第八章__母线、绝缘子及电力电缆

第八章  母线、电力电缆及绝缘子

第一节  母线

二、母线的结构类型

（一）敞露母线

敞露母线包括软母线和硬母线两大类。按其使用的材料和采用的形状有以下几种类型：

1.按母线的使用材料分类

（1）铜母线。

（2）铝母线。

（3）铝合金母线

（4）钢母线。 

2.按母线的截面形状分类

（1）矩形截面。

（2）圆形截面。

（3）槽形截面。

（4）管形截面。

（5）绞线圆形软母线。

（二）封闭母线

1.封闭母线的结构类型

（1）按外壳材料分：可分为塑料外壳和金属外壳。

（2）按外壳与母线间的结构形式分：可分为不隔相式、隔相式和分相封闭式。

1）不隔相式封闭母线，其三相母线设在没有相间板的公共外壳内，称为共箱封闭母线。不隔相的封闭母线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。

2）隔相式封闭母线，其三相母线设在相间有金属（或绝缘）隔板的金属外壳之内，也属于共箱封闭母线。隔相的封闭母线可较好地防止相间故障，在—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，因此可靠性还不是很高，一般共箱封闭母线只用于母线容量较小的情况。

3）分相封闭式母线，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。

2.全连式分相封闭母线的基本结构

全连式分相封闭式母线主要由载流导体、支持绝缘、保护外壳、金具、密封隔断装置、伸缩补偿装置、短路板、外壳支持件等构成，如图8－1所示：

（1）载流导体。—般用铝制成，采用空心结构以减小集肤效应。当电流很大时，还可采用水内冷圆管母线。

（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—个至四个绝缘子支持。—般分相封闭母线都采用三个绝缘子支持的结构。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。

（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。

封闭母线在一定长度范围内，设置有焊接的伸缩补偿装置，母线导体采用多层薄铝片作成的收缩节与两端母线搭焊连接，外壳采用多层铝制波纹管与两端外壳搭焊连接。

封闭母线与设备连接处适当部位设置螺接伸缩补偿装置，母线导体与设备端子导电接触面皆采用真空离子镀银，其间用带接头的编织线铜辫作为伸缩节，外壳用橡胶伸缩套连接，同时起到密封的作用。

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。

封闭母线与发电机、主变压器、厂用变压器、电压互感器柜等连接外，设外壳短路板，并装设可靠的接地装置。

（三）、绝缘母线

绝缘母线是变电站及发电厂厂用变电所内裸母线、电缆的最佳替代品，最适用于紧凑型变电站、地下变电所及地铁用变电站减少占地面积，运行可靠。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。

五、母线的安装和维护

1.母线的加工和制作

（1）硬母线的校直。

（2）母线的下料。

（3）硬母线的弯曲。

在硬母线的接头和局部地方，常需要将硬母线制成各种形状，主要有平弯、立弯、扭弯和鸭脖弯。如图8－2所示。等差弯两侧平行度偏差最大不得超过3mm。弯曲部分应无裂纹，无明显褶皱。

（4）母线接触面的处理。

2.母线的布置

母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。最为常见的布置方式有两种，即水平布置和垂直布置。

（1）水平布置。水平布置方式如图8－3（a）、（b）所示。

（2）垂直布置。垂直布置方式如图8－3（c）所示。（3）槽形母线布置。槽形母线布置方式与矩形母线类似，槽形母线的每相均由两条组成一个整体，构成所谓的“双槽式”，如图8－4所示，整个断面接近正方形。槽形母线均采用竖放式，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。这种结构形式的母线其机械性能相当强，而且节约金属材料。

（4）软母线的布置。软母线一般为三相水平布置，用绝缘子悬挂。

3.母线的相序排列要求

各回路的相序排列应一致，要特别注意多段母线的连接、母线与变压器的连接相序应正确。当设计无规定时应符合下列规定：

（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。

4.母线的固定

母线固定在支持绝缘子的端帽或设备接线端子上的方法主要有三种：直接用螺栓固定、用螺栓和盖板固定、用母线固定金具固定。单片母线多采用前两种方法，多片母线应采用后一种方法。

