项目四 载流导体的运行与维护

内容提要：母线是发电机、变压器、配电装置以及各种电器设备连接的导体，处于配电装置的中心环节，作用重要。本任务要求根据工程项目的具体情况合理选择母线材料、截面形状及布置方式；正确的进行安装与维护，以确保母线安全可靠和经济运行。项目名称载流导体的运行与维护载流导体的运行与维护母线

母线：在发电厂和变电站的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各种电器装置连接的导体。母线的作用：汇集、分配和传送电能。

母线的概念与作用母线母线包括：一次设备部分的主母线和设备连接线；

站用电部分的交流母线；直流系统的直流母线；二次部分的小母线等；1.使用材料分类

铜母线

铜具有导电率高、机械强度高、耐腐蚀等优点，但在工业上有很多重要用途，而且产量少，价格贵，故主要用在易腐蚀的地区（如化工厂附近或沿海地区等）。

母线的结构类型—敞露母线1.使用材料分类

铝的导电率仅次于铜，且质轻、价廉、产量高，在屋内和屋外配电装置中广泛采用。母线的结构类型—敞露母线铝母线铝合金母线

有铝锰合金和铝镁合金两种。铝锰合金母线载流量大，但强度较差，采用一定的补强措施后可广泛使用；铝镁合金母线机械强度大，但载流量小，焊接困难，使用范围较小。

钢母线

钢的机械强度大，但导电性差，仅用在高压小容量电路（如电压互感器回路以及小容量厂用、所用变压器的高压侧）、工作电流不大于200A的低压电路、直流电路以及接地装置回路中。

母线的结构类型2.按截面形状分类（1）矩形截面母线

常用在35kV及以下、持续工作电流在4000A及以下的屋内配电装置中。散热条件好，集肤效应小，安装简单，连接方便。当工作电流超过最大截面的单条母线之允许电流时，每相可用两条或三条矩形母线固定在支持绝缘子上，每相矩形母线的条数不宜超过三条

2.按截面形状分类（2）圆形截面母线

用在110kV及以上的户外配电装置中以防止发生电晕现象。（3）槽形截面母线

常用在35kV及以下，持续工作电流在4000～8000A的配电装置中。优点：电流分布均匀，集肤效应小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高。2.按截面形状分类（4）管形截面母线

常用在35kV及以下，持续工作电流在4000～8000A的配电装置中。优点：电流分布均匀，集肤效应小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高。2.按截面形状分类（5）绞线圆形软母线

钢芯铝绞线由多股铝线绕单股或多股钢线的外层构成，一般用于35kV及以上屋外配电装置中。组合导线由多根铝绞线固定在套环上组合而成，用于发电机与屋内配电装置或屋外主变压器之间的连接。（二）封闭母线

用外壳将母线封闭起来，用于单机容量在200MW以上的大型发电机组、发电机与变压器之间的连接线以及厂用电源和电压互感器等分支线。塑料外壳母线和金属外壳母线母线的结构类型1.封闭母线的结构类型（1）按外壳材料分（二）封闭母线

母线的结构类型1.封闭母线的结构类型（2）按外壳与母线间的结构形式分

1）不隔相式封闭母线

2）隔相式封闭母线

3）分相封闭式母线（二）封闭母线

三相母线设在没有相间板的公共外壳内，只能防止绝缘子免受污染和外物所造成的母线短路，而不能消除发生相间短路的可能性，也不能减少相间电动力和钢构的发热。母线的结构类型

1）不隔相式封闭母线（二）封闭母线

三相母线设在相间有金属（或绝缘）隔板的金属外壳之内，可较好地防止相间故障，在一定程度上减少母线电动力和周围钢构的发热，但是仍然可能发生因单相接地而烧穿相间隔板造成相间短路的故障。母线的结构类型2）隔相式封闭母线（二）封闭母线

每相导体分别用单独的铝制圆形外壳封闭。根据金属外壳各段的连接方法，又可分为分段绝缘式和全连式两种。母线的结构类型3）分相封闭式母线2.全连式分相封闭母线的基本结构（1）载流导体（2）支柱绝缘子（3）保护外壳（4）伸缩补偿装置（5）密封隔断装置母线的结构类型2.全连式分相封闭母线的基本结构（1）载流导体

