输电线路设计—绝缘子学习教案

1、会计学1输电线路输电线路(xinl)设计设计绝缘子绝缘子第一页，共33页。2第2页/共33页第二页，共33页。31、绝缘子用途(yngt)架空线路的绝缘子是用来支持导线，它同金具组合将导线固定在杆塔上，并使导线同杆塔可靠绝缘，绝缘子在运行时不仅要承受工作电压的作用，同时要承受操作过电压和雷电(lidin)过电压的作用，加之导线自重、风力、冰雪以及环境温度变化的机械荷载的作用，所以绝缘子不仅要有良好的电气绝缘性能，同时要具有足够的机械强度。高压针式绝缘子多用在10kV直线杆塔上，顶部有一个槽型，将导线放置槽型中进行绑扎，它主要承受导线下压力，其制造安装简单，但耐雷水平(shupng)低、容易闪络

2、，主要用于是10kV线路上，或导线拉力不大的直线杆上。 第3页/共33页第三页，共33页。4绝缘子分类(fn li)绝缘子可按电压等级、使用材料和功能(gngnng)进行分类。 (1)按结构形式可分为针式绝缘子、棒式绝缘子和悬式绝缘子。 (2)按功能(gngnng)不同可分为普通型绝缘子和防污型绝缘子。 (3)按使用材料可分为瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子和复合绝缘子。第4页/共33页第四页，共33页。52、绝缘子的基本(jbn)要求(1)要有良好的绝缘性能，使其在干燥和阴雨的情况下，都能承受标准规定的耐压；(2)绝缘子不但承受导线的垂直荷重和水平荷重，还要承受导线所受的风压和覆冰等外加荷载，因此

3、要求绝缘子必须有足够的机械强度；(3)架空线路处于野外，受环境温度影响(yngxing)较大，要求绝缘子能耐受较大的温度变化而不破裂；(4)绝缘子长期承受高电压和机械力的作用，要求其绝缘性能的老化速度要比较慢，有较长的使用寿命；(5)空气中的腐蚀气体会使绝缘子绝缘性能下降，要求绝缘子应有足够的防污秽和抵御化学气体侵蚀的能力。 第5页/共33页第五页，共33页。63、玻璃(b l)绝缘子l用钢化玻璃做伞裙的悬式绝缘子叫钢化玻璃绝缘子l 是由石英砂、白云石、长石、石灰石和化工原料经过高温熔融成l 液体后冷凝而成的一种均质的非晶体。l玻璃绝缘子主要由铁帽、钢脚、玻璃件、弹簧销组成。l钢化玻璃绝缘子特

4、点：l(1)机械强度高，比瓷质绝缘子的机械强度高12倍；l(2)性能稳定不易老化，其电气性能高于瓷质绝缘子；l(3)生产工序少，生产周期短，便于机械化、自动化生产，生产效率高；l(4)由于钢化玻璃具有透明性，故对伞裙进行外部检查时，容易发现细小(xxio)的裂纹及各种内部缺陷或损伤；第6页/共33页第六页，共33页。7(5)钢化玻璃绝缘子的质量较瓷质绝缘子轻；(6)因钢化玻璃绝缘子具有“自爆”特性，在线路运行中，不需对绝缘子进行预防性测试。在巡视线路时，容易发现损坏的绝缘子，便于及时更换；(7)由于制造设备(shbi)、工艺的原因，钢化玻璃“自爆”率较高，影响钢化玻璃绝缘子的普遍应用。玻璃绝缘

5、子使用注意事项：(1)不宜在居民区使用。(2)污秽严重地区要慎用悬垂 玻璃绝缘子串。(3)“自爆”后应及时更换，以 保证每串最小片数和最小 空气间隙。系统标准电压系统标准电压(kV)(kV)202035356666110110220220330330500500雷电过电压间隙雷电过电压间隙353545456565100100190190230(260)230(260)330(370)330(370)操作过电压间隙操作过电压间隙1212252550507070145145195195270270工频电压间隙工频电压间隙5 5lOlO2020252555559090130130悬垂绝缘子串的悬垂绝

6、缘子串的绝缘子个数绝缘子个数2 23 35 57 7131317(19)17(19)25(28)25(28)线路绝缘子每串最小片数和最小空气(kngq)间隙第7页/共33页第七页，共33页。84、复合(fh)绝缘子l复合绝缘子定义及其特点l复合绝缘子是棒形悬式有机硅橡胶绝缘子的简称。l复合绝缘子与传统的瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子相比，具有质量轻、体积小、便于运输和安装、机械强度高以及耐污秽性能好等优点，同时在运行中可以免清扫(qngso)，免预防性测试，可避免污闪事故。特别适用于城市电网和中等以上污秽地区使用。l由于复合绝缘子的表面多具有憎水性，其表面泄漏状况与瓷绝缘子完全不同。在能源部能源办

