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用于电力工程的绝缘子


用于电力工程的绝缘子
瓦屋山民 一、概述 (一)绝缘子的定义、作用和组件 在电力学科中,绝缘子的定义是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间,能够耐受电压 和机械应力作用的器件。 绝缘子在电力系统中起着两个基本作用,一是支撑导体,承受机械应力的作用;二是防止电流在不同 电位的导体之间流动或回地,耐受电压的作用。 绝缘子在电力系统中应用很广,一般属于外绝缘,在大气

条件下工作。架空输电线路、发电厂和变电 所的母线和各种电气设备的外部带电导体均须用绝缘子支持,并使之与大地(或接地物)或其他有电位差 的导体绝缘。在环境和机电负荷条件发生变化引起各种机电应力变化时,绝缘子不应该失效,否则就会影 响电力设备的使用和运行寿命。 绝缘子一般由绝缘件和金具(金属附件)用胶合剂胶合或机械卡装而成,只有全瓷式瓷横担、蝴蝶式 绝缘子、蝴蝶式瓷绝缘子和线轴式瓷绝缘子、拉线绝缘子、鼓形绝缘子、瓷夹板和瓷管等产品为单个的绝 缘件,根据需要与螺栓、垫圈等其它材料配套安装。 (二) 绝缘子的分类方法与类别。 1.按照制造绝缘子的绝缘材料可分为瓷绝缘子,钢化玻璃绝缘子,合成绝缘子,半导体绝缘子。 2.按照绝缘体内最短击穿距离是否小于外部空气中的闪络距离的一半,分为可击穿型和不可击穿型。 3.按结构形式可分为柱式(支柱)绝缘子、悬式绝缘子、蝴蝶式绝缘子、针式绝缘子、横担绝缘 子、棒形绝缘子和套管绝缘子等。 4.按应用场合可分为线路绝缘子和电站、电器绝缘子。其中用于线路的可击穿型绝缘子有针式、 蝶形、盘形悬式,不可击穿型有瓷横担、复合横担和棒形悬式。用于电站、电器的可击穿型绝缘子有 针式支柱、空心支柱和套管,不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。 5.按照使用电压分为低压(交流 1000 V 及以下,直流 1500 V 及以下)绝缘子和高压(交流 1000 V 以上,直流 1500V 以上)绝缘子,其中高压绝缘子中又有超高压(交流 330kV 和 500 kV ,直流 500 kV)和特高压(交流 750kV 和 1000kV ,直流 800kV )之分。 6.按照使用环境分为户内绝缘子和户外绝缘子。 根据上述分类方法,一般将绝缘子分为以下几类: 1.高压线路类绝缘子 ①高压线路刚性绝缘子:包括针式瓷绝缘子、瓷横担绝缘子和蝶式瓷绝缘子等,使用时直接用绝缘子 自身的钢脚或螺栓固定在杆塔上。 高压线路瓷横担绝缘子按结构形式可分为全瓷式、胶装式、单臂式和 V 形四种;按安装形式可分为直 立式和水平式两种;按标准雷电冲击全波耐受电压可分为 165kV、185kV、250kV、265kV 四级(原按 50% 全波冲击闪络电压可分 185kV、2l0kV、280kV、380kV、450kV、6l0kV 等六级) 。瓷横担用于高压架空输 配电线路,可代替针式和悬式绝缘子,还可减小电杆和横担长度。 高压线路蝶式瓷绝缘子按额定电压分 6kV、l0kV 两级。用于架空输配电线路终端,耐张及转角杆上作 为绝缘和固定导线之用。同时也广泛用作与线路悬式绝缘子相配合,简化金具结构。 ②高压线路悬式绝缘子:包括盘形悬式瓷绝缘子、盘形悬式玻璃绝缘子、瓷拉棒和地线绝缘子等。 高压线路盘形悬式瓷绝缘子分普通型和耐污型两种。 用于高压和超高压输电线路, 供悬挂或张紧导线, 并使其与杆塔绝缘。悬式绝缘子机电强度高,通过不同的串组就能适用于各种电压等级,适用各种强度需 要,使用最为广泛。普通型适用于一般工业区。耐污型与普通型绝缘子相比,具有较大的爬电距离和便于 风雨清洗的造型,适用于沿海、冶金粉末、化工污秽以及较严重工业污秽地区。耐污型绝缘子在上述地区 使用时,可以缩小杆塔尺寸,具有较大的经济价值。 高压线路盘形悬式玻璃绝缘子与高压线路盘形悬式瓷绝缘子用途基本相同。玻璃绝缘子具有机械强度

高、耐机械冲击、冷热性能好、寿命长、电气性能和耐雷击性优良等特点,并且在运行损坏时,其伞盘自 动破碎,容易发现,大大减少了绝缘探测工作量。 高压线路瓷拉棒绝缘子,用于 l0kV 及以下小截面导线的架空电力线路的终端杆、耐张杆及转角杆上, 作绝缘和固定导线用。可以代替部分蝶式瓷绝缘子和盘形悬式瓷绝缘子使用。 ③电气化铁路接触网用棒式瓷绝缘子。 2、低压线路类绝缘子 ①低压线路针式、蝶式、线轴式瓷绝缘子:低压线路针式瓷绝缘子使用在 1kV 以下架空电力线路中作 绝缘和固定导线用。低压线路蝶式瓷绝缘子和线轴式瓷绝缘子供配电线路终端、耐张及转角杆上作为绝缘 和固定导线用。 ②架空线路拉紧瓷绝缘子:用于交、直流架空配电线路和通信线路终端、转角或大跨距电杆的平衡电 杆所受拉力的拉线的上、下把间,使下部拉线与上部拉线绝缘。 ③电车线路用绝缘子:用作电车线路绝缘和张紧导线或用于电车和电站上作导电部分的绝缘和支撑 物。 ④通信线路针式瓷绝缘子:用于架空通信线路中绝缘和固定导线。 ⑤布线用绝缘子:包括鼓形绝缘子、瓷夹板和瓷管等,用于低压布线。 3、高压电站类绝缘子 ①电站用高压户内支柱绝缘子:用于工频额定电压 6~35kV 户内电站、变电所的电器设备母线和配电 装置上。作为高压导电部分的绝缘支持物。它一般安装在海拔高度不超过 1000m,环境温度为-40~40℃, 并应在不受污秽和凝露的条件下使用,特殊设计的高原型可用于海拔 3000m 及 5000m 地区。 ②户外针式支柱绝缘子:适用于交流额定电压为 3~220kV,安装地点周围环境温度为-40~+40℃及海 拔高度不超过 1000m 的电器的绝缘部分或配电装置上,作绝缘和固定导体用。 ③户外棒式支柱绝缘子:用于高压电器和高压配电装置,起绝缘和固定导体作用。已大量代替户外针 式支柱绝缘子的使用。 ④防污型户外棒式支柱绝缘子:适用于覆盐密度在 0.1mg/cm?以内的中等污区,作为高压电器和配电 装置的绝缘和固定用。 ⑤高压穿墙套管:包括户内穿墙套管、户外穿墙套管、母线穿墙套管和油纸电容式穿墙套管等。 ⑥电器瓷套:包括变压器瓷套、开关瓷套、互感器瓷套等。 变压器瓷套包括电力变压器和试验变压器用套管瓷套及支柱瓷套两大类。 开关瓷套包括多油断路器瓷套、少油断路器瓷套、负荷开关瓷套、防爆开关瓷套、隔离开关瓷套、空 气断路器瓷套等。主要用作开关的高压引线对地的绝缘及作断路器绝缘和内绝缘的容器。 互感器瓷套用作电流互感器和电压互感器的绝缘元件。 (三 )绝缘子的性能。 1、电气性能。因浮尘等污秽在绝缘子表面附着形成电的通路,被绝缘子两端电压击穿的现象称为 爬电。沿绝缘表面放电的距离即爬电距离,简称爬距。爬电比距是单位电压的爬电距离,即爬电比距 = 爬电距离 /系统最高电压,以 cm/kV 为单位。 沿着绝缘表面发生的破坏性放电称为闪络,闪络特性是绝缘子的主要电气性能。对于不同电压等 级,绝缘子的耐受电压要求各不相同,其指标有工频干、湿耐压、雷电冲击耐压、雷电冲击截波耐压、 操作冲击耐压等。为避免在运行中击穿,绝缘子的击穿电压要高于闪络电压。在出厂试验中,可击穿 型的瓷绝缘子一般经过火花试验,即加高压使绝缘表面发生频繁的火花,维持一定时间,看是否被击 穿。某些绝缘子还需经过电晕试验,无线电干扰试验,局部放电试验和介质损耗试验等。高海拔地区 绝缘子,因空气密度下降而使电气强度下降,因此,其耐受电压换算到标准大气条件时应相应提高。 污秽绝缘子受潮时的闪络电压大大低于其干、湿闪络电压,因此,污秽地区须加强绝缘或采用耐污型 绝缘子,其爬电比距应较正常型高。直流绝缘子与交流绝缘子比较,其电场分布较差,又有吸附污粒 和电解作用,闪络电压较低,一般要求有特殊的结构设计和更大的爬电距离。 绝缘子的污闪。在工业区、山区和交通要道等附近运行的绝缘子,常受到工业污染或自然界灰尘、鸟 粪等污染。在干燥情况下,这些附着在绝缘子表面的污染物电阻一般都很大,对运行暂时没有造成什么危