一般用铝制成，采用空心结构以减小集肤效应。当电流很大时可采用水内冷圆管母线。母线的结构类型（2）支柱绝缘子

采用多棱边式结构以加长漏电距离，每个支持点可采用一个至四个绝缘子支持。一般采用三个绝缘子支持的结构，具有受力好、安装检修方便、可采用轻型绝缘子等优点。2.全连式分相封闭母线的基本结构（3）保护外壳

由5～8毫米的铝板制成圆管形，在外壳上设置检修与观察孔。母线的结构类型(4）伸缩补偿装置

在一定长度范围内设置焊接的伸缩补偿装置；在与设备连接处适当部位设置螺栓伸缩补偿装置。2.全连式分相封闭母线的基本结构（5）密封隔断装置

封闭母线靠近发电机端及主变压器接线端和厂用高压变压器接线端，采用大口径绝缘板作为密封隔断装置，并用橡胶圈密封，以保证区内的密封维持微正压运行的需要。母线的结构类型3.全连式分相封闭母线的特点优点：（1）运行安全、可靠性高（2）母线附近钢构中的损耗和发热显著减小（3）短路时母线之间的电动力大为减小（4）母线的载流量可做到很大缺点：（1）有色金属消耗约增加—倍。（2）外壳产生损耗，母线功率损耗增加—倍。（3）相同截面母线载流量减小。

各相的外壳相互分开，母线封闭于外壳中，不受自然环境和外物的影响，能防止相间短路，同时外壳多点接地，保证了人员接触外壳的安全。

三相外壳短接，铝壳电阻很小，外壳上感应产生与母线电流大小相近而方向相反的环流，环流的屏蔽作用使壳外磁场减小到敞露母线的10%以下，壳外钢构发热可忽略不计。

当母线通过三相短路电流时，由一相电流产生的磁场，经其外壳环流屏蔽削弱后所剩余的磁场再进入别相外壳时，还将受到该相外壳涡流的屏蔽作用，使进入壳内磁场明显减弱，作用于该相母线电动力一般可减小到敞露母线电动力的1/4左右。同时，各壳间电动力也减小很多。母线和外壳可兼作强迫冷却的管道。母线的结构类型（三）绝缘母线

由导体、环氧树脂渍纸绝缘、地屏、端屏、端部法兰和接线端子构成，最适用于紧凑型变电站、地下变电所及地铁用变电站，占地面积减少，运行可靠。

母线的结构类型（三）绝缘母线主要优点

绝缘母线尤其是绝缘铜管母线作为矩形母线的替代产品具有以下特点：（1）载流量大。绝缘铜管母线的主体为空心铜管或铝合金管，表面积大，相对常规矩形母线，其导体表面电流密度分布均匀，最高额定电流可达12000A。母线的结构类型（2）绝缘性能好。绝缘铜管母线采用密封屏蔽绝缘方式，外壳接地电位为零，母线表面电场分布均匀，电气绝缘性能强。可以直接通过电缆沟和电缆夹层。（3）机械强度高。绝缘铜管母线主体允许应力为矩形母线的4倍，可承受的短路电流大，机械强度高，使得母线支撑跨距最大可达8m。（4）散热好、温升低。绝缘铜管母线为空心导体，母线两端开有通风孔，内径风道能自然形成热空气对流，散热条件相比常规母线要好。（5）损耗低。绝缘铜管母线的外形决定了其表面集肤效应系数低，KF<1，交流电阻小，因而母线的功率损失小。母线的绝缘层的介质损耗低于0.01%。（6）绝缘材料耐热系数高。绝缘母线的主绝缘材料为聚四氟乙烯，有优良的电气性能和化学稳定性，可在正常工作，介质损耗小、阻燃、耐老化。配合其他绝缘材料，产品的使用寿命不小于30年。（7）抗电气震动能力强。动稳定试验结果表明，电压10kV、额定电流4000A的绝缘铜管母线，可承受63kA（持续时间4s）短路电流冲击。其可以直接将母线固定在钢构架上或混凝土支架上，取消穿墙套管和支柱绝缘子，具有较强的抗震动能力。（8）不受环境干扰，可靠性高。绝缘铜管母线的每相是封闭屏蔽绝缘，内部无凝露产生，且消除了外界潮气、灰尘以及外物所引起的接地和相间短路故障，运行具有高度的可靠性。（9）母线架构简明、布置清晰、安装方便、维护工作量少。产品一次安装成功，终身免维护。在国外，此类产品已经有几十年的运行历史和经验，而国内由于进入此领域时间较短，以及技术研发能力、绝缘材料的局限等多方面原因，目前生产、应用主要集中在0.4～35kV电压等级的产品。35kV以上应用实例较少。本节结束THANKYOUFORYOURATTENTION

