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1、1,输电线路设计,2011年7月22日,张 鸣, 绝缘子,2,1、绝缘子的用途、分类 2、绝缘子的基本要求 3、玻璃绝缘子 4、复合绝缘子 5、瓷绝缘子 6、三种绝缘子优劣性能比较,7、绝缘子设计选取 8、绝缘子常见的型号、 参数 9、绝缘子常见的故障 形式 10、绝缘子串,3,4,1、绝缘子用途,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
2、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，但耐雷水平低、容易闪络，主要用于是10kV线路上，或导线拉力不大的直线杆上。,5,绝缘子分类,绝缘子可按电压等级、使用材料和功能进行分类。 (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。,6,2、绝缘子的基本要求,(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
3、和覆冰等外加荷载，因此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。,7,3、玻璃绝缘子,用钢化玻璃做伞裙的悬式绝缘子叫钢化玻璃绝缘子 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 液体后冷凝而成的一种均质的非晶体。 玻璃绝缘子主要由铁帽、钢脚、玻璃件、弹簧销组成。 钢化玻璃绝缘子特点： (1)机械强度高，比瓷质绝缘子
4、的机械强度高12倍； (2)性能稳定不易老化，其电气性能高于瓷质绝缘子； (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； (4)由于钢化玻璃具有透明性，故对伞裙进行外部检查时，容易发现细小的裂纹及各种内部缺陷或损伤；,8,(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、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
5、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。,线路绝缘子每串最小片数和最小空气间隙,9,4、复合绝缘子,复合绝缘子定义及其特点 复合绝缘子是棒形悬式有机硅橡胶绝缘子的简称。 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，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。 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(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
6、)可按瓷绝缘的75设计。,10,复合绝缘子结构 复合绝缘子是由伞盘、芯棒及金属端头三部 分组成，对电压等级为11OkV及以上线路使用 的复合绝缘子，为改善其电压分布，在复合 绝缘子两端(或一端)装配有均压环。 复合绝缘子材料及特点 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。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。 复合绝缘子的芯棒采用环氧玻璃纤维棒制成，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。,11,复合
7、绝缘子均压屏蔽环 输电线路绝缘子串所承受的电压，并不是均匀 分布于每个绝缘子上，在绝缘子串中间的绝缘子， 所承受的电压比两端的小靠近导线的绝缘子承受 的电压最大，而这种电压分布不均匀的情况，随线 路电压的升高而严重，为使绝缘子串电压分布较均 匀，一般要求110kV及以上线路上应装设均压屏蔽环。,12,复合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口，在切口压入楔形的金属件，芯棒外部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。,13,2、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。楔片厚度大小非常关键。相互之
8、间也是靠静摩擦力来传递机械负荷。,14,3、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； 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。,15,4、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
9、较理想、结构和装配工艺简单，便于电脑监控，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，价格便宜。 缺点：界面击穿、芯棒断裂、 伞裙老化、抗扭性能差， 耐张串上使用不理想。,16,复合绝缘子的机械承载能力 目前制作复合绝缘子用的芯棒一般采用抗拉强度 为800-1000MPa的芯棒。计算时一般取值500MPa。,复合绝缘子芯棒的直径d可用以下公式计算：,式中，T为设计抗拉力。,例：试计算T=100kN的复合绝缘子需用多大直径的芯棒。,17,5、瓷绝缘子,瓷绝缘子采用硅酸盐材料，是由石英砂、 粘土和长石等原料经过球磨、
10、制浆、炼泥、 成形、上釉并经高温烧结而成。 其结构由多晶体、玻璃相和和气孔组成， 是一种非均匀材料。 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。 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。 瓷绝缘子优点是劣化率低，一般为十万分之几。 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。 另外，由于绝缘子零值后需
11、要检测才能发现，所以运行维护工作量大。,发生污闪后的瓷绝缘子串（ 2003年220kV南北线）,18,6、三种绝缘子优劣性能比较,19,7、绝缘子设计选取,外绝缘选择的一般原则,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、运行维护特性以及价格因素。,对绝缘子的性能要求,20,2）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，选择何种绝缘子要综合考虑它的全面性能、价格、运行维护的简易程度、使用寿命等因素。,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，
12、目前应用还不多。 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。 在沿海污秽能急剧积聚的地区，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。 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）绝缘子形状的选取,21,根据污区级别和爬电比距确定绝缘子片数或串长,输电
13、线路绝缘子的绝缘水平取决于所选取绝缘子的种类、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
14、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计方法的不确定性。,22,污区的划分方法,线路和发电厂、变电所污秽等级,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，因为只有这个因素是定量的
15、，容易操作。 划分污区的实际执行情况和制定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。 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。,23,根据机械强度验算,24,根据耐雷水平确定,25,8、绝缘子常见的型号、参数 玻璃绝缘子型号、参数,26,复合绝缘子型号、参数,27,玻璃绝缘子自爆,9、绝缘子常见的故障形式,28,29,复合绝缘子芯棒脆断、沿面击穿、雷击,30,瓷绝缘子闪络,31,绝缘子异常发热,32,10、绝缘子串,33,8、绝缘子串,