险。但当空气湿度较大时,绝缘子表面的污染物被湿润,其表面导电率剧增,使绝缘子在工频和操作冲击 电压下的闪络电压显著降低,甚至可以使绝缘子在工频电压下就发生闪络。在毛毛雨、大雾等不利的天气 条件下,绝缘子表面闪络时发出“吱吱”声,在晚上巡查时,可以看到明显的闪光。这类闪络称为污闪。 绝缘子表面污闪的形成。在潮湿污秽的绝缘子表面,在电压作用下,流经绝缘子表面污秽层的泄漏电 流使污层加热。由于污染物在绝缘子表面是分布不均匀的,也由于绝缘子的结构复杂,造成了各部分电流 密度不一样,污层的加热也是不平衡的。在电流密度最大且污层较薄的部分,水分迅速蒸发、变干,电阻 也就增大,沿面电压的分布亦随之改变,大部分电压降落在这些部分。结果这些部分就可能出现火花放电 通道,形成局部电弧。由于火花放电通道的电阻低于原来干燥部分的表面电阻,使泄漏电流增大,从而使 污层进一步干燥。与此同时,局部电弧根部附近的表面也迅速受热变干,使电弧变长。总之,全部表面的 干燥将使电阻增大泄漏电流减小,而局部电弧的伸长则使泄漏电流增大。如果总的结果是泄漏电流减小, 则局部电弧将熄灭;如果总的结果是泄漏电流增大,则局部电弧将继续伸长,发展到沿整个绝缘子表面的 闪络,以致引发线路故障。 绝缘子表面污闪的因素和防止发生污闪的措施。局部电弧的产生及其参数与污层分布等因素有关,且 具有一定的随机性,所以污闪也是一种随机事件。电压增高则污闪的概率增大,因这时泄漏电流增大,造 成由局部电弧发展为闪络。而如果增大绝缘子沿面泄漏距离或爬电距离,则可使泄漏电流减少,从而降低 闪络的概率。绝缘子表面的干燥过程需要一定的时间,在短时过电压作用下,上述产生污闪的过程来不及 发展,因此闪络电压要比长时间作用电压下来得高。尤其是在雷电冲击电压下,由于时间极短,绝缘子表 面潮湿和污染实际上不会对闪络电压产生影响,即和表面干燥时的闪络电压一致。 为了减少污闪事故,保证电力系统的安全运行,应当根据不同的大气污染情况,采取相应的绝缘。目 前,我国用爬电比距来估计绝缘子的耐污性能。为了防止爬电,在设计时根据不同污秽等级选用不同的 泄漏比距。在一般无明显污染地区,绝缘子串采用的最小爬电比距是 16mm/kV,对于大气污染地区,则 按照污染程度划分不同的等级,分别采用较大的爬电距离。 对于运行中的线路,为了防止绝缘子的污闪,可以采取以下措施: 1)定期对绝缘子进行清扫,或采取带电冲洗的办法; 2)绝缘子表面涂上一层憎水性的防尘涂料。常用的有有机硅脂、地蜡涂料等。这样,绝缘子表面就 不易形成连续的水膜,从而减小泄漏电流,使闪络电压不致降低; 3)加强绝缘或采用防污绝缘子。加强绝缘最简单的办法是增加绝缘子的长度,以增大爬电距离;还 可以采用爬电距离比一般绝缘子大得多的防污绝缘子; 4)采用新型的半导体釉绝缘子。这种绝缘子釉层的表面电阻率为 106~108Ω.m,在运行中因通过电流 而发热,使表面始终保持干燥,同时使表面电压分布较均匀,从而能保持较高的闪络电压。 绝缘子的电气性能故障有闪络和击穿两种。闪络发生在绝缘子表面,可见到烧伤痕迹,通常并不失掉 绝缘性能;击穿发生在绝缘子的内部,通过铁帽与铁脚间瓷体放电,外表可能不见痕迹,但已失去绝缘性 能,也可能因产生电弧使绝缘子完全破坏。对于击穿,应注重检查铁脚的放电痕迹和烧伤情况,以便针对 不同的情况对绝缘子设计进行修改。 绝缘子的绝缘电阻测量和判断。绝缘电阻测量是对瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子、复合绝缘子的绝缘电 阻的测量。测量的目的是检查绝缘子的绝缘状况,发现绝缘子的绝缘劣化和绝缘击穿等缺陷。35~220kV 架空送电线路的绝缘子绝缘电阻测量推荐使用 5000V 兆欧表进行测量。 绝缘电阻合格的标准:(1)新装绝缘子的绝缘电阻应大于或等于 500MΩ。(2)运行中绝缘子的绝缘电阻 应大于或等于 300MΩ。 绝缘子劣化判定原则:(1)绝缘子绝缘电阻小于 300MΩ,而大于 240MΩ 可判定为低值绝缘子。(2)绝缘 子绝缘电阻小于 240MΩ 可判定为零值绝缘子。 2、机械性能。绝缘子在运行中常受到导线的重力和张力、风力、覆冰重量、绝缘子自重、导线振 动、设备操作机械力、短路电动力、地震和其他机械力的作用,这些力作用于绝缘子的不同部位时表 现为不同的形式,如压力、拉力、弯矩、扭矩等。有关标准对机械性能规定有严格的要求。 3、 热性能。 户外绝缘子要求有耐受温度急变的能力。 例如瓷绝缘子要求经几次冷热循环而不开裂。 绝缘套管因有电流通过,其零部件和绝缘件的温升以及容许短时电流值均须符合有关标准的规定。

(四) 不同材料绝缘子的特点。 1、瓷绝缘子。瓷绝缘子以铝矾土、高岭土、长石等天然矿物为主要原料,经过粉碎、按配方比例 均匀混合,加工成一定形状后,在高温下烧结而成表面复盖有一层玻璃质的平滑薄层釉的绝缘子。经过这 些工艺所制得的绝缘子,是由许多微晶聚集的多晶体构成,这就不可避免的存在着晶界。晶界不仅在绝缘 子烧结过程中起着重要作用,而且还对烧结体物理、化学性能有很大影响。 瓷绝缘子的绝缘体根据化学成分分为普通瓷、高硅瓷和高铝瓷,都具有刚度好、硬度高、抗压强 度高,熔点高、且在高温下具有极好的化学稳定性,线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,具有良好 的尺寸稳定性;具有良好的电绝缘性;在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力等特点, 因此成为使用最早的绝缘子材料。 瓷绝缘子劣化受多方面因素的影响,既与制造厂家选用的材料、配方、工艺流程有关,也与运行环境 以及运行中承受的抗电负荷甚至外力的作用有关。如果绝缘子在制作过程中配方不当,工艺流程中原料混 合不均匀,焙烧火力不足等,使绝缘子易形成吸湿性气孔。而结构不合理,或者成型时失误、受力不均等, 也会使绝缘子内部存在内应力,而导致绝缘子产生裂纹、气隙,以至劣化。绝缘子与其金属附件的连接, 一般用水泥作为胶合剂。 水泥本身吸收水分和 CO2 后, 体积会变大, 水泥吸收的水分也会反复冻结和融解, 促使绝缘子劣化。而水泥干燥、凝结,不但会形成吸湿性气孔,而且会产生很多的裂缝。 瓷和玻璃的物理性能
材料 普通瓷 高硅瓷 高铝瓷 高碱玻璃 密度 kg/m 2300~2440 2330~2420 2500~2800 2400~2600 介电系数 6~7 6~7 6.5~7.5 6.8~8.6 击穿强度 kV/mm 25~35 25~30 25~35 35~50 20℃电阻率 Ω.m ≮10 ≮10 ≮10
10 11 11 11 13