矩形母线和槽形母线都是通过衬垫安置在支持绝缘子上，并利用金具进行固结，如图8－5所示。为减小由于铁耗引起的发热，在1000A以上的装置中，通常母线金具上边的夹板用非磁性材料铝制成，而其他零件采用镀锌铁。

5.母线的连接

（1）硬母线的连接。

当矩形铝母线长度大于20m、铜母线或钢母线长度大于30m时，母线间应加装伸缩补偿器，如图8－6所示。在伸缩补偿器间的母线端开有长圆孔，供温度变化时自由伸缩，螺栓8并不拧紧。

补偿器由厚度0.2～0.5mm的薄片叠成，其数量应与母线的截面相适应，材料与母线相同。当母线厚度小于8mm。可直接利用母线本身弯曲的办法来解决，如图8－7所示。

（2）软母线的连接。

软母线采用的连接方式有：液压压接、螺栓连接、爆破压接等。软母线在连接时，要使用各种金具，常用金具的作用如下：

1）设备线夹：用于母线或引下线与电气设备的接线端子连接。

2）耐张线夹：用于高空主母线的挂设。

3）T型线夹：用于主母线引至电气设备的引下线的连接。

4）母线连接用金具：包括压接管、并沟线夹。

5）间隔棒：用于双线的连接和平整。

6.母线的着色

硬母线安装后，应进行油漆着色，主要是为了便于识别相序、防锈蚀和增加美观和散热能力。母线油漆颜色应符合以下规定：

（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。

7.母线的维护

第二节  电力电缆

一、电力电缆的用途

二、电力电缆的基本结构

电力电缆的基本结构如图8－8所示。

1.电缆线芯

电缆的线芯是用来传导电流的，通常由多股铜绞线或铝绞线制成。根据导体的芯数，可分为单芯、双芯、三芯和四芯电缆。

2.绝缘层

绝缘层是用来使各导体之间及导体与包皮之间相互绝缘。绝缘层使用的材料有橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯、聚丁烯、棉、麻、丝、绸、纸、矿物油、植物油、气体等。目前在电压等级不高时，多采用木浆纸在油和松香混合剂中浸渍的浸渍纸。

3.保护层

保护层是用来保护导体和绝缘层的，防止外力损伤、水分侵入和绝缘油外流。保护层分内保护层和外保护层。内保护层是由铝、铅或塑料制成的包皮，外保护层由内衬层（浸过沥青的麻布、麻绳）、铠装层（钢带、钢丝铠甲）和外被层（浸过沥青的麻布）组成。

四、电力电缆的种类及特点

按电缆绝缘材料和结构分。有油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆（简称塑力电缆）、交联聚乙烯绝缘电缆（简称交联电缆）、橡皮绝缘电缆、高压充油电缆。

1.油浸纸绝缘电缆

油浸纸绝缘电缆结构如图8－8所示，其主绝缘是用经过处理的纸浸透电缆油制成，具有绝缘性能好、耐热能力强、承受电压高、使用寿命长等优点，适用于35kV及以下的输配电线路。

按绝缘纸浸渍剂的浸渍情况，它又分黏性浸渍电缆和不滴流电缆。黏性浸渍电缆，是将电缆以松香和矿物油组成的黏性浸渍剂充分浸渍，即普通油浸纸绝缘电缆，其额定电压为1～35kV；不滴流电缆采用与黏性浸渍电缆完全相同的结构尺寸，但是以不滴流浸渍剂的方法制造，敷设时不受高差。油浸纸绝缘铝套电缆将逐步取代铅套电缆，这不仅能节约大量的铅，而且能使电缆的质量减轻。

2.聚氯乙烯电力电缆

聚氯乙烯电缆结构如图8－9所示，其主绝缘采用聚氯乙烯，内护套大多也是采用聚氯乙烯，具有电气性能好、耐水、耐酸碱盐、防腐蚀、机械强度较好、敷设不受高差，可垂直敷设等优点，并可逐步取代常规的纸绝缘电缆；缺点主要是塑料易老化，绝缘强度低，介质损耗大，耐热性能差，并且燃烧时会释放氯气，对人体有害，对设备有严重腐蚀作用。主要用于6kV及以下电压等级的线路。

