù)爬電比距是根據(jù)大量污閃實(shí)驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所確定的參數(shù)，的大小和污區(qū)的級(jí)別有關(guān)系，二者之間的關(guān)系如表3所示。表3的數(shù)據(jù)取自國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16434-1996（高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級(jí)及外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)）Ke的定義為實(shí)際采用的絕緣子和標(biāo)準(zhǔn)

16、懸式絕緣子在同樣的自然條件下積污，沿單位泄漏距離污閃電壓值的比值，通常是小于1 的系數(shù)。它同時(shí)反映出絕緣子的耐污閃能力和積污特性。Ke的獲得需通過大量自然積污和污閃試驗(yàn)獲得，可能在不同污源地區(qū)Ke值是不同的，目前我國尚未給出不同絕緣子的Ke值，這對(duì)該工程設(shè)計(jì)方法的實(shí)際應(yīng)用造成困難，通常對(duì)Ke值都取為1，這進(jìn)一步增加了該設(shè)計(jì)方法的不確定性。第20頁/共33頁21污區(qū)的劃分方法外絕緣污穢等級(jí) 污濕特征 線路爬電比距（cm/kV)鹽密，mg/cm2 220kV及以下0 大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)0.03 1.39 I 大氣輕度污染地區(qū),工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū),離海岸鹽場10km

17、50km地區(qū)。在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時(shí) 0.030.06 1.391.74(1.602.00)II 大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場3000-10Km地區(qū)。在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）但雨量較少時(shí) 0.060.10 1.742.17(2.002.50)III 大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場1Km-3Km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污染源和爐煙污穢300m-1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū) 0.100.25 2.172.78(2.503.20)IV 大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場1Km以內(nèi)，離化學(xué)污染源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)

18、0.250.35 2.783.30(3.203.80)線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級(jí) l污區(qū)的劃分主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、濕污特征以及等值鹽密的測量值這三個(gè)因素。規(guī)程規(guī)定污區(qū)的劃分應(yīng)以前兩個(gè)因素為主，最后一個(gè)因素-等值鹽密的測量僅作為參考因素。實(shí)際上往往以后一個(gè)因素為最主要判斷依據(jù)，因?yàn)橹挥羞@個(gè)因素是定量的，容易操作。l劃分污區(qū)的實(shí)際執(zhí)行情況和制定劃分污區(qū)的原則并不相符，其原因主要是前兩個(gè)因素是定性的，難以操作。我國目前正開展測量飽和鹽密的工作，推薦以飽和鹽密代替基于一年一清掃測出的鹽密，按現(xiàn)行運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，輸電線路的絕緣子要作到一年一清掃，然而實(shí)際執(zhí)行很困難，而且難以保證清掃質(zhì)量。l以飽和鹽密劃分污

19、區(qū)比較符合我國大部分地區(qū)的實(shí)際清掃情況。進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)該以一年一清掃作為設(shè)計(jì)依據(jù)，清掃只能作為輔助手段，以飽和鹽密劃分污區(qū)，無疑比以前的方法有進(jìn)步，體現(xiàn)出為運(yùn)行部門留出適當(dāng)絕緣裕度的思想。第21頁/共33頁22l根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度驗(yàn)算第22頁/共33頁23l根據(jù)耐雷水平確定第23頁/共33頁248、絕緣子常見的型號(hào)、參數(shù)l 玻璃絕緣子型號(hào)、參數(shù) 規(guī)格規(guī)格 參數(shù)參數(shù)70kN懸懸式標(biāo)準(zhǔn)型式標(biāo)準(zhǔn)型70kN懸式懸式耐污型耐污型170kN懸式懸式耐污型耐污型2100kN懸懸式標(biāo)準(zhǔn)型式標(biāo)準(zhǔn)型100kN懸懸式耐污型式耐污型1100kN懸懸式耐污型式耐污型2公稱結(jié)構(gòu)高度公稱結(jié)構(gòu)高度H(mm)1461461461

20、46146146絕緣件公稱直徑絕緣件公稱直徑D(mm)255255280255255280最小公稱爬電距離最小公稱爬電距離(mm)320400450320400450機(jī)械破壞負(fù)荷不小于機(jī)械破壞負(fù)荷不小于(kN)707070100100100打擊破壞負(fù)荷不小于（打擊破壞負(fù)荷不小于（Ncm）5655655656786786781h機(jī)電負(fù)荷試驗(yàn)值（機(jī)電負(fù)荷試驗(yàn)值（kN）52.552.552.575.075.075.0聯(lián)結(jié)型式標(biāo)記聯(lián)結(jié)型式標(biāo)記161616161616鎖緊銷型式鎖緊銷型式16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R雷電全波沖擊耐受電壓雷

21、電全波沖擊耐受電壓(峰峰值值) 不小于不小于(kV)100110125100110125工頻擊穿電壓工頻擊穿電壓(有效值有效值)不不小于（小于（kV）130130130130130130工頻工頻1min濕耐受電壓濕耐受電壓(有有效值效值) 不小于（不小于（kV）404545404545單件重量（參考）（單件重量（參考）（kg）3.784.85.34.14.65.4第24頁/共33頁25l復(fù)合絕緣子型號(hào)、參數(shù) 型號(hào)型號(hào) 參數(shù)參數(shù)FXBW1-FXBW1-110/70110/70FXBW2-FXBW2-110/70110/70FXBW3-FXBW3-110/70110/70FXBW4-FXBW4-110/70110/70FXBW1-FXBW1-110/100110/100FXBW2-FXBW2-110/100110/100FXBW3-FXBW3-110/100110/100FXBW4-FXBW4-110/100110/100額定電壓（額定電壓（kVkV）110110110110110110110110110110110110110110110110額定機(jī)械拉伸負(fù)荷額定機(jī)械拉伸負(fù)荷（kNkN）7070707070707070100100100100100100100100結(jié)構(gòu)高度結(jié)構(gòu)高度H H（mmmm）11801180 151512401240 151511801180 15151