抗弯强度 N/mm? 70~90 90~115 120~170 50~70*

抗拉强度 N/mm? 25~35 30~40 45~65 20~38*

抗压强度 N/mm? 400~500 500~600 700~800 600~700

比热 W/( g.℃) 0.84~0.92 0.84~0.92 0.84~0.92 0.84~0.86

导热系数 W/( m.s.℃) 1.1~1.7 1.1~1.7 1.1~1.7 0.88~0.96

10 ~10

*高碱玻璃经过钢化处理后,抗弯强度提高 2~3 倍,抗拉强度提高 3~4 倍。

2、钢化玻璃绝缘子。玻璃属于非晶体结构,是没有固定熔点的硅酸盐化合物,结构致密,质地均匀, 产生于易控制的连续生产工艺。 钢化玻璃一般用钢化能力系数大的高碱玻璃制造, SiO2 是构成玻璃的骨架, 其他氧化物填充于骨架之中,并由化学键连接起来,相互作用大,不易被电场极化,表现出很好的惰性, 是理想的绝缘材料。用来制造玻璃绝缘子的原料,就其本身成份来说,比制造电瓷用的原料更为稳定,为 稳定玻璃的电气特性和机械特性创造了良好的条件。由于玻璃的透明性,在外形检验时容易发现细小裂缝 以及各种内部缺陷和损伤。 钢化玻璃绝缘子的绝缘件。 将成型的普通玻璃绝缘件加热至接近软化点时, 在玻璃表面急速冷却, 使压缩应力分布在玻璃表面,而张引应力则在中心层,因为有强大的压缩应力,使外压所产生的张引 应力被玻璃强大的压缩应力所抵消,就成为钢化玻璃绝缘子的绝缘体。通过钢化处理,有三个作用: 。 ①强度提高:钢化后玻璃的机械强度、抗冲击性、抗弯强度能够达到普通玻璃的 2~4 倍,弯曲抗压强 度不小于 122.5N/mm?。②热稳定性提高:钢化玻璃可以承受巨大的温差而不会破损,抗拒变温差能 力是同等厚度普通玻璃的 3 倍,可承受 200℃的温差变化。③安全性提高:钢化玻璃受强力破损后, 迅速呈现微小钝角颗粒,从而最大限度地保证人身安全。因为用玻璃生产形状复杂的和大型的制品比较 困难,一般多限于生产线路绝缘子。 由于玻璃绝缘子表层的机械强度高,使表面不易发生裂缝。玻璃的电气强度一般在整个运行期间保持 不变,并且其老化过程比瓷要缓慢得多,因此玻璃绝缘子主要由于自损坏而报废,在运行第一年内发生, 可是瓷绝缘子的缺陷只有在运行几年以后才开始发现。这里所说的老化是指电气性能老化,即介质在电场 的长时间作用下,会逐渐发生某些物理化学变化而使介质发生不可逆的劣化,最终导致介质被击穿。根据 法国塞迪维尔公司对马来西亚 132kV 输电线路运行了 27 年后的绝缘子的测试,其机械和电气性能都无明 显改变。而同期使用的瓷绝缘子,在运行一段时间后,其机电性能明显下降。 采用钢化玻璃绝缘子,可以取消在运行过程中对绝缘子进行的带电定期预防性试验。这是因为钢化玻 璃的每种损坏都会造成绝缘子的破坏,运行人员在地面或在直升机上巡线时很容易发现它,无需登杆逐片 检测,降低了工人的劳动强度。当绝缘子损坏时,钢帽和铁脚附近的玻璃碎片被卡住,绝缘子剩余部分的

机械强度足以防止绝缘子串断脱。 在运行中玻璃绝缘子遭受雷电烧伤的新表面仍是光滑的玻璃体,并有钢化内应力保护层,因此,它仍 保持了足够的绝缘性能和机械强度。 钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强,但是在温差变化大时有自爆(自己破裂)的可能性。钢化玻璃 绝缘子的自爆原因可能有以下几种: 1) 制造原因:玻璃中含有杂质和结瘤,若分布在内张力层即可在较短时间 30~60 天内发生自爆。 2) 质量原因:运行中的绝缘子因含有杂质,分布在外张力层,即在冷热温差状态下,特别是突然冷却 时,并在稳定机械荷载下,在 1~2 年内会发生自爆。 3) 零值自爆:运行中钢化玻璃绝缘子因表面积污严重,受潮后引起局部放电或单片爬电导致发热,引 起绝缘下降,而发生自爆。 3、复合绝缘子。复合绝缘子是由绝缘芯棒、硅橡胶伞套以及两端的连接金具三个部分组成。 绝缘芯棒是环氧树脂玻璃纤维引拔棒的简称,它是复合绝缘子的骨架,起着支撑伞套、内绝缘、联接 两端金具,以及承受机械负荷等多重作用,具有很高的抗张强度,一般可达 600MPa 以上,是普通钢材的 2 倍,瓷材料的 5~8 倍,并具有良好的介电性能和耐化学侵蚀性,还有良好的抗弯曲疲劳,抗蠕变和抗冲 击性。 硅橡胶伞套是以高分子聚合物硅橡胶为基体,辅以阻燃剂,抗老化剂,偶联剂等填料经高温高压硫化 而成,具有良好的憎水性和迁移性,以及良好的耐腐蚀,耐老化,电绝缘等性能,并且具有很高的污闪电 压和耐碎性能,电压分布均匀,与瓷相比其在同等条件下闪络电压是瓷的 2 倍以上。主要起着保护芯棒, 遮挡雨雪,增大爬电距离和产品外绝缘的作用。 联接金具与芯棒连在一起,通过别的金具把导线连接于杆塔的挂线点上。 二、架空线路类绝缘子 架空线路中所用绝缘子,常用的有悬式绝缘子、针式绝缘子、蝶式绝缘子、瓷横担绝缘子和拉紧 绝缘子等。悬式绝缘子据其绝缘件的形状又分为盘形和棒形等型式。

(一) 盘形悬式绝缘子。盘形悬式绝缘子也称为悬瓶,由绝缘件(如瓷件、玻璃件)和金属附件(钢脚、 铁帽)用胶合剂胶合而成。将瓷体与附件胶合连接的材料,一般利用高标号的硅酸盐水泥,配合瓷粉瓷砂 作为填充材料。 盘形悬式绝缘子有多种承受张力级别,最大机电破坏负荷达到 500kN 以上,可分别满足不同导线的荷 载要求,有多种伞型结构以适应不同的电流种类和环境,因此可以根据不同电压、不同荷载和环境条件的 需要组装成串,而在输电线路中普遍使用。

盘形悬式绝缘子的结构 球型连接 槽型 (C 型 )连接 混合型 (T 型 )连接 悬式瓷绝缘子分为交流系统用绝缘子和直流系统用绝缘子两种。高电阻绝缘材料配方、特殊的伞形结 构和金属附件的防腐蚀设计都需要满足交流和直流输电对产品老化的性能的苛刻要求。 1、盘形悬式绝缘子的连接方式。盘形悬式绝缘子的连接方式有球窝型连接和槽型连接。球窝型连 接的铁帽上端为碗头(球窝) ,钢脚下端为球头,绝缘子与绝缘子之间或绝缘子与金具之间连接时,将球 头套入球窝后穿入 W 型或 R 型钢销防止脱落。球窝连接没有方向性,挠度大,可转动,并且装卸方便,

有利于带电作业,通常多采用这种连接结构。槽型的铁帽上端为双联板,钢脚下端为单联板,绝缘子与 绝缘子之间或绝缘子与金具之间用带开口销孔的圆柱销或螺栓连接。槽型结构金具较简单,一般用在架空 地线和配电线路上。 为了适应特殊情况的需要, 许多厂家还生产一种混合型的绝缘子, 其铁帽上端为碗头, 钢脚下端为法兰。为了防止金属附件的腐蚀,铁帽和钢脚等铁件都采用热镀锌处理,大负荷绝缘子的 R 型 钢销用不锈钢制造。 2、绝缘件的伞型。为了给各种不同地区和不同电流种类线路的使用提供合理的选择方案,悬式绝缘 子有多种伞形结构设计。 普通型悬式绝缘子。 该伞形的绝缘子是使用历史最悠久的一种悬式绝缘子, 它的特点是结构形状简单, 造价低,适合清洁地区选择使用。它们通常被使用在交流输电线路上。 钟罩型(H 型)悬式绝缘子。该伞形绝缘子有着较长的伞下棱,产品可以实现较大的爬电距离,伞下 的内腔不易受潮,有较高的污秽耐受电压,更适合在沿海、多雾潮湿和盐碱地区的交、直流输电线路上使 用。耐污型钢化玻璃绝缘子多采用这种伞型。 草帽型(M 型)悬式绝缘子。这种伞形的绝缘子也被称作“空气动力型(A 型)”, 伞下光滑无棱,流线 型结构,自洁性很好,积污量小,它们适应各种运行条件尤其是重污秽、高海拔和沙漠干燥地区的交、直 流输电线路。该种产品的伞盘直径特别的大,使用特点是将其穿插在交、直流线路绝缘子悬垂串的上部和 中部,特大的盘径结构可以起到抑制冰溜和鸟粪造成的线路污闪络情况发生。

普通型

鈡罩型(H 型)

草帽型(M 型)(空气动力型(A 型))

