載流導體與絕緣子

第七章電纜裸導線絕緣子電力線路是電力網(wǎng)的重要組成部分，其作用是輸送和分配電能。電力線路按絕緣方式可分為裸導線和電纜兩種。7.1裸導線電力系統(tǒng)中的裸導線有硬導線和軟導線兩種。其中，位于系統(tǒng)中匯集和分配電能的裸導線稱為母線；位于戶外長距離輸送電能的裸導線稱為架空導線，架空導線是架空電力線路的主要組成部件。

母線和電纜的選擇一、母線的選擇與校驗▉母線選擇的項目▉母線材料、類型和布置方式▉母線截面的選擇

（按最大長期工作電流選擇和按經(jīng)濟電流密度選擇）▉母線熱穩(wěn)定校驗

▉母線動穩(wěn)定校驗二、電纜的選擇與校驗▉電纜的基本知識▉按結(jié)構(gòu)類型和額定電壓選擇電纜▉電纜截面選擇（按最大長期工作電流選擇和按經(jīng)濟電流密度選擇）

▉熱穩(wěn)定校驗

▉電壓損失校驗▉母線的選擇與校驗—母線選擇的項目母線選擇的項目一般包括：①母線材料、類型和布置方式;②導體截面;③熱穩(wěn)定;④動穩(wěn)定等項進行選擇和校驗；⑤對于110kV以上母線要進行電暈的校驗；⑥對重要回路的母線還要進行共振頻率的校驗。▉母線的選擇與校驗—母線的材料（1）母線的材料配電裝置的母線常用導體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低，機械強度大，抗腐蝕性能好，是首選的母線材料。但是銅在工業(yè)和國防上的用途廣泛，還因儲量不多，價格較貴，所以一般情況下，盡可能以鋁代銅，只有在大電流裝置及有腐蝕性氣體的屋外配電裝置中，才考慮用銅作為母線材料。如特變電工。

▉母線的選擇與校驗—常用硬母線的類型（2）常用硬母線類型常用的硬母線截面有矩形、槽形和管形。矩形母線常用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中。單條矩形截面積最大不超過1250mm2。當工作電流超過最大截面單條母線允許電流時，可用小于4的幾條矩形母線并列使用。槽形母線機械強度好，載流量較大，集膚效應系數(shù)也較小，一般用于4000~8000A的配電裝置中。管形母線集膚效應系數(shù)小，機械強度高，管內(nèi)還可通風和通水冷卻，因此，可用于8000A以上的大電流母線。另外，由于圓形表面光滑，電暈放電電壓高，因此可用于110kV及以上配電裝置。

▉母線的選擇與校驗—母線的布置方式

（3）母線的布置方式圖7-11為矩形母線的布置方式示意圖。當三相母線水平布置時，圖7-7(a)與圖7-7(b)相比，前者散熱較好，載流量大，但機械強度較低，而后者情況正好相反。圖7-7(c)的布置方式兼顧了前二者的優(yōu)點，但使配電裝置的高度增加，所以母線的布置應根據(jù)具體情況而定。

▉母線截面選擇—按最大長期工作電流選擇

除配電裝置的匯流母線及較短導體(20m以下)按最大長期工作電流選擇截面外，其余導體的截面一般按經(jīng)濟密度選擇。1.按最大長期工作電流選擇母線長期發(fā)熱的允許電流Ⅰal，應不小于所在回路的最大長期工作電流Ⅰmax，即KⅠal≥Ⅰmax（7-31）式中Ⅰal—相對于母線允許溫度和標準環(huán)境條件下導體長期允許電流；K—綜合修正系數(shù)，與環(huán)境溫度和導體連接方式等有關(guān)，其中溫度修正系數(shù)參考式（7-3）。▉母線截面選擇—按經(jīng)濟電流密度選擇

2.按經(jīng)濟電流密度選擇按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面可使年綜合費用最低，年綜合費用包括電流通過導體所產(chǎn)生的年電能損耗費、導體投資和折舊費、利息等。從降低電能損耗角度看，母線截面越大越好，而從降低投資、折舊費和利息的角度，則希望截面越小越好。綜合這些因素，使年綜合費用最小時所對應的母線截面稱為母線的經(jīng)濟截面，對應的電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。表7-7為我國目前仍然沿用的經(jīng)濟電流密度值。▉母線截面選擇—按經(jīng)濟電流密度選擇表7-7經(jīng)濟電流密度值A(chǔ)/mm2按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面按下式計算式中Ⅰmax—通過導體的最大工作電流，A；Jec—經(jīng)濟電流密度，A/mm2。▉母線的選擇與校驗—母線熱穩(wěn)定校驗

按正常電流及經(jīng)濟電流密度選出母線截面后，還應按熱穩(wěn)定校驗。按熱穩(wěn)定要求的導體最小截面為（7-33）式中Ⅰ∞—短路電流穩(wěn)態(tài)值（A）Ks—集膚效應系數(shù)，對于矩形母線截面在100mm2以下，Ks=1。tdz—熱穩(wěn)定計算時間，s。C—熱穩(wěn)定系數(shù)。▉母線的選擇與校驗—母線熱穩(wěn)定校驗