7、(1993)45号文关于颁发电力系统电瓷防污有关规定的通知中，暂定复合绝缘子单位泄漏距离(爬电比距)可按瓷绝缘的75设计。第8页/共33页第八页，共33页。9l复合绝缘子结构l复合绝缘子是由伞盘、芯棒及金属端头三部l分组成，对电压等级为11OkV及以上线路使用l的复合绝缘子，为改善其电压分布，在复合l绝缘子两端(或一端)装配有均压环。l复合绝缘子材料及特点l复合绝缘子的伞盘是由硅橡胶为基体的高分子聚合物制成，具有良好的合水性，水在伞盘表面呈水珠状，不会形成放电通路(tngl)。另外，复合绝缘子伞盘还具有优良的耐电腐蚀性和良好的抗氧、抗臭氧及抗老化性能。l复合绝缘子的芯棒采用环氧玻璃纤维棒制成，

8、具有很高的抗张强度，约为普通钢的152倍，为高强度瓷的35倍。芯棒又具有良好的绝缘性能和良好的减振性、抗蠕变性及抗疲劳断裂性能。 第9页/共33页第九页，共33页。10l复合绝缘子均压屏蔽环l 输电线路绝缘子串所承受的电压，并不是均匀l分布于每个绝缘子上，在绝缘子串中间的绝缘子，l所承受的电压比两端的小靠近(kojn)导线的绝缘子承受l的电压最大，而这种电压分布不均匀的情况，随线l路电压的升高而严重，为使绝缘子串电压分布较均l匀，一般要求110kV及以上线路上应装设均压屏蔽环。第10页/共33页第十页，共33页。11l复合(fh)绝缘子金属端头的连接结构1、内楔式 内楔式是将芯棒端部锯开一条切

9、口，在切口压入楔形的金属件，芯棒外部(wib)是一个锥形内腔的套筒。相互之间靠静摩擦力来传递机械负荷。第11页/共33页第十一页，共33页。122、外楔式 外楔式是将套筒做成锥形，套在芯棒的端部，再把三个环形的外楔均匀地插入锥形内腔与芯棒之间。楔片厚度大小非常(fichng)关键。相互之间也是靠静摩擦力来传递机械负荷。第12页/共33页第十二页，共33页。133、压接式 压接式是将套筒套入芯棒后，用专用机械压接后使金属筒体与芯棒连成一体。压接式具有以下特点：1）结构简单、轻巧、外形美观(migun)；2）连接牢固可靠，分散性小；3）便于机械化操作；4）工艺简单、工效高、生产周期短。这种结构型式

10、靠芯棒与金属端头的静摩擦来承受和传递负荷，其摩擦力一般取决于正压力大小。第13页/共33页第十三页，共33页。144、三种结构型式简单分析 内楔式、外楔式和三种连接是通过被连接部件本身的过盈配合来实现的，相互之间是靠静摩擦力来传递机械负荷，在连接区内，芯棒是在应力下受压缩而产生弹性变形，由弹性应力作为产生摩擦力的正压力。压接式端部附件的连接结构，由于应力状态较理想、结构和装配工艺简单，便于电脑监控(jin kn)，连接较理想，综合成本较低，被认为是目前较理想的的连接结构型式。5、复合绝缘子的优缺点 优点：防污性能优越、安装方 便、清扫(qngso)，价格便宜。 缺点：界面击穿、芯棒断裂、 伞裙

11、老化、抗扭性能差， 耐张串上使用不理想。第14页/共33页第十四页，共33页。15l复合绝缘子的机械承载能力l 目前制作复合绝缘子用的芯棒一般(ybn)采用抗拉强度 为800-1000MPa的芯棒。计算时一般(ybn)取值500MPa。Td4 复合绝缘子芯棒的直径(zhjng)d可用以下公式计算：式中，T为设计(shj)抗拉力。例：试计算T=100kN的复合绝缘子需用多大直径的芯棒。 mmd16m 0159. 0105010100463第15页/共33页第十五页，共33页。165、瓷绝缘子l瓷绝缘子采用硅酸盐材料，是由石英砂、l粘土和长石等原料经过球磨、制浆、炼泥、l成形、上釉并经高温烧结而成