双伞型 三伞型 悬垂式地线绝缘子 耐张式地线绝缘子 双伞型、三伞型(W 型)悬式绝缘子。这两种形状的产品因伞下平滑无棱并成开放形,因此其风雨自 洁性能好,自然积污率低,再加上较大的爬电距离,使产品具有良好的污耐压水平,在多粉尘的环境下使 用更能发挥伞形结构的优越性。耐污型瓷绝缘子多采用这两种伞型。 3、盘形悬式绝缘子的型号。中国现行的盘形悬式绝缘子的型号由字母和数字组成,其代表意义 如下表所示。 绝缘材料 L-钢化玻璃 瓷不表示 型式 X-悬式 XD-地线用 悬式 伞型 W-双、三伞型 H-鈡罩型 M-草帽型 普通型不表示 额定负荷类别 P-按机电破坏 负荷值表示 设计序号 数字, 首次设计 不表示 额定负荷 kN 数 连接方式 C-槽形 球窝形不表示 T-铁帽球窝 铁脚法兰

例如,XP-70 表示普通型悬式瓷绝缘子,机电破坏负荷不小于 70kN 。LYHP-100 表示鈡罩型悬式 钢化玻璃绝缘子,机电破坏负荷不小于 100kN。由于生产厂不同,所编制的产品型号也有所变化。 近年来,绝缘子生产厂引进了不同的钢化玻璃绝缘子生产线,使钢化玻璃绝缘子的产品型号呈现 多样化的现象,下面列出了悬式钢化玻璃绝缘子几种型号的对照表。 标准型

主要技术参数(mm) 型号 机械 破坏负荷 结构高度 盘径 泄漏距离 IEC 国际电工 40kN 110 100 127 140 70kN 146 146 127 100kN 120kN 146 127 146 127 170 155 160kN 146 170 155 146 210kN 240kN 170 280 400 450 400 450 380 300kN 400kN 530kN 195 205 240 320 360 380 485 550 600 U300B U400B U210B 380 400 255 320 U70BL U70BS U100BL U101BS U120BL U120BS U160BL U160B U160BS 175 195 190 可用 LXY-70 替代

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TU70/127/VRCG TU70/140/VRCG TU70/146/VRCG LXY1-70 LXY2-70 LXY-100 LXY-120 LXY-160 FC70/146 FC70/127 TU70/146/CG TU70/127/CG

FC100/146 TU100/146/VMCG FC100/127 TU100/127/VMCG FC120/146 FC120/127 FC160/170 TU120/146/CG TU120/127/CG

LXY3-160 FC160/155 LXY4-160 FC160/146 TU160/170/CG TU160/155/CG TU160/146/CG LXY3-210 FC210/170 LXY4-210 LXY-240 LXY2-240 TU240/170/CG LXY3-310 FC300/195 LXY-400 LXY-530 FC400/205 TU300/195/CG FC240/170 TU210/170/CG

防污型 主要技术参数(mm) 型号 机械 破坏负荷 结构高度 盘径 泄漏距离 IEC 国际电工 南京电气 自贡塞迪维尔 255 70kN 280 320 330 255 100 kN 280 146 320 330 255 280 120 kN 320 330 400 450 550 612 400 450 550 612 400 450 550 612 615 LXHY-120 LXHY-100 U70BLP LXHY4-70 LXHY5-70 FC70P/146 FC70P/146 FC70SPE/146 FC70P/146 TU100/146/VLMCG U100BLP LXHY4-100 FC100P/146 TU100P/146/VLMCG LXHY5-100 FC100PL/146 FC100SPE/146 FC12P/146 TU120/146/VLCG TU120P/146/CG U120BLP LXHY4-120 FC120P/146 LXHY5-120 FC120PL/146 FC120SPE/146 TU120F/146/CG 天津迪艾夫 TU70/146/VLMCG TU70P/146/VLMCG

LXHY6-70 FC70PL/146

155 170 160 kN 155 146 170 146 155

280 320

450

LXHY3-160 FC16P/155 LXHY4-160 FC16P/170 LXHY5-160 LXHY6-160

TU160/155/VLCG TU160/170/VLCG TU160/170/CG TU160P/155/CG

550 330 615

U160BP U161BSP U162BLP

FC160P/155 FC160P/146 FC160P/170 TU160F/146/CG TU160F/155/CG TU160F/170/CG LXHY3-210 FC21P/170 TU210P/170/CG FC210P/170 TU210F/170/CG LXHY3-240 TU240P/170/CG FC240P/170 LXHY-300 LXHY3-300

210 kN 240 kN

170

320 280 330

550 450 550 606 550 635 690 600 U300BP U210BP

300 kN

195

320 330 340

300 kN

195

380 320

FC300P/195 TU300/195/VLCG

4、地线绝缘子。地线绝缘子用于支持架空线路中的地线,由绝缘子和保护间隙两部分组成。当线路 正常运行时保护地线与铁塔绝缘,减少输电能量损耗和开通地线载波通讯;当地线出现过电压时,保护间 隙放电,地线与铁塔导通,发挥各种防护作用。地线绝缘子根据安装形式和电极结构可分为悬垂式和耐张 式两种。现行规范所列地线绝缘子的型号,悬垂式地线瓷绝缘子有 XDP-70C 和 XDP-100C 两种,耐张式 地线瓷绝缘子有 XDP-70CN 和 XDP-100CN 两种。XDP 表示高压架空线路绝缘地线用盘形悬式瓷绝缘子, 70 和 100 为机电破坏负荷的 kN 数,C 表示槽型结构,N 表示耐张式(悬垂式不表示)。 5、绝缘子串的形式与片数。绝缘子串的组装形式基本分为悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串两大类。 悬垂绝缘子串用于直线杆塔上。在一般情况下,采用单串悬垂绝缘子串就能满足设计要求,其组装形 式如图(a)所示。当线路跨越山谷、河流、重冰区或重要交通道路以及线路导线的综合荷载很大,超过了单 串绝缘子串所允许的荷载范围,在这种情况下需采用双串悬垂绝缘子串,如图(b)所示。V 形绝缘子串用以 控制绝缘子串的风偏角,可以解决摇摆角过大的问题,如图(c)所示。

悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串 耐张绝缘子串用于耐张、转角和终端杆塔,承受导线的全部张力。当导线截面在 185mm?及以下时, 普遍采用单串耐张绝缘子串,如图(d)所示。当导线截面较大或遇到特大档距,导线张力很大时,可采用双

串或三串耐张绝缘子串,如图(e)和(f)所示。 耐张、转角和终端杆塔两侧导线用跳线连接,如图(g)所示。图中跳线绝缘子串,用以限制跳线的风偏 角,保证跳线对杆塔各部分空气间隙的要求。 在海拔高度 1000m 以下地区,操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串绝缘子片数,不应少于表 列的数值。耐张绝缘子串的绝缘子片数应在表列的基础上增加,对 330kV 及以下送电线路增加 1 片,对 500kV 送电线路增加 2 片,对 750kV 送电线路不需增加。 悬垂绝缘子串的最少片数 标称电压(kV) 单片绝缘子高度(mm) 绝缘子片数(片) 35 146 3 110 146 7 220 146 13 330 146 17 500 155 25 750 170 32

为保持高杆塔的耐雷性能,全高超过 40m 有地线的杆塔,高度每增加 10m,应比表列值增加 1 片同型 绝缘子,全高超过 100m 的杆塔,绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。由于高杆塔而增加绝缘子片 数时,雷电过电压最小间隙也应相应增大。 绝缘配合设计可采用爬电比距法,也可采用污耐压法,选择合适的绝缘子型式和片数。当采用爬电比 距法时,绝缘子片数应按下式计算: ?U n? K 0 L01 式中 n—海拔高度 1000m 时绝缘子所需片数; λ—爬电比距,cm/kV; U—系统标称电压,kV; L01—单片绝缘子的几何爬电距离,cm; K0—绝缘子爬电距离的有效系数,主要由各种绝缘子几何爬电距离在试验和运行中污耐压的有效性 来确定,并以 XP-70、XP-160 型绝缘子为基础,其 K0 值取为 1。 高海拔地区悬垂绝缘子串的片数,宜按下式计算

nh ? ne0.1215m1 ( H ?1)
式中 nh—高海拔地区每联绝缘子数量,片; n—海拔 1000m 以下地区绝缘子数量,片; H—海拔高度,km; m1—反映气压对于污闪电压的影响程度的特征指数,数值由试验确定。 各种绝缘子的 m1 参考值 m1 试品 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 复合 玻璃 瓷 材料 盐密 0.05mg/cm? 0.66 0.42 0.28 0.22 0.54 0.36 0.45 0.30 0.18 盐密 0.2mg/cm? 0.64 0.34 0.35 0.40 0.37 0.36 0.59 0.19 0.42 平均 值 0.65 0.38 0.32 0.31 0.45 0.36 0.52 0.25 0.30 盘径 (mm) 280 300 320 340 280 280 320 380 结构高度 (mm) 170 170 195 170 170 195 195 145 试品尺寸 爬电距离 (cm) 33.2 45.9 45.9 53.0 40.5 49.2 49.3 36.5 表面积 (cm?) 1730.27 2784.86 3025.98 3627.04 2283.39 3087.64 3147.4 2476.67

