载流导体与绝缘子

第七章电缆裸导线绝缘子电力线路是电力网的重要组成部分，其作用是输送和分配电能。电力线路按绝缘方式可分为裸导线和电缆两种。7.1裸导线电力系统中的裸导线有硬导线和软导线两种。其中，位于系统中汇集和分配电能的裸导线称为母线；位于户外长距离输送电能的裸导线称为架空导线，架空导线是架空电力线路的主要组成部件。

母线和电缆的选择一、母线的选择与校验▉母线选择的项目▉母线材料、类型和布置方式▉母线截面的选择

（按最大长期工作电流选择和按经济电流密度选择）▉母线热稳定校验

▉母线动稳定校验二、电缆的选择与校验▉电缆的基本知识▉按结构类型和额定电压选择电缆▉电缆截面选择（按最大长期工作电流选择和按经济电流密度选择）

▉热稳定校验

▉电压损失校验▉母线的选择与校验—母线选择的项目母线选择的项目一般包括：①母线材料、类型和布置方式;②导体截面;③热稳定;④动稳定等项进行选择和校验；⑤对于110kV以上母线要进行电晕的校验；⑥对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。▉母线的选择与校验—母线的材料（1）母线的材料配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜，只有在大电流装置及有腐蚀性气体的屋外配电装置中，才考虑用铜作为母线材料。如特变电工。

▉母线的选择与校验—常用硬母线的类型（2）常用硬母线类型常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形。矩形母线常用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中。单条矩形截面积最大不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用小于4的几条矩形母线并列使用。槽形母线机械强度好，载流量较大，集肤效应系数也较小，一般用于4000~8000A的配电装置中。管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内还可通风和通水冷却，因此，可用于8000A以上的大电流母线。另外，由于圆形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用于110kV及以上配电装置。

▉母线的选择与校验—母线的布置方式

（3）母线的布置方式图7-11为矩形母线的布置方式示意图。当三相母线水平布置时，图7-7(a)与图7-7(b)相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度较低，而后者情况正好相反。图7-7(c)的布置方式兼顾了前二者的优点，但使配电装置的高度增加，所以母线的布置应根据具体情况而定。

▉母线截面选择—按最大长期工作电流选择

除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。1.按最大长期工作电流选择母线长期发热的允许电流Ⅰal，应不小于所在回路的最大长期工作电流Ⅰmax，即KⅠal≥Ⅰmax（7-31）式中Ⅰal—相对于母线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；K—综合修正系数，与环境温度和导体连接方式等有关，其中温度修正系数参考式（7-3）。▉母线截面选择—按经济电流密度选择

2.按经济电流密度选择按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。从降低电能损耗角度看，母线截面越大越好，而从降低投资、折旧费和利息的角度，则希望截面越小越好。综合这些因素，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。表7-7为我国目前仍然沿用的经济电流密度值。▉母线截面选择—按经济电流密度选择表7-7经济电流密度值A/mm2按经济电流密度选择母线截面按下式计算式中Ⅰmax—通过导体的最大工作电流，A；Jec—经济电流密度，A/mm2。▉母线的选择与校验—母线热稳定校验

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（7-33）式中Ⅰ∞—短路电流稳态值（A）Ks—集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以下，Ks=1。tdz—热稳定计算时间，s。C—热稳定系数。▉母线的选择与校验—母线热稳定校验

热稳定系数C值与材料及发热温度有关。C值如表7-8。

▉母线的选择与校验—母线动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

(7-34)式中Kf—母线形状系数，当母线相间距离远大于母线截面周长时，Kf=1。其他情况可由有关手册查得。

l—母线跨距，(m)；

a—母线相间距，(m)。▉母线的选择与校验—母线动稳定校验母线通常每隔一定距离由绝缘瓷瓶自由支撑着。因此当母线受电动力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷均匀分布的梁，当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为

(7-35)

若只有两段跨距时，则

(7-36)式中Fmax——一个跨距长度母线所受的电动力（N）。▉母线的选择与校验—母线动稳定校验母线材料在弯曲时最大相间计算应力为

(7-37)式中W—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，对常遇到的几种情况的计算式列于图7-12中。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（7-38）式中σal一母线材料的允许应力，对硬铝母线σal

=69MPa;