3.交联聚氯乙烯电力电缆

交联聚乙烯电缆结构如图8－10所示，电缆的主要绝缘材料为交联聚乙烯，交联聚乙烯是利用化学或物理方法，使聚乙烯分子由直链状线型分子结构变为三度空间网状结构。

该型电缆具有结构简单、外径小、质量小、耐热性能好、线芯允许工作温度高（长期90℃，短路时250℃）、比相同截面的油浸纸绝缘电缆允许载流量大、可制成较高电压级、机械性能好、敷设不受高差、安装工艺较为简便等优点，因此广泛用于1～110kV线路。其缺点是抗电晕和游离放电性能差。在35kV及以下电压等级，交联聚乙烯电缆已逐步取代了油浸绝缘电缆。

4.橡胶绝缘电力电缆

橡胶绝缘电缆结构如图8－11所示，这种电缆以橡皮为绝缘材料，其柔软性好，弯曲方便，防水及防潮性能好，具有较好的耐寒性能、电气性能、机械性能、化学稳定性，但耐压强度不高，耐热、耐油性能差且绝缘易老化，易受机械损伤。主要用于35kV及以下电力线路。

5.高压充油电力电缆

充油电缆在结构上的主要特点是铅套内部有油道。油道由缆芯导线或扁铜线绕制成的螺旋管构成。在单芯电缆中，油道就直接放在线芯的；在三芯电缆中，油道则放在芯与芯之问的填充物处。

最具有代表性的是额定电压等级为110～330kV的单芯充油电缆。充油电缆的纸绝缘是用黏度很低的变压器油浸渍的，电缆的铅包内部有油道，里面也充满粘度很低的变压器油。在连接盒和终端盒处装有压力油箱，补偿电缆中油体积因温度变化而引起的变动，以保证油道始终充满油，并保持恒定的油压。当电缆温度下降，油的体积收缩时，油道中的油不足时，由油箱补充；反之，当电缆温度上升，油的体积膨胀时，油道中多余的油流回油箱内。

6.SF6气体绝缘电缆

SF6气体绝缘电缆是以SF6气体为绝缘的新型电缆，即将单相或三相导体封在充有SF6气体的金属圆筒中，带电部分与接地的金属圆筒间的绝缘由SF6气体来承担。

SF6气体绝缘电缆按外壳结构可分为刚性外壳和绕性外壳。

刚性外壳的SF6气体绝缘电缆可分为单芯和三芯两种结构，如图8－12所示。单芯电缆外壳材料一般采用非磁性铝合金，结构设计成同轴型。三芯电缆外壳采用钢管，三芯结构又可分为三芯均置和三芯偏置两种，均置结构用于输电管路中，外壳尺寸可以缩小；三芯偏置结构用于全封闭组合电器的母线筒中，出线比较方便。电缆导体采用铝管，长度一般为12～18米，相互连接采用插入式结构，每隔一定距离用环氧树脂浇绝缘子支撑，绝缘子间距3～6m。

绕性外壳的SF6气体绝缘电缆外壳采用波纹状铝合金管，导体采用波纹状铝管，长度可达80米，采用盘形环氧树脂浇绝缘子支撑，间距仅0.6m。

所有的SF6气体绝缘电缆的外壳都在电缆的两端（有可能还应在中间部分）使之接地。对于单芯结构的电缆，每隔一定长度还应把三相的三个外壳连接在一起。

五、电力电缆的连接附件

电缆连接附件主要有户内或户外电缆终端头和中间接头，统称电缆接头。它们是电缆线路中必不可少的组成部分。

1.电缆终端

电缆终端是安装在电缆线路末端，具有一定绝缘和密封性能，用以将电缆与其他电气设备相连接的电缆附件。终端头起电缆终端绝缘、导体连接、密封和保护的作用。

按使用场所不同，电缆终端可分为户内终端、户外终端、设备终端、GIS终端几种类型；电缆终端按所用材料不同，可分为热缩型、冷缩型、橡胶预制型、绕包型、瓷套型、浇铸（树脂）型等品种。按外形结构不同，电缆终端可分为鼎足式、扇形、倒挂式等。