(1-3)

重量 (kg) 8.5 11.5 13.5 12.1 7.2 10.6 11.3 5.2

机械强度 (kN) 210 210 300 210 210 300 300 120

6、覆冰时绝缘子串的冰闪与防止。覆冰绝缘子串的最低交流闪络电压随串长或绝缘子片数的增大而 增大,但由于长串的电压分布影响以及覆冰后加剧了电压分布的不均匀,因而最低冰闪电压与串长呈较为 明显的饱和特性曲线。棒形悬式和支柱绝缘子及变电所用高压设备套管,因其裙间空气间隙比悬式绝缘子 小,特别是耐污型绝缘子的裙间隙更小,他们在重覆冰区的电气强度将会降低。因此,重覆冰地区应选用 裙间距大、结构高的绝缘子。 从绝缘子的结构形式来看,在覆冰不太严重、冰凌未桥接伞裙间空气间隙时,耐污型绝缘子串的最低 冰闪电压比普通绝缘子高;但当冰凌完全桥接伞裙空气间隙时,耐污型绝缘子的伞裙被冰凌短接。因此,从 防冰角度考虑,耐污型绝缘子对覆冰这种特殊污秽形式并不能体现其优越性。 运行中的覆冰绝缘子串发 生闪络的主要过程是,被冰凌桥接的绝缘子串处于融冰状态时,电导率高的融冰水形成水帘,导致绝缘子 串裙边之间形成闪络通道,从而发生绝缘子串闪络。因此,阻断绝缘子串裙边融冰水形成水帘是防止绝缘 子串发生冰闪的一种有效方法。而绝缘子串水平悬挂、Ⅴ型串、斜向悬挂等均是阻隔融冰水形成水帘的重 要方法。 (二 ) 棒形悬式复合绝缘子 1 、概述。棒形悬式复合绝缘子由芯棒、伞裙护套(粘接层)、联接金具几部分组成。芯棒和金属端头 有很强的抗张和抗弯强度, 用有机材料制作的伞盘具有良好的憎水性和抗污闪能力。 适用于高压输电线路, 尤其适用于污秽地区,能有效地防止污闪事故。在线路电压和破坏负荷相同时,棒形复合绝缘子的重量只 有悬式绝缘子串的 1/6~1/10,安装和更换都比较容易。这些优点使之成为目前广泛使用的瓷绝缘子的换代 产品。棒形复合绝缘子比强度(拉伸强度与质量之比)高,具有优良的耐污闪特性,但存在界面内击穿和 芯棒脆断的可能,而且有机复合材料的使用寿命和端部连接区的长期可靠性尚未取得共识。 芯棒是由树脂粘接上百万根玻璃纤维沿轴线平行排列而形成的玻璃钢棒,抗拉强度高于 600MPa,是 高强度瓷的 3~5 倍,相当于优质炭素钢,具有良好的抗挠和抗疲劳性,承受合成绝缘子的机械负荷,是内 绝缘的主要部分,选用蠕变小的增强纤维和树脂,确保芯棒有良好的机械和电气性能。

某厂生产的棒形悬式复合绝缘子结构图 芯棒受潮将发生水解反应,降低合成绝缘子的机械强度,引发掉串事故,因此确保芯棒不受潮是合成 绝缘子安全运行的基本条件。 伞裙护套是以硅橡胶为基体,添加偶联剂、阻燃剂、抗老化剂等填充料经高温加压硫化而成,是合成 绝缘子良好的外绝缘。 硅橡胶伞裙护套具有良好的憎水性, 使水份在其表面形成水珠状而难形成连续水膜, 其憎水性迁移加强了合成绝缘子的防污能力。由于硅橡胶分子作用,伞裙护套上的污秽层表面也具有憎水

性,而且其憎水性在局部电弧等因素下短时失效后很快又能恢复,大大提高了合成绝缘子的污闪电压,相 同泄漏距离及污秽程度下的污闪电压是瓷绝缘子串的 2 倍以上,这一优良的抗污特性使合成绝缘子广泛应 用于线路的防污调爬中。同时硅橡胶伞裙护套具有优良的耐老化性、阻燃性、耐漏电起痕及电蚀损性,抗 撕裂,并保护芯棒不受外部环境的侵蚀。 因制造工艺不同,有的产品的芯棒与护套、伞裙与护套之间存在粘接层,如挤包护套穿伞工艺,粘接 层和电场同方向,是绝缘的薄弱环节,因粘接材料和粘接工艺的的原因曾造成绝缘内界面受潮发生局部放 电刺穿整支丧失绝缘的情况,应加以注意。伞裙护套整体真空注射的工艺,减少了内绝缘界面,有益于改 善合成绝缘子的内绝缘。 联接金具作为合成绝缘子的一部分,与芯棒连在一起,通过别的金具连接于挂线点和导线。芯棒与联 接金具的结构可分为粘接式、压接式和楔接式三类,承受和传递全部机械负荷。粘接式由于粘接剂有老化 问题和低温变脆等不足已较少采用。压接式因压接机械和工艺提高,采用较多,但需注意金具和芯棒的热 膨胀系数差别会降低承载力。楔接式分为内楔和外楔,内楔会破坏芯棒的完整,但连接强度稳定、工艺简 单,应用较多。外楔因连接强度不稳定及工艺复杂,已较少采用。 一般 220kV 及以上电压等级的合成绝缘子装配 1~2 只均压环,使电场分布均匀,防止高压电场加速复 合绝缘子端部老化,并在过电压时有引弧作用,缩短放电时间,确保伞裙表面不被电弧灼伤,因而对均压 环的安装须要求严格操作。 复合绝缘子爬电比距的选择,国内外均有 2 种意见:一是考虑表面材质憎水性的劣化,取 1∶1;二是 综合当前各国运行经验,比距可适当减少,如复合绝缘子可取瓷绝缘子的 2/3 或 3/4。为规范复合绝缘子的 外形尺寸,JB/T8460 行业标准和国调中心“复合绝缘子使用指导性意见”统一要求:0-II 级污秽地区,比 距为 20 mm/kV;III-IV 级污秽地区,比距为 25 mm/kV。实际上,这一规定,对于清洁区和一般污秽地区, 高于 GB/T16434 的要求;对于重污区,就是瓷绝缘子的 3/4。一般取值是在轻、中污区复合绝缘子的爬电 距离不宜小于盘型绝缘子;在重污区其爬电距离不应小于盘型绝缘子最小要求值的 3/4 且比距不应小于 2.8cm/kV; 110kV 及以上电压等级输电线路的复合绝缘子均采用均压环以改善复合绝缘子电场分布。 110kV 级复合绝缘子高压端配一个均压环;220 kV 复合绝缘子配两个均压环,均压环外径 250~300mm、 管径 30~40mm,抬头距离 25~30mm;220kV 以上复合绝缘子两端都应加均压环,其有效绝缘长度需满足 雷电过电压的要求。均压环采用开口环加放电极,便于折卸更换。 生产工艺和质量问题或硅橡胶相对较快的老化也常使运行中的复合绝缘子发生故障。故需带电检测运 行中的复合绝缘子,以预先发现其缺陷,及时防止缺陷发展成事故。目前,国外带电检测复合绝缘子的研 究十分活跃,采用的检测技术主要有观察法、紫外成像法、红外成像法、电场法。这些方法都可实现复合 绝缘子的带电检测,但各有局限性,可根据实际情况选用。 2、棒形悬式复合绝缘子的型号。中国现行的棒形悬式复合绝缘子的型号由字母和数字组成,其 代表意义如下表所示。 绝缘材料 F-复合材料 型式 XB-棒形悬式 伞型 W-大小伞型 设计序号 额定电压 /额定负荷 kV 数 /kN 数

例如, FXBW4-220/100 表示棒形悬式复合绝缘子,大小伞型,设计序号 4,额定电压 220kV ,机 电破坏负荷不小于 100kN。由于生产厂不同,所编制的产品型号也有所变化。 3、复合绝缘子使用注意事项。复合绝缘子按照一定的方式使用,防止出现一些不必要的故障,影响 正常的使用性能和价值。出现故障时,要作好记录以便分析改进。具体内容包括:电压等级;装置地点; 故障日期;故障原因(污闪、雷击、不明) 、故障性质(闪络、击穿、机械故障) 、损坏部位(均压环放电 极、伞裙、伞盘、芯棒端部介面、端部金属件等) 。 输电线路调爬或改造过程中,使用加长型复合绝缘子,应注意校核导线弧垂、风偏等技术参数。目前 局部厂家生产的胶装式整体注射成型复合绝缘子,金具接头较短,对于相同结构高度,可令其干弧距离足 够长,这是解决普通型复合绝缘子的雷击闪络问题的较好途径。输电线路全线采用复合绝缘子后,其耐雷 水平趋于稳定,而雷电波沿输电线路入侵变电站母线的概率相应增大。 110kV 复合绝缘子在高压端配一个均压环,其 50% 雷电冲击闪络电压比不带均压环的下降了 1.5%~3% 左右。但采中长型复合绝缘子后,伞裙电压分布又得到改善,高压端芯棒与金具连接处的场强