熱穩(wěn)定系數(shù)C值與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)。C值如表7-8。

▉母線的選擇與校驗—母線動穩(wěn)定校驗各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上，當沖擊電流通過母線時，電動力將使母線產(chǎn)生彎曲應力，因此必須校驗母線的動穩(wěn)定性。安裝在同一平面內(nèi)的三相母線，其中間相受力最大，即

(7-34)式中Kf—母線形狀系數(shù)，當母線相間距離遠大于母線截面周長時，Kf=1。其他情況可由有關(guān)手冊查得。

l—母線跨距，(m)；

a—母線相間距，(m)。▉母線的選擇與校驗—母線動穩(wěn)定校驗母線通常每隔一定距離由絕緣瓷瓶自由支撐著。因此當母線受電動力作用時，可以將母線看成一個多跨距載荷均勻分布的梁，當跨距段在兩段以上時，其最大彎曲力矩為

(7-35)

若只有兩段跨距時，則

(7-36)式中Fmax——一個跨距長度母線所受的電動力（N）。▉母線的選擇與校驗—母線動穩(wěn)定校驗母線材料在彎曲時最大相間計算應力為

(7-37)式中W—母線對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)，又稱抗彎矩（m3），其值與母線截面形狀及布置方式有關(guān)，對常遇到的幾種情況的計算式列于圖7-12中。要想保證母線不致彎曲變形而遭到破壞，必須使母線的計算應力不超過母線的允許應力，即母線的動穩(wěn)定性校驗條件為（7-38）式中σal一母線材料的允許應力，對硬鋁母線σal

=69MPa;

對硬銅母線σal

=137MPa。▉母線的選擇與校驗—母線動穩(wěn)定校驗圖母線抗彎矩W計算表7—12▉母線的選擇與校驗—母線動穩(wěn)定校驗如果在校驗時，，則必須采取措施減小母線的計算應力，具體措施有：將母線由豎放改為平放；放大母線截面，但會使投資增加；限制短路電流值能使大大減小，但須增設電抗器；增大相間距離a；減小母線跨距l(xiāng)的尺寸，此時可以根據(jù)母線材料最大允許應力來確定絕緣瓷瓶之間最大允許跨距，即（7-38）式中F1—單位長度母線上所受的電動力（N/m）當矩形母線水平放置時，為避免導體因自重而過分彎曲，所選取的跨距一般不超過1.5~2m?？紤]到絕緣子支座及引下線安裝方便，常選取絕緣子跨距等于配電裝置間隔的寬度。▉電纜的選擇與校驗—電纜的基本知識電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護層幾個部分。供配電系統(tǒng)中常用的電力電纜，按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。按其采用的絕緣介質(zhì)分油浸紙絕緣和塑料絕緣兩大類。電纜制造成本高，投資大，但是具有運行可靠、不易受外界影響、不需架設電桿、不占地面、不礙觀瞻等優(yōu)點。電力電纜是根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型、電壓等級和經(jīng)濟電流密度來選擇，并須校驗以其最大長期工作電流、正常運行情況下的電壓損失以及短路時的熱穩(wěn)定進行。短路時的動穩(wěn)定可以不必校驗。▉電纜的選擇與校驗—按結(jié)構(gòu)類型與額定電壓選擇

1.按結(jié)構(gòu)類型選擇電纜（即選擇電纜的型號）根據(jù)電纜的用途、電纜敷設的方法和場所，選擇電纜的芯數(shù)、芯線的材料、絕緣的種類、保護層的結(jié)構(gòu)以及電纜的其它特征，最后確定電纜的型號。常用的電力電纜有油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜和橡膠電纜等。隨著電纜工業(yè)的發(fā)展，塑料電纜發(fā)展很快，其中交聯(lián)聚乙烯電纜，由于有優(yōu)良的電氣性能和機械性能，在中、低壓系統(tǒng)中應用十分廣泛。

2.按額定電壓選擇可按照電纜的額定電壓UN不低于敷設地點電網(wǎng)額定電壓UNs的條件選擇，即UN≥UNs

（7-40）▉電纜的選擇與校驗—按最大長期工作電流選擇電纜截面3.電纜截面的選擇一般根據(jù)最大長期工作電流選擇，但是對有些回路，如發(fā)電機、變壓器回路，其年最大負荷利用小時數(shù)超過5000h，且長度超過20m時，應按經(jīng)濟電流密度來選擇。

（1）按最大長期工作電流選擇電纜長期發(fā)熱的允許電流Ⅰal，應不小于所在回路的最大長期工作電流Ⅰmax，即KⅠal

≥Ⅰmax（7-41）式中Ⅰal—相對于電纜允許溫度和標準環(huán)境條件下導體長期允許電流；K—綜合修正系數(shù)。▉電纜的選擇與校驗—按經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面（2）按經(jīng)濟電流密度選擇經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面時：

(7-41)