2.电缆中间接头

电缆中间接头是安装在电缆与电缆之间，用于将一段电缆与另一段电缆连接起来的部件，简称对接头或对接，它起连接导体、绝缘和密封保护的作用

电缆接头除连通导体外，还具有其他功能。按其功能不同，电缆接头可分为普通接头（直线接头）、绝缘接头、塞止接头、分支接头、过渡接头、转换接头、软接头等几种类型；按所用材料不同，电缆接头有热缩型、冷缩型、绕包型（带材绕包与成型纸卷绕包两种）、模塑型、预制件装配型、浇铸(树脂)型、注塑型等几种类型。

3.电缆接头的材料类型 

橡塑绝缘电缆常用的终端头和接头型式有：

（1）绕包型。是用自粘性橡胶带绕包制作的电缆终端头和接头。

（2）热缩型是由热收缩管件，如各种热收缩管材料、热收缩分支套、雨裙等和配套用胶在现场加热收缩组合成的电缆终端头和接头。

（3）预制型。是由橡胶模制的一些部件，如应力锥、套管、雨罩等，现场套装在电缆末端构成电缆终端头和接头。

（4）模塑型。是用辐照交联热缩膜绕包后用模具加热使其熔融成整体作为加强绝缘而构成的电缆终端头和接头。

（5）弹性树脂浇注型。是用热塑性弹性体树脂现场成型的电缆终端头和接头。

六、电力电缆的安装和维护

1.电力电缆的敷设

（1）电缆敷设方法。常见的电缆敷设方法有隧道、沟道、排管、直埋及悬挂等形式。

电缆隧道适用于敷有大量电缆的诸如汽机厂房、锅炉厂房、主控制楼到主厂房、开关室及馈线电缆数量较多的配电装置等地区。

电缆沟道适用于电缆较少而不经常交换的地区、辅助车间及架空出线的配电装置。

排管式电缆一般适用于在与其他建筑物、铁路或公路互相交叉的地带。

直埋式电缆一般适用于汽机厂房、输煤栈桥、锅炉厂房的运转层等地方。

目前还有一种形式即电缆桥架敷设，特别适用于架空敷设全塑电缆，具有容积大、外形美、可靠性高、利于工厂生产等特点。

在实际使用时，可以根据需要和可能，一条电缆线路往往需要采用几种敷设方式。

（2）电缆的敷设要求。一般应先敷设电力电缆，再敷设控制电缆，先敷设集中的电缆，再敷设较分散的电缆，先敷设较长一些的电缆，再敷设较短的电缆。对于电力电缆和控制电缆的排列布局，也要特别注意。一般来说，电力电缆和控制电缆应分开排列。同一侧的支架上应尽量将控制电缆放在电力电缆的下面。对于高压冲油电缆不宜放置过高。 电缆敷设的一般工艺要求应做到横看成线、纵看成片，引出方向、弯度、余度相互间距、挂牌位置都一致，并避免交叉压叠，达到整齐美观。

2.电力电缆的维护

3.电缆的故障测试

电缆线路的故障测试一般包括故障测距和精确定点，电缆故障测试方法是指故障点的初测即故障测距。根据测试仪器和设备的原理，大致分为电桥法和脉冲法两大类，其测试特点如下。

电桥法是利用电桥平衡时，对应桥臂电阻的乘积相等，而电缆的长度和电阻成正比的原理进行测试的。

脉冲法是应用脉冲信号进行电缆故障测距的测试方法。它分低压脉冲法、脉冲电压法和脉冲电流法三种。

（1）低压脉冲法是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过观察故障点发射脉冲与反射脉冲的时间差进行测距。

（2）脉冲电压法是对故障电缆加上直流高压或冲击高电压，使电缆故障点在高压下发生击穿放电，然后通过仪器观察放电电压脉冲在测试端到放电点之间往返一次的时间进行测距。

（3）脉冲电流法与脉冲电压法相似，区别在于前者通过一线性电流耦合器测量电缆击穿时的电流脉冲信号，使测试接线更简单，电流耦合器输出的脉冲电流波形更容易分辨。

第三节  绝缘子

一、绝缘子的作用和分类

绝缘子广泛应用在发电厂和变电所的配电装置、变压器、开关电器及输电线路上，用来支持和固定裸载流导体，并使裸载流导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。绝缘子有以下种类：