有所降低,既起到伞裙和端部金具不易严重烧伤的作用,又有利于均压环的运行维护。 如运行中的复合绝缘子因遭雷击发生沿面闪络,但线路重合成功,经运行部门登杆检查,未发现伞套 外表严重烧伤或电蚀粉化, 伞盘破损或严重变形等缺陷。 复合绝缘子的电气性能、 憎水性能一般不会受损, 可继续投入使用,但运行部门必需做好故障检查记录。 110 kV 开关断口的额定雷电冲击耐受电压(峰值) 为 450kV 或 550kV,雷雨季节,变电所进线隔离开关或断路器可能经常断路运行,而线路侧又带电,因此 必需在进线端加装避雷器。有条件时,可选择输电线路雷击跳闸率较高的易击段,装设线路型氧化锌避雷 器,也是输电线路防雷对策的一种积极尝试。 4、防冰合成绝缘子特点。① 低压端采用直径更大的全封闭式均压环,更好地保护整支产品,会使覆 冰比较均匀,冰凌数量多而冰凌长度短,有效延缓覆冰时间。② 中间采用特大伞插花。根据产品长度, 500 千伏加 7~8 片,220 千伏加 3~4 片。冰凌桥接普通型产品的时间为 60 分钟左右,采用插花结构可使桥 接时间延长 8 倍以上。③ 特大伞的倾角、厚度及边缘都有特定要求,上下表面具有空气动力学特性,不 易积污,能在一定程度上保持绝缘子的长时间清洁。④ 根据电场计算结果,增强了护套厚度,避免在严 重覆冰时因场强集中而成为薄弱点。⑤ 与普通型产品相比,其覆冰时的闪络电压模拟 d~e 级污区时提高 了 10%以上。⑥ 伞裙大小及排列方式对电场分布的影响很小,相同位置的电场分布基本相同,最大场强 未超过 400 伏/毫米。 5、盘形悬式瓷复合绝缘子。盘形悬式瓷复合绝缘子是为了解决现在高压线路中耐张杆不能使用复合 绝缘子的问题而设计制造的。该系列产品汲取了瓷绝缘子和硅橡胶绝缘子的优 点:端部联接金具与瓷芯盘牢固的浇装结构,保持了原瓷绝缘子稳定可靠的机械 拉伸强度;在瓷芯盘表面注射模压成型硅橡胶复合外绝缘伞套,又使其具备了憎 水性、抗老化、耐电蚀能力强、重量轻等一系列优于瓷套绝缘子的特点,可适用 于 10kV-750kV 架空电力线路中的各种场合,端部连接金具与相同规格的盘形悬 式瓷绝缘子一致,可以互换。 盘形悬式瓷复合绝缘子 (三 )针式瓷绝缘子 1、结构和用途。针式瓷绝缘子也称为针瓶,由瓷件、钢脚(或螺套)用不低于 42.5 级的硅酸盐水泥、 石英砂胶合剂胶装而成, 钢脚胶入瓷件部分压有深槽, 以防钢脚松动; 钢脚顶端与瓷件之间垫有弹性衬垫。 瓷件表面一般上棕釉或白釉,钢脚经热镀锌处理。 针式瓷绝缘子是一种刚性绝缘子,用于输配电线路上起绝缘和支持导线的作用,由固定在绝缘子孔内 的一个脚把绝缘件刚性地安装到支持结构上。 直线杆使用针式绝缘子的线路,因为绝缘子不会产生风偏,一般是直立安装在横担上,所以需要的线 间距离和电杆的高度比使用悬式绝缘子的线路小,但在两侧出现不平衡张力时,杆塔承受的张力较大。与 瓷横担比较,针式绝缘子的强度较高,可以承受较大的弯曲负荷,但其为可击穿结构,耐受电压也比瓷横 担低,也没有瓷横担在发生断线事故时可以转动以减小杆塔弯曲负荷的作用。

单瓷件结构 单瓷件加强绝缘结构 双瓷件结构 复合针式 2、绝缘子的型号。老型号高压针式绝缘子按额定电压分为 6、10、15、20 及 35kV 五个等级,按安装 方式分为螺纹较短的铁横担用和螺纹较长的木横担用,按绝缘结构分为普通型和加强绝缘型。图 (a)(b)(c) 是用于 6~15kV 的单瓷件针式绝缘子结构图,其中(b)(c)是加强绝缘型。图(d)是用于 20~35kV 的双瓷件针 式绝缘子结构图, 额定电压高的绝缘体尺寸较大, 伞下棱也较深。 高压针式绝缘子有 P-6T (M) 、 P-10T (M) 、 PQ-10T(M) 、P-15T(M) 、P-20T(M) 、PQ-20T(M) 、P-35T(M)等型号。P 代表针式,Q 代表加强绝

缘,10、15 等数字表示额定电压等级,T 表示铁横担直脚,M 表示木横担直脚。 新型号额定电压均为 10kV,分普通型、加强绝缘 1 型、加强绝缘 2 型三种。其型号中符号代表的意 义如下: P-普通型针式绝缘子; PQ1—加强绝缘1型(中污型)针式绝缘子; PQ2—加强绝缘2型(特重污型)针式绝缘子; B-瓷件侧槽以上部分,除承烧面外,全部上半导体釉; T-带脚,瓷件与脚直接胶装,铁担; L-不带脚,瓷件与脚螺纹连接; LT-带脚,瓷件与脚螺纹连接,铁担; 破折号后的数字 10 表示额定电压 10kV;T 后的数字 16、20 表示下端螺纹直径。 3、针式绝缘子污秽放电。针式绝缘子污秽放电,是指设备在工作电压下的污秽外绝缘闪络,在有污 秽时产生的一定的放电现象。 在自然环境中,针式绝缘子受到氮氧化物、盐类及颗粒性尘埃等侵袭,表面逐渐沉积一层污秽物。天 气干燥时,这些污秽绝缘子保持着较高的绝缘水平,其放电电压与洁净状态时接近。当碰到雾、露、细雨 以及融冰、融雪等潮湿天气时,针式绝缘子表面吸收水分,污层中的电解质溶解、电离,导致污层电导增 加,针式绝缘子的表面泄露电流就会增加。 不同的结构形式和特点促使其具有不同的特点和性能,由于针式绝缘子的外形、结构、尺寸的影响以 及针式绝缘子表面污层分布不均和潮湿程度不同等因素,绝缘子表面各部位的电流密度不同,结果在电流 密度大的部位形成干燥带,干燥带的形成促使绝缘子表面的电压分布更不均匀,干燥带承受较高的电压。 当电场强度足够大时,将产生辉光放电,继而产生局部电弧。电弧有可能熄灭,也有可能发展。当局部电 弧不断发生和发展,达到或超过临界状态时,电弧就贯穿两极,产生闪络。 预防针式绝缘子污秽放电的措施有: (1)调整针式绝缘子的爬电距离,或采用抗污染能力强的防尘绝缘子、硅橡胶绝缘子等; (2)净化绝缘子,保持绝缘子表面干净; (3)采用各种防污涂料,放置在针式绝缘子的表面; (4)采用各种防雨罩及硅橡胶增爬裙; (5)采用半导体釉绝缘子; (6)加大治理力度,对绝缘子串定期进行零质和劣质的检测,及时更换零值和劣质绝缘子。 4、复合针式绝缘子。图(e)所示的复合针式绝缘子是近年发展起来的新产品,其结构除连接方式不同 外,与棒形悬式复合绝缘子基本相同,因此具有内绝缘可靠、重量轻、易安装,抗冲击性、抗震性和防 爆性能优越,其抗弯曲、抗扭强度可以设计得较高的优点,是针式瓷绝缘子的理想换代产品。 复合针式绝缘子已有多种产品,其型号中符号 代表的意义举例说明如下: FPQ4-10/3T20G F 代表复合,P 代表针式,Q 代表防污(加强 绝缘)型; 4 代表防污等级; 10/3 表明额定电压(kV)/额定弯曲负荷(kN); T-铁横担,L-玻璃钢横担,M-木横担; 20-钢脚直径(mm); 颜色:未表示为深红色;H-灰色;G-绿色。 复合针式绝缘子 5、低压配电线路用的针式绝缘子有 PD-1(2)T(M、W)等型号。1、2 为表示瓷件机械破坏强度的编 号,1 号不小于 8kN,2 号不小于 5kN。T 表示铁横担用, M 表示木横担用,W 表示弯脚。 (四)瓷横担绝缘子与复合横担绝缘子 1、概述。瓷横担绝缘子用于三相电力系统标称电压 35kV 及以下、频率不超过 100Hz、海拔不超过