12、。l其结构由多晶体、玻璃相和和气孔组成，l是一种非均匀材料。l加工制作容易控制，取材方便，价格便宜，在80年代以前大量使用。l我国80年代以后生产的瓷绝缘子，其年劣化率可稳定在十万分之几，这一指标已接近日本NGK公司生产的十万分之二的水平。l瓷绝缘子优点是劣化率低，一般为十万分之几。l但也存在2方面的致使弱点：一是在污秽潮湿条件下，绝缘子在工频电压作用时绝缘性能急剧下降，常产生局部电弧，严重时会发生闪络；二是绝缘子串或单个绝缘子的电压分布较不均匀，在电场集中的部位常引起(ynq)电晕，因而产生无线电干扰。不均匀的电压分布，加速了瓷体老化。l另外，由于绝缘子零值后需要检测才能发现，所以运行维护工

13、作量大。发生(fshng)污闪后的瓷绝缘子串（ 2003年220kV南北线）第16页/共33页第十六页，共33页。176、三种绝缘子优劣(yu li)性能比较绝缘子种类绝缘子种类优点优点缺点缺点瓷绝缘子长时间的使用经验较全面的质量保障体系有零值绝缘子问题、支持绝缘子的断裂问题、遭外力冲击破碎问题、耐污闪性能不好玻璃绝缘子零值自爆其余优点同电瓷绝缘子遭外力冲击破碎问题耐污闪性能不好自爆率较高复合绝缘子重量轻，易运输和安装耐污闪性能好少维护价格便宜防雷击性能较差（在同样结构距离前提下绝缘距离小）有机绝缘材料的老化问题电弧烧蚀问题脆断问题沿界面击穿问题第17页/共33页第十七页，共33页。187、绝

14、缘子设计(shj)选取l外绝缘选择的一般(ybn)原则1）对绝缘子的选择除应考虑电气特性外，还要考虑机械特性、耐老化能力、运行维护特性以及(yj)价格因素。 性能参数性能参数工程技术人员必须了解的工程技术人员必须了解的必须载明的要求必须载明的要求电气性能安全可靠性耐雷电冲击水平耐操作冲击水平耐污闪能力电击穿强度覆冰桥接性能在线维护的要求干弧距离冲击闪络电压干/湿泄漏距离均压环材料类别机械性能安全可靠性长度限定机械负荷连接长度接头连接形式常规实验载荷对绝缘子的性能要求第18页/共33页第十八页，共33页。192）选择绝缘子首先要确定绝缘子的种类：电瓷、玻璃和复合绝缘子各有优、缺点，选择何种绝缘子

15、要综合考虑它的全面性能、价格、运行维护(wih)的简易程度、使用寿命等因素。l悬式电瓷绝缘子的形状有很多种，我国常用的主要是标准型、钟罩型、空气动力型。空气动力型中，平板型用的较少，双层伞型用的较多，三层伞型出现时间较晚，目前应用还不多。l绝缘子形状的选取和使用地区的地理、气象、污秽等因素有关，价格因素也起重要作用。在清洁地区一般选用标准型，主要考虑的是价格因素。l在沿海污秽能急剧(jj)积聚的地区，钟罩型的使用效果较好，在污秽缓慢积聚的内陆地区，钟罩型绝缘子的下表面会积聚较多的污秽，使其耐污闪能力下降，该型绝缘子在我国的使用效果并不好。l双层伞型绝缘子的自清洗效果较好，在同一地区的积污数量要

16、明显少于钟罩型和标准型绝缘子，表现出较强的耐污闪能力，在我国已大量使用，并取得很好的运行经验，我国一般称之为防污型或防尘型绝缘子主要是指双层伞型绝缘子。3）绝缘子形状(xngzhun)的选取第19页/共33页第十九页，共33页。20l根据(gnj)污区级别和爬电比距确定绝缘子片数或串长输电线路绝缘子的绝缘水平取决于所选取(xunq)绝缘子的种类、形状、结构尺寸和串长，在绝缘子种类、形状和结构尺寸确定的前提下，每串绝缘子的片数由下式确定：mUm/(keL0)式中m为每串绝缘子的片数Um为系统最高运行线电压或者系统的额定线电压（取决于的定义）为绝缘子的爬电比距L0为每片悬式绝缘子的几何爬电距离Ke

17、为绝缘子爬电距离的有效系数爬电比距是根据大量污闪实验结果和运行经验所确定的参数，的大小和污区的级别有关系，二者之间的关系如表3所示。表3的数据取自国家标准GB/T 16434-1996（高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准）Ke的定义为实际采用的绝缘子和标准悬式绝缘子在同样的自然条件下积污，沿单位泄漏距离污闪电压值的比值，通常是小于1 的系数。它同时反映出绝缘子的耐污闪能力和积污特性。Ke的获得需通过大量自然积污和污闪试验获得，可能在不同污源地区Ke值是不同的，目前我国尚未给出不同绝缘子的Ke值，这对该工程设计方法的实际应用造成困难，通常对Ke值都取为1，这进一步增加了该设