载流导体的运行与维护母线的布置母线的布置1.母线的布置（1）水平布置竖放式：散热条件好，母线的额定允许电流较其他放置方式要大，但机械强度不是很好。平放式：载流量不大，机械强度较高。三相母线固定在支持绝缘子上，具有同一高度。母线的布置1.母线的布置（2）垂直布置三相母线分层安装，采用竖放式垂直布置，散热性强，机械强度和绝缘能力较高。母线的布置1.母线的布置（3）槽形母线布置

槽形母线均采用竖放式，每相均由两条相同母线之间每隔一段距离用焊接片进行连接，构成一个整体。母线的布置1.母线的布置（4）软母线的布置

一般为三相水平布置，用绝缘子悬挂。2.母线的相序排列要求（1）上、下布置的交流母线，由上到下排列为U、V、W相；直流母线正极在上，负极在下。（2）水平布置的交流母线，由盘后向盘面排列U、V、W相；直流母线正极在后，负极在前。（3）引下线的交流母线，由左到右排列为U、V、W相；直流母线正极在左，负极在前右。母线的布置3.母线的着色（1）三相交流母线：U相—黄色，V相—绿色，W相—红色。（2）单相交流母线：从三相母线分支来的应与引出相颜色相同（3）直流母线：正极—赭色，负极—蓝色。（4）直流均衡汇流母线及交流中性汇流母线：不接地者—紫色，接地者—紫色带黑色横条软母线因受温度影响而伸缩较大以及各股绞线常有相对扭动都会破坏着色层，故不需着色。母线的布置本节结束THANKYOUFORYOURATTENTION母线的选择载流导体的运行与维护母线选择的一般项目

◆母线材料、类型和布置方式

◆

导体截面

◆

热稳定

◆

动稳定

◆

对于110kV以上母线要进行电晕的校验

◆

对重要回路的母线还要进行共振频率的校验

按最大长期工作电流选择

母线长期发热的允许电流

，应不小于所在回路的最大长期工作电流

按经济电流密度选择

使年综合费用最小时所对应的母线截面称为母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。母线截面选择按经济电流密度选择母线截面时由下式计算母线截面选择—通过导体的最大工作电流（A）；—经济电流密度，A/mm2

按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为母线热稳定校验

各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此必须校验母线的动稳定性。

安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，即母线动稳定校验

当母线受电动力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷分布均匀的梁。母线动稳定校验

当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为

当只有两段跨距时，则母线材料在弯曲时最大相间计算应力为

式中

—母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，又称抗弯矩（m3），其值与母线截面形状及布置方式有关。