1000m 的高压架空电力线路中起绝缘和支持导线用。绝缘子安装地点环境温度为-40℃~+40℃。 2、结构特点。瓷横担绝缘子是同时起到横担和绝缘子作用的一种圆锥或圆柱形瓷质绝缘子结构,它 除具有与普通线路绝缘子相同的固定导线和对地绝缘的功能外,还可全部或部分代替铁质或木质横担。这 种绝缘子在我国开始是为了节约横担材料(金属、水泥和木材) ,适应农电线路建设的需要而发展起来的。 它既可以水平安装,也可以立装,与盘形绝缘子或长棒形绝缘子相比,它还可以降低杆塔高度,简化杆塔 结构。我国自从 1963 年第一条瓷横担线路投入运行以来,几十年来这种线路发展很快,目前 110kV 及以 下线路,特别是 6~35kV 线路已大量推广采用。 发展开始阶段有纯瓷式和胶装式两种。 纯瓷式结构即为根部带有安装孔的实心瓷件,使用时安装孔穿过螺钉用压板压紧,压紧时瓷件与铁件 间应垫以衬垫(如石棉布),压板应加弹簧垫圈压紧。由于这种结构强度低、运行可靠性较差,已被陶汰。 胶装式结构由实心瓷件和法兰用胶合剂胶合而成,法兰上备有安装孔,供穿过螺钉安装用。应用较多 的中压及以上电压等级的瓷横担都带有金属附件(法兰) 。为了缓冲线路断线时产生的冲击力,法兰上还 备有稳定螺钉孔,当使用负荷超过稳定螺钉强度时,稳定螺钉剪断,瓷横担绕安装孔转动,从而增大了导 线弛度,降低了导线张力,避免绝缘子断裂或倒杆事故。正常运行时稳定螺钉可以克服正常情况下存在的 两侧导线张力差。纯瓷式根部没有稳定螺钉,此时靠安装部位摩擦力克服两侧导线张力差,断线时也可绕 安装孔转动。胶装式结构法兰和瓷件端面间还垫有弹性衬垫(一般为油毡纸) ,以减少热应力。法兰一般 用可锻铸铁铸成,亦可用钢板焊接而成,金属附件表面全部热镀锌。胶合剂用不低于 42.5 级硅酸盐水泥和 石英砂配制而成。 瓷横担绝缘子有水平安装和直立安装两种型式。绑扎导线的型式有直接绑扎和经线夹固定两种。如果 绝缘子水平安装,导线用细金属丝绑扎在瓷件头部侧槽处,此时绝缘子可以不制出顶槽;如果绝缘子直立 安装,导线绑扎在瓷件顶槽上。因此,如果运行时顶相瓷横担绝缘子采用直立安装时,则制造厂对此种绝 缘子要生产一部分带顶槽的规格。固定导线的另一种型式是瓷件头部带有连接金具,用以夹紧导线。 我国的瓷横担绝缘子实际上是一种事故时可以转动的线路柱式绝缘子。 瓷横担绝缘子的电气、机械性能与相同电压等级的普通线路绝缘子相比较,特点是: (1)瓷横担的绝缘距离与爬电距离比较大,50%全波冲击闪络电压和干、湿工频闪络电压较高; (2)瓷横担的瓷体比较长,机械抗弯强度较低,考虑安全可靠系数后,允许的最大荷重一般比相同电 压等级的普通线路绝缘子小,故瓷横担不宜用于导线截面和档距较大的线路。 瓷横担配电线路与用普通针式绝缘子架设的配电线路相比较,其主要优点是: (1)在线路断线时,导线张力的不平衡会使瓷横担转动,从而有效地缓和断线事故的扩大; (2)线路的绝缘水平和耐雷水平较高,事故率低; (3)瓷体易受风雨冲洗,自洁性好,且不会击穿,更换及维修量小; (4)施工、安装方便,同等杆高时可增加导线对地距离; (5)节约钢材、木材等原材料,并可降低单基杆塔造价 10%以上。 3、型号说明: JB1383-75 标准中的高压线路用瓷横担绝缘子: S——胶装式(实心)瓷横担绝缘子; SC——全瓷式(实心)瓷横担绝缘子; “—”后数字为 50%全波冲击闪络电压,kV; 数字后“Z”为直立式(水平式不表示) 。 JB/T 8179-1999 标准规定(老型号) : S——瓷横担绝缘子; S 后数字 1,2,3…为设计顺序号; “-”后数字为额定电压数值,kV; “/”后数字为额定弯曲破坏负荷值,kN。 GB/T 21206-2007 标准规定(新型号) : RA——作为横担使用的线路柱式绝缘子;

RA 后的数字表示弯曲破坏负荷值,kN; 随后的字母 E 或 J 表示金属附件外胶装或内胶装; 再后的字母 T、C、H 分别表示顶部绑扎型、直立安装的顶部线夹型或水平安装的顶部线夹型; 后缀的数字表示规定的雷电冲击耐受电压值,峰值 kV; 后缀的字母 N 或 L 分别表示标准的和较长的爬电距离。

图1 GB/T 21206-2007 标准瓷横担技术参数表 绝缘子型号 主要尺寸 mm 安装尺寸 安装 稳定 孔与 孔 孔直 稳定 直 高度 径 孔中 h 径 d2 心距 d1± ≤ ± 0.5 a± 1 0.5 40 (30) 40 (30) 28 14 22 620 520 140 11.0 40 (35) 40 (35) 线槽尺寸 线槽 与安 图 绝缘 装孔 号 距离 JB/T8179 中心 L2 R L1 -1999 距 L 390 440 315 365 22 11 18 14 6.5

图2

GB/T21206 -2007

最小 公称 爬电 距离 320 380

工频湿 耐受电 压 kV (有效 值) 45 50

标准雷 电冲击 额定弯 全波耐 曲破坏 受电压 负荷 kV kN (峰值) 165 185 2.5

RA2.5ET165N S-10/2.5 RA2.5ET185L S1-10/2.5 1 (S2-10/2.5) S-10/5.0 (S1-10/5.0)

RA5.0ET165L

400

320

360 700 750 1120

45

165

RA5.0ET250N S-35/5.0 (S1-35/5.0) RA5.0ET265L S2-35/5.0 (S3-35/5.0)

2 580

490

85

250

5.0

100

265

注:带括号的型号产品为过渡型产品,括号内的尺寸为过渡尺寸。 4、复合横担绝缘子。复合横担绝缘子采用高强度绝缘芯棒与有机硅橡胶裙套 整体硫化成形和端部金具压接紧固为一个整体。结构简单,重量轻,抗污能力强, 机械强度高,安装方便,无需维护,是瓷绝缘子的替代产品,适用于 10kV 配电线 路。 复合横担绝缘子 (五)线路用的其它绝缘子 线路用的其它绝缘子还有蝶式绝缘子、拉紧绝缘子等。高压蝶式绝缘子用于 10kV 配电线路上,与悬 式绝缘子组成耐张串用于小截面导线的转角杆、耐张杆和终端杆,可以简化线路结构。 低压蝶式绝缘子用于低压线路的转角杆、耐张杆和终端杆,有 ED-1(2、3、4)等型号。1、2、3、4 为编号,其机械破坏负荷,1 号不小于 12kN ,2 号不小于 10kN,3 号不小于 8kN,4 号不小于 5kN。

配电线路的导线对杆塔的距离较小, 特别是低压分支线路, 可能发生 导线与杆塔部件短路而导致拉线带电造成的人身安全事故。 为了防止这类 安全事故,把拉线做成上下两把,中间通过拉紧绝缘子连接。 拉紧绝缘子按其结构型式分为蛋形、 四角形和八角形三种。 线路拉紧 绝缘子的型号有 J-45,J-54,J-70,J-90,J-160 等,其中的数字为机械破 坏负荷,kN。 三、高压电站类绝缘子 (一 )支柱绝缘子

1、结构。支柱绝缘子一般由绝缘件 (如瓷件 )和金属附件 (如钢脚、铁帽、法兰等 )用胶合剂胶合或 机械卡装而成。绝缘子按胶装结构分为外胶装,内胶装和联合胶装三种结构型式,绝缘子按额定电压 与抗弯强度等级分类如下: 额定电压 kV 6 10 20 35 抗弯强度 kN 外胶装 3.75,7.5 3.75,7.5,20 20 — 内胶装 4 4,(7),8,16 — (7.5) 联合胶装 — 4 30 4,(7.5),8