按經(jīng)濟電流密度選出的電纜，必須按最大長期工作電流校驗。按經(jīng)濟電流密度選出的電纜，還應決定經(jīng)濟合理的電纜根數(shù)，截面S≤150mm2時，其經(jīng)濟根數(shù)為一根。當截面大于150mm2時，其經(jīng)濟根數(shù)可按S/150決定。例如計算出Sec為200mm2，選擇兩根截面為120mm2的電纜為宜。為了不損傷電纜的絕緣和保護層，電纜彎曲的曲率半徑不應小于一定值。為此，一般避免采用芯線截面大于185mm2的電纜。

▉電纜的選擇與校驗—熱穩(wěn)定校驗電纜截面熱穩(wěn)定的校驗方法與母線熱穩(wěn)定校驗方法相同。滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面可按下式求得（7-42）式中C—與電纜材料及允許發(fā)熱有關(guān)的系數(shù)，如表7-8所示。驗算電纜熱穩(wěn)定的短路點按下列情況確定:（1）單根無中間接頭電纜，選電纜末端短路;長度小于200m

的電纜，可選電纜首端短路。（2）有中間接頭的電纜，短路點選擇在第一個中間接頭處。（3）無中間接頭的并列連接電纜，短路點選在并列點后。

▉電纜的選擇與校驗—電壓損失校驗正常運行時，電纜的電壓損失應不大于額定電壓的5%，即（7-43）式中S—電纜截面（mm2）

ρ—電纜導體的電阻率，鋁芯ρ=0.035Ωmm2/m（50℃

）；銅芯ρ=0.0206Ωmm2/m（50℃

）。支柱絕緣子和穿墻套管的選擇一、絕緣子簡介▉支柱絕緣子

戶內(nèi)支柱絕緣子

戶外支柱絕緣子▉套管絕緣子

戶內(nèi)套管絕緣子

戶外套管絕緣子二、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇▉支柱絕緣子和穿墻套管的動穩(wěn)定性▉支柱絕緣子或穿墻套管上的最大電動力

▉絕緣子簡介

絕緣子俗稱為絕緣瓷瓶,它廣泛地應用在發(fā)電廠和變電所的配電裝置、變壓器、各種電器以及輸電線之中。用來支持和固定裸載流導體，并使裸導體與地絕緣,或者用于使裝置和電氣設備中處在不同電位的載流導體間相互絕緣。因此,要求絕緣子必須具有足夠的電氣絕緣強度、機械強度、耐熱性和防潮性等等。絕緣子按安裝地點,可分為戶內(nèi)(屋內(nèi))式和戶外(屋外)式兩種。按結(jié)構(gòu)用途可分為支持絕緣子和套管絕緣子。

▉戶內(nèi)支柱絕緣子支柱絕緣子又分為戶內(nèi)式和戶外式兩種。戶內(nèi)式支柱絕緣子廣泛應用在3~110kV各種電壓等級的電網(wǎng)中。

1.戶內(nèi)式支柱絕緣子戶內(nèi)式支柱絕緣子可分為外膠裝式、內(nèi)膠裝式及聯(lián)合膠裝式等三種

▉支柱絕緣子

2.戶外式支柱絕緣子戶外支柱絕緣子有針式和實心棒式兩種。圖7-6所示為戶外支柱絕緣子結(jié)構(gòu)圖。主要由絕緣瓷體2、4,鑄鐵帽5和具有法蘭盤的裝腳1組成。▉套管絕緣子—戶內(nèi)式套管絕緣子

套管絕緣子簡稱為套管。套管絕緣子按其安裝地點可分戶內(nèi)式和戶外式兩種。

1.戶內(nèi)式套管絕緣子依其載流導體的特征可分為三種型式：采用矩形截面的載流體、采用圓形截面的載流導體和母線型。前兩種套管載流導體與其絕緣部分制做成一個整體，母線型套管本身不帶載流導體，使用時將原載流母線裝于該套管矩形窗口內(nèi)。

圖7-7為CME-10型母線式套管絕緣子結(jié)構(gòu)，由瓷殼1、法蘭盤2、金屬帽3等部分組成。金屬帽3上有矩形窗口4,窗口為穿過母線的地方,矩形窗口的尺寸決定于穿過套管母線的尺寸和數(shù)目。套管的額定電流由穿過母線的額定電流確定。▉套管絕緣子

2.戶外式套管絕緣子用于將配電裝置中的戶內(nèi)載流導體與戶外載流導體之間的連接處，其兩端的絕緣按戶內(nèi)外兩種要求設計，圖7-8中右端為戶內(nèi)部分，表面結(jié)構(gòu)平滑，無傘裙，為戶內(nèi)式套管絕緣子結(jié)構(gòu)；左端為戶外部分，瓷體表面有傘裙，為戶外式套管絕緣子結(jié)構(gòu)。

▉支柱絕緣子及穿墻套管支柱絕緣子及穿墻套管的動穩(wěn)定性應滿足式（7-27）的要求：

Fal≥Fca

（7-27）式中Fal—支柱絕緣子或穿墻套管的允許荷重。

Fca—加于支柱絕