母线动稳定校验

抗弯矩（m3），其值与母线截面形状及布置方式有关。

母线动稳定校验要想保证母线不致弯曲变形而遭到破坏，必须使母线的计算应力不超过母线的允许应力，即母线的动稳定性校验条件为。案例剖析

查手册选用截面为2×

(80×8)=1280mm2的矩形母线。按导体平放，其Ial=1858A(25℃)，Kf=1.27，截面系数W=bh2/3

解

(1)按经济电流密度选择母线截面。根据Tmax=3200h查得J=1.06(A/mm2)，求得母线经济截面：

满足母线正常发热要求。

(2)校验母线热稳定

短路前母线工作温度

查表得C＝92，满足热稳定要求的母线最小截面

所选截面S=2×80×8=1280mm2>214.8mm2，满足要求。

(3)校验母线动稳定

结论：可不考虑母线共振问题。考虑母线共振影响导线断面二次矩导体（母线）固有频率m4

(3)校验母线动稳定

显然计算应力

小于允许应力

，满足动稳定要求截面系数

根据额定电压(10.5kV)和屋内装设的要求，选用ZB-10Y型支柱绝缘子，其抗弯破坏负荷Fp=3677N。作用在绝缘子上的电动力

因母线为两片平放，此时F′=F，

满足动稳定要求。（4）母线支柱绝缘子选择本节结束THANKYOUFORYOURATTENTION载流导体的运行与维护电缆的选择电缆概述

电缆的基本结构包括导电芯、绝缘层、铅包（或铝包）和保护层几个部分。供配电系统中常用的电力电缆，按其缆芯材料分为铜芯和铝芯两大类。按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘和塑料绝缘两大类。电缆制造成本高，投资大，但是具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点。1.按结构类型选择电缆（即选择电缆的型号）

根据电缆的用途、电缆敷设的方法和场所，选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其它特征，最后确定电缆的型号。常用的电力电缆有油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和橡胶电缆等。电缆的选择2.按额定电压选择

可按照电缆的额定电压

不低于敷设地点电网额定电压

的条件选择，即电缆的选择电缆的选择3.电缆截面的选择

一般根据最大长期工作电流选择，但是对有些回路，如发电机、变压器回路，其年最大负荷利用小时数超过5000h，且长度超过20m时，应按经济电流密度来选择。电缆的选择3.电缆截面的选择（1）按最大长期工作电流选择

电缆长期发热的允许电流

，应不小于所在回路的最大长期工作电流

，即电缆的选择（2）按经济电流密度选择

按经济电流密度选择电缆截面，依据下式计算电缆的选择（2）按经济电流密度选择

按经济电流密度选出的电缆，还必须按最大长期工作电流校验。按经济电流密度选出的电缆，还应决定经济合理的电缆根数，截面S≤150mm2时，其经济根数为一根。当截面大于150mm2时，其经济根数可按S/150决定。热稳定校验

电缆截面热稳定的校验方法与母线热稳定校验方法相同。满足热稳定要求的最小截面可按下式求得

C—与电缆材料及允许发热有关的系数。热稳定校验验算电缆热稳定的短路点按下列情况确定:（1）单根无中间接头电缆，选电缆末端短路；长度小于200m的电缆，可选电缆首端短路。（2）有中间接头的电缆，短路点选择在第一个中间接头处。（3）无中间接头的并列连接电缆，短路点选在并列点后。电压损失校验

正常运行时，电缆的电压损失应不大于额定电压的5%，即式中

—电缆截面（mm2）

ρ—电缆导体的电阻率，铝芯ρ=0.035Ωmm2/m（50℃）；铜芯ρ=0.0206Ωmm2/m（50℃）。【例】某变电所10kV电压母线用双回电缆线路向一重要用户供电，用户最大负荷5400kW，功率因数

，最大负荷利用小时数为5200h/年，当一回电缆线路故障时，要求另一回仍能供给80%的最大负荷。线路直埋地下，长度为1200m，电缆净距为200mm，土壤温度为10℃，热阻系数

，短路电流

，

，

，短路切除时间为2s，试选择该电缆。

案例剖析解：正常情况下每回路的最大持续工作电流为

根据最大负荷利用小时数查表得

直接埋地敷设一般选用钢带铠装电缆，每回路选用两根三芯油浸纸绝缘铝芯铝包铠装防腐电缆，每根允许载流量为

，最高允许温度为60，额定环境温度为25

短路热效应

满足热稳定要求的最小截面：电压损失校验根据上述计算，所选电缆满足要求。本节结束THANKYOUFORYOURATTENTION绝缘子的选择

载流导体的运行与维护绝缘子简介绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电所的配电装置、变压器、各种电器以及输电线之中。用来支持和固定裸载流导体，并使裸导体与地绝缘,或者用于使装置和电气设备中处在不同电位的载流导体间相互绝缘。因此,要求绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性等等。绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外)式两种。按结构用途可分为支持绝缘子和套管绝缘子。户内支柱绝缘子户内式支柱绝缘子广泛应用在3~110kV各种电压等级的电网中。1—磁体；2—铸铁底座；3—铸铁帽；4—水泥胶合剂；5—铸铁配件；6—螺孔

户外式支柱绝缘子