输电线路设计—绝缘子分解

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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。
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根据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： m≥λUm/(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λ的定义） λ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λ是根据大量污闪实验结果和运行经验所确定的参数，λ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 164341996（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计方法的不确定性。
输电线路设计
—— 绝缘子
张鸣
2011年7月22日
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1、绝缘子的用途、分类
2、绝缘子的基本要求
7、绝缘子设计选取
8、绝缘子常见的型号、
3、玻璃绝缘子
4、复合绝缘子
参数
9、绝缘子常见的故障
5、瓷绝缘子
6、三种绝缘子优劣性能 比较
形式
10、绝缘子串
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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。
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6、三种绝缘子优劣性能比较
绝缘子种类 瓷绝缘子 优点 长时间的使用经验 较全面的质量保障体系 缺点 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 重量轻，易运输和安装 耐污闪性能好 少维护 价格便宜
遭外力冲击破碎问题 耐污闪性能不好 自爆率较高 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
复合绝缘子
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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
性能参数 工程技术人员必须了解的 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
3）绝缘子形状的选取




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。 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。
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。
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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。
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要检测才能发现，所以运行维护工作量大。
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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。
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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：
d
4T
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。
d
4 100 103
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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1．5～2倍，为高强度瓷的3～5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。
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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。
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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。相互之间也是靠静摩 擦力来传递机械负荷。
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复合绝缘子均压屏蔽环
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。
(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。
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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：
(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：线路绝缘子每串最小片数和最小空气间隙
(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。
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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；
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0.0159 m 16mm
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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、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。
发生污闪后的瓷绝缘子串（ 2003年220kV南北线）
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污区的划分方法
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，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。