18、计方法的不确定性。第20页/共33页第二十页，共33页。21污区的划分(hu fn)方法外绝缘污秽等级 污湿特征 线路爬电比距（cm/kV)盐密，mg/cm2 220kV及以下0 大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区0.03 1.39 I 大气轻度污染地区,工业区和人口低密集区,离海岸盐场10km50km地区。在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时 0.030.06 1.391.74(1.602.00)II 大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3000-10Km地区。在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）但雨量较少时 0.060.10 1.742.17(2.002.

19、50)III 大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场1Km-3Km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污染源和炉烟污秽300m-1500m的较严重污秽地区 0.100.25 2.172.78(2.503.20)IV 大气特别严重污染地区，离海岸盐场1Km以内，离化学污染源和炉烟污秽300m以内的地区 0.250.35 2.783.30(3.203.80)线路和发电厂、变电所污秽(whu)等级 l污区的划分主要根据运行经验、湿污特征以及等值盐密的测量值这三个因素。规程规定污区的划分应以前两个因素为主，最后一个因素-等值盐密的测量仅作为参考因素。实际上往往以后一个因素为最主要判断依据，因

20、为只有这个因素是定量的，容易操作。l划分污区的实际执行情况和制定(zhdng)划分污区的原则并不相符，其原因主要是前两个因素是定性的，难以操作。我国目前正开展测量饱和盐密的工作，推荐以饱和盐密代替基于一年一清扫测出的盐密，按现行运行规程规定，输电线路的绝缘子要作到一年一清扫，然而实际执行很困难，而且难以保证清扫质量。l以饱和盐密划分污区比较符合我国大部分地区的实际清扫情况。进行绝缘设计时不应该以一年一清扫作为设计依据，清扫只能作为辅助手段，以饱和盐密划分污区，无疑比以前的方法有进步，体现出为运行部门留出适当绝缘裕度的思想。第21页/共33页第二十一页，共33页。22l根据机械(jxi)强度验算

21、第22页/共33页第二十二页，共33页。23l根据(gnj)耐雷水平确定第23页/共33页第二十三页，共33页。248、绝缘子常见的型号、参数(cnsh) 玻璃绝缘子型号、参数(cnsh) 规格规格 参数参数70kN悬悬式标准型式标准型70kN悬式悬式耐污型耐污型170kN悬式悬式耐污型耐污型2100kN悬悬式标准型式标准型100kN悬悬式耐污型式耐污型1100kN悬悬式耐污型式耐污型2公称结构高度公称结构高度H(mm)146146146146146146绝缘件公称直径绝缘件公称直径D(mm)255255280255255280最小公称爬电距离最小公称爬电距离(mm)3204004503204

22、00450机械破坏负荷不小于机械破坏负荷不小于(kN)707070100100100打击破坏负荷不小于（打击破坏负荷不小于（Ncm）5655655656786786781h机电负荷试验值（机电负荷试验值（kN）52.552.552.575.075.075.0联结型式标记联结型式标记161616161616锁紧销型式锁紧销型式16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R16W或或16R雷电全波冲击耐受电压雷电全波冲击耐受电压(峰峰值值) 不小于不小于(kV)100110125100110125工频击穿电压工频击穿电压(有效值有效值)不不小于（小于（kV）130

23、130130130130130工频工频1min湿耐受电压湿耐受电压(有有效值效值) 不小于（不小于（kV）404545404545单件重量（参考）（单件重量（参考）（kg）3.784.85.34.14.65.4第24页/共33页第二十四页，共33页。25l复合(fh)绝缘子型号、参数 型号型号 参数参数FXBW1-FXBW1-110/70110/70FXBW2-FXBW2-110/70110/70FXBW3-FXBW3-110/70110/70FXBW4-FXBW4-110/70110/70FXBW1-FXBW1-110/100110/100FXBW2-FXBW2-110/100110/100

24、FXBW3-FXBW3-110/100110/100FXBW4-FXBW4-110/100110/100额定电压（额定电压（kVkV）110110110110110110110110110110110110110110110110额定机械拉伸负荷额定机械拉伸负荷（kNkN）7070707070707070100100100100100100100100结构高度结构高度H H（mmmm）11801180 151512401240 151511801180 151512401240 151511801180 151512401240 151511801180 151512401240 1515最小