注:表中()表示非标准等级 衬垫,瓷件胶装部位分别采用上砂、滚花、挖槽等结构,以保证机械强度、防止松动、扭转。瓷 件表面均匀上白釉,金属附件表面涂灰磁漆。 绝缘子瓷件主体结构有空腔隔板 ( 可击穿式 ) 结构和实心 ( 不可击穿式 ) 结构两种。联合胶装支柱绝 缘子一般属实心不可击穿式结构。后一种结构比前一种结构提高了安全可靠性,减少了维护测试工 作 量。 绝缘子瓷件外形有多棱和少棱两种,多棱形增加了沿面距离,电气性能优于少棱形,除将逐步淘 汰的外胶装支柱绝缘子外,其余产品均为多棱形。 内胶装结构,由于金属附件胶入瓷件孔内,相应的增加了绝缘距离,提高了电气性能,同时也缩 小了安装时所占空间位置,但由于内胶装对提高机械强度不利,故机械强度要求较高的绝缘子,宜采 用联合胶装 (即上附件采用内胶装,下附件采用外胶装 )。 2、户内支柱绝缘子型号说明。

3、户外支柱绝缘子型号说明。 户外实心棒形支柱绝缘子用于工频交流电压 10-500KV 户外电站、变电所配电装置和电器设备中,作 带电部分的绝缘和支持用。 绝缘子适用环境为-40~+40,部分产品可用于海拔高度为 4000m 的地区。产品 分为普通形和耐污性两大类,耐污性可适用于中等、重及特重污区。 户外支柱绝缘子型号如下图所示

例 1: ZSW2-220/16K-3 表示户外棒形支柱绝缘子、耐污型、设计序号为 2、220kv 电压等级、16kN 弯曲强度、上下法兰 均为光孔、用于 3 级污区。 例 2: ZS1-110/4L 表示户外棒形支柱绝缘子、普通型、设计序号为 1、 110kV 电压等级、 4kN 弯曲强度、上下法兰 均为螺孔、用于 I 级污区。 4、户外复合支柱绝缘子。复合支柱绝缘子由玻璃纤维环氧树脂引拔棒,硅橡胶伞裙,金具三部分组 成。

复合支柱绝缘子的优点:①复合支柱绝缘子采用的不可击穿型设计,运行中无需测零值。电气性能优 越,机械强度高,内部承载的环氧玻璃引拔棒抗张抗弯强度比普通钢材高 2 倍,是高强度瓷材料的 8~10 倍,有效提高了安全运行的可靠性。②复合支柱绝缘子抗污、耐污性能好,抗污闪强力强,其湿耐受电压 和污秽耐受电压为相同爬距瓷绝缘子的 2~2.5 倍。且不需清扫,能在重污秽地区安全运行。适用于污秽地 区,高机械拉伸负荷,大跨距和紧凑型线路。污闪电压比同等级瓷和玻璃绝缘子提高 30%~50%。在-60℃ ~+200℃环境温度下性能稳定。 复合支柱绝缘子不同类型有不同的作用,结构高度和爬电距离也各不相同。复合支柱绝缘子主要用于 变电站,具有良好的憎水性、抗老化性、耐漏电起痕性和耐电蚀损性,具有很高的抗张强度和抗弯强度, 其机械强度高, 抗冲击性能、 防震和防脆断性能好, 体积小、 重量轻 (仅为同电压等级瓷绝缘子的 1/6~1/9). 结构轻巧,便于运输和安装。其上下端部的安装尺寸与相应的瓷支柱绝缘子的安装尺寸相同,可以互换 使用。 产品型号的表示方法,除第一个字母 F 外,后面与瓷支柱绝缘子相同。例如某厂产品型号如下: FZSW-12/4 , FZSW-12/5 , FZSW-35/4 , FZSW-35/6 , FZSW-66/8 , FZSW-110/10 , FZS-35/6 , FZSW-35/12.5,FZSW-40.5/4, FZSW-40.5/6, FZSW-252/8.. (二)高压穿墙套管 1、概述 穿墙套管适用于工频交流电压为 35kV 及以下电厂、变电站的配电装置和高压电器,作导电部分穿过 墙壁或其它接地物的绝缘和支持用。套管适用于环境温度 -40℃~+40℃,不适用于在足以降低套管性能的 条件下及套管户内部分表面凝露情况下使用。 当套管在环境温度高于+40℃,但不超过+60℃时,套管的工作电流建议按环境温度每增高 1℃,额定 电流负荷降低 1.8%。 当套管在环境温度高于+40℃以及符合 GB12944.1 第 5.1 条中规定的最高允许发热温度的情况下使用 时,允许其工作电流长期过载,建议按环境温度每降低 1℃,额定电流负荷增加 0.5℃,但增加值不应大于 额定电流的 20%。 套管按使用场所可分为:户内普通型、户外-户内普通型、户外-户内耐污型、户外-户内高原型、户外 -户内高原耐污型五种类型。 户内普通型一般适用于安装地点海拔不超过 1000m 地区,但安装地点应是无明显污秽地区。 户外-户内耐污型适用于安装地点海拔不超过 1000m 的污秽地区, 对于严重及特重污秽区用 35kV 套管, 可选用 63kV 油纸电容式穿墙套管。 户外-户内高原型适用于安装地点海拔为 3000m 以下地区。 户外-户内高原耐污型适用于安装地点海拔为 3000m 以下的污秽地区。 套管按所使用导体材料又可分为铝导体、 铜导体以及不带导体 (母线式) 的三种类型。 额定电流 1500A 及以下铜导体的穿墙套管作为过渡产品,其主要尺寸及特性按 GB12944.2 附录 B 的规定。其型号字母 B 表示强度等级为 7500N。其它各类套管的弯曲强度等级分类如下,母线穿墙套管的使用电流决定用户采用 的母线尺寸。

型号说明:

CL——户内铝导体穿墙套管 CLB——户内铝导体穿墙套管(加强型) C——户内铜导体穿墙套管 CWL——户外—户内铝导体穿墙套管 CWLB——户外—户内铝导体穿墙套管(加强型) CW——户外—户内铜导体穿墙套管 CWWL——户外—户内耐污型铝导体穿墙套管 CWW——户外—户内耐污型铜导体穿墙套管 CM——户内母线穿墙套管 CMWW——户外—户内耐污型母线式穿墙套管 字母后数字为设计顺序号。 对带导体套管,短横后分数:分子为套管额定电压千伏数;Q 表示大爬距;分母为套管额定电流安培 数;第二个短横后数字为污秽等级号;第三个短横后字母 G 表示高原型。 对母线式套管,字母后第一个短横后数字为额定电压千伏数;第二个短横后数字为套管瓷套内孔径直 径毫米数;第三个短横后数字为污秽等级号。 例:型号 CWWL-35/630-3 系 35kV 电压、630A 电流、户外—户内耐污型铝导体穿墙套管,适用于 3 级污区。 例:型号 CWWL-35/630-1-G 系 35kV 电压、630A 电流、户外—户内高原耐污型铝导体穿墙套管,适用于 1 级污区。 例:型号 CWWB-35Q/630 系 35kV 电压、630A 电流、大爬距铜导体穿墙套管。 2、结构简介 套管由瓷套、安装法兰及导电部分装配而成,母线穿墙套管不带导电部分。瓷套与法兰固定方式,除 35kV 高原型以及耐污型产品采用机械卡装外,其余均用水泥胶合剂胶装;铜导电杆采用定心垫圈和螺母 固定,铜、铝导电排采用定心垫圈和开口销固定。对母线穿墙套管所带安装用夹板,出厂时未加开口尺寸, 以便用户根据实际选用的母线规格型式自行确定开口尺寸。瓷件表面一般上棕釉。安装法兰一般采用灰铸 铁,但电流等级为 1500A 及以上产品的法兰、端帽及定心垫圈采用硅铝合金,以降低套管在长期工作下的 发热温度。各种黑色金属附件表面涂灰磁漆。 为了提高套管的起始电晕,对 20kV 和 35kV 套管在结构上采取均压措施,将靠近法兰部位的瓷壁及 两边的伞(棱)适当加大、加厚,在瓷件焙烧前于瓷套内和法兰附近以及靠近法兰的第一个伞(棱)上均 匀涂上一层半导体釉,经焙烧后使半导体釉牢固地结合在瓷壁上,并通过接触片使导体与瓷壁短路,这样 就大大改善了电场分布,防止套管内腔发生放电,提高滑闪放电电压。以往对 20 和 30kV 套管内腔和法兰 处采用喷铝层来改善电场分布,运行证明铝层易于剥落,往往不起作用,改用上半导体釉后克服了喷铝的

缺点。 3、套管的安装 套管安装法兰正反两种安装方式, 除 6、 10kV 铜导体套管为正装 (如图Ⅱ) 外, 其它为反装 (如图Ⅰ) 。 为了便于使用部门考虑套管穿过墙壁时(或其它接地物)洞口的大小,样本中对反装和正装均给出了套管 或法兰在墙壁内的最大尺寸,即:“d”或“B”值,套管适用于墙壁(或安装板)的厚度(δ) ,对铝导体套管 不大于 50mm,对铜导体套管不大于 40mm。


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