对硬铜母线σal

=137MPa。▉母线的选择与校验—母线动稳定校验图母线抗弯矩W计算表7—12▉母线的选择与校验—母线动稳定校验如果在校验时，，则必须采取措施减小母线的计算应力，具体措施有：将母线由竖放改为平放；放大母线截面，但会使投资增加；限制短路电流值能使大大减小，但须增设电抗器；增大相间距离a；减小母线跨距l的尺寸，此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘瓷瓶之间最大允许跨距，即（7-38）式中F1—单位长度母线上所受的电动力（N/m）当矩形母线水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选取的跨距一般不超过1.5~2m。考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔的宽度。▉电缆的选择与校验—电缆的基本知识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。电力电缆是根据其结构类型、电压等级和经济电流密度来选择，并须校验以其最大长期工作电流、正常运行情况下的电压损失以及短路时的热稳定进行。短路时的动稳定可以不必校验。▉电缆的选择与校验—按结构类型与额定电压选择

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。随着电缆工业的发展，塑料电缆发展很快，其中交联聚乙烯电缆，由于有优良的电气性能和机械性能，在中、低压系统中应用十分广泛。

2.按额定电压选择可按照电缆的额定电压UN不低于敷设地点电网额定电压UNs的条件选择，即UN≥UNs

（7-40）▉电缆的选择与校验—按最大长期工作电流选择电缆截面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。

（1）按最大长期工作电流选择电缆长期发热的允许电流Ⅰal，应不小于所在回路的最大长期工作电流Ⅰmax，即KⅠal

≥Ⅰmax（7-41）式中Ⅰal—相对于电缆允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；K—综合修正系数。▉电缆的选择与校验—按经济电流密度选择电缆截面（2）按经济电流密度选择经济电流密度选择电缆截面时：

(7-41)

按经济电流密度选出的电缆，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。例如计算出Sec为200mm2，选择两根截面为120mm2的电缆为宜。为了不损伤电缆的绝缘和保护层，电缆弯曲的曲率半径不应小于一定值。为此，一般避免采用芯线截面大于185mm2的电缆。

▉电缆的选择与校验—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（7-42）式中C—与电缆材料及允许发热有关的系数，如表7-8所示。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。

▉电缆的选择与校验—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（7-43）式中S—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℃

）。支柱绝缘子和穿墙套管的选择一、绝缘子简介▉支柱绝缘子

户内支柱绝缘子

户外支柱绝缘子▉套管绝缘子

户内套管绝缘子

户外套管绝缘子二、支柱绝缘子和穿墙套管的选择▉支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定性▉支柱绝缘子或穿墙套管上的最大电动力

▉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。

▉户内支柱绝缘子支柱绝缘子又分为户内式和户外式两种。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.户内式支柱绝缘子户内式支柱绝缘子可分为外胶装式、内胶装式及联合胶装式等三种

▉支柱绝缘子

2.户外式支柱绝缘子户外支柱绝缘子有针式和实心棒式两种。图7-6所示为户外支柱绝缘子结构图。主要由绝缘瓷体2、4,铸铁帽5和具有法兰盘的装脚1组成。▉套管绝缘子—户内式套管绝缘子

套管绝缘子简称为套管。套管绝缘子按其安装地点可分户内式和户外式两种。

1.户内式套管绝缘子依其载流导体的特征可分为三种型式：采用矩形截面的载流体、采用圆形截面的载流导体和母线型。前两种套管载流导体与其绝缘部分制做成一个整体，母线型套管本身不带载流导体，使用时将原载流母线装于该套管矩形窗口内。

图7-7为CME-10型母线式套管绝缘子结构，由瓷壳1、法兰盘2、金属帽3等部分组成。金属帽3上有矩形窗口4,窗口为穿过母线的地方,矩形窗口的尺寸决定于穿过套管母线的尺寸和数目。套管的额定电流由穿过母线的额定电流确定。▉套管绝缘子

2.户外式套管绝缘子用于将配电装置中的户内载流导体与户外载流导体之间的连接处，其两端的绝缘按户内外两种要求设计，图7-8中右端为户内部分，表面结构平滑，无伞裙，为户内式套管绝缘子结构；左端为户外部分，瓷体表面有伞裙，为户外式套管绝缘子结构。

▉支柱绝缘子及穿墙套管支柱绝缘子及穿墙套管的动稳定性应满足式（7-27）的要求：

Fal≥Fca

（7-27）式中Fal—支柱绝缘子或穿墙套管的允许荷重。

Fca—加于支柱绝