1.按额定电压分

绝缘子按其额定电压可分为高压绝缘子（用于1000V以上的装置中）和低压绝缘子（用于1000V及以下的装置中）两种。

2.按安装地点分

（1）户内式。绝缘子安装在户内，绝缘子表面无伞裙。

（2）户外式。绝缘子安装在户外，绝缘子表面有较多和较大的伞裙，以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，使其能在恶劣的气候环境中可靠的工作。

3. 按结构形式分

按结构形式可分为支柱式、套管式及盘形悬式三种。

4. 按用途分

（1）电站绝缘子。主要用来支持和固定发电厂及变电站屋内外配电装置的硬母线，并使母线与大地绝缘。按作用不同分为支柱绝缘子和套管绝缘子。

（2）电器绝缘子。主要用来固定电器的载流部分。也分为支柱绝缘子和套管绝缘子。支柱绝缘子用于固定没有封闭外壳的电器的载流部分；套管绝缘子用来使有封闭外壳的电器（如断路器、变压器等）的载流部分引出外壳。

（3）线路绝缘子。主要用来固结架空输、配电导线和屋外配电装置的软母线，并使它们与接地部分绝缘。有针式、悬式、蝴蝶式和瓷横担四种。

本节主要介绍电站绝缘子。

二、绝缘子的基本结构

1.主要结构部件

绝缘子应具有足够的绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性。高压绝缘子主要由绝缘件和金属附件两部分组成。

（1）绝缘件。通常用电工瓷制成，绝缘瓷件的外表面涂有一层棕色或白色的硬质瓷釉，以提高其绝缘、机械和防水性能。电工瓷具有结构紧密均匀、绝缘性能稳定、机械强度高和不吸水等优点。盘形悬式绝缘子的绝缘件也有用钢化玻璃制成的，具有绝缘和机械强度高、尺寸小、质量轻、制造工艺简单及价格低廉等优点。

（2）金属附件。其作用是将绝缘子固定在支架上和将载流导体固定在绝缘子上。金属附件装在绝缘件的两端，两者通常用水泥胶合剂胶合在一起。金属附件皆作镀锌处理，以防其锈蚀；胶合剂的外露表面涂有防潮剂，以防止水分侵入。

2.金属附件与瓷件的胶装方式

（1）外胶装。将铸铁底座和圆形铸铁帽均用水泥胶合剂胶装在瓷件的外表面，铸铁帽上有螺孔，用来固定母线金具，圆形底座的螺孔用来将绝缘子固定在构架或墙壁上。

（2）内胶装。将绝缘子的上、下金属配件均胶装在瓷件孔内。

（3）联合胶装。绝缘子的上金属配件采用内胶装结构，而下金属配件则采用外胶装结构的—种胶装方式。

内胶装方式可减低绝缘子的高度，从而可缩小电器和配电装置的体积。—般重量比外胶装方式轻，但机械强度不如外胶装方式，通常情况下不能承受扭矩，因此，对机械强度要求较高时，应采用外胶装或联合胶装。

三、电站绝缘子的类型和特点

1.支柱绝缘子

支柱绝缘子适用于发电厂、变电站配电装置及电器设备中，作导电部分的绝缘和支持用。高压支柱绝缘子可分为户内和户外式。户内式支柱绝缘子分内胶装、外胶装、联合胶装三个系列；户外式支柱绝缘子分针式和棒式二种。

（1）户内支柱绝缘子。结构如图8－13所示。

（a）外胶装式支柱绝缘子。

（b）内胶装式支柱绝缘子。

（c）联合胶装式支柱绝缘子。

（2）户外支柱绝缘子。

户外式支柱绝缘子主要应用在6kV及以上屋外配电装置。由于工作环境条件的要求，户外式支柱绝缘子有较大的伞裙，用以增大沿面放电距离，并能阻断水流，保证绝缘子在恶劣的雨、雾气候下可靠地工作。结构如图8－14所示。

（a）针式支柱绝缘子。

（b）棒式绝缘子。

2.盘形悬式绝缘子

悬式绝缘子主要应用在35kV及以上屋外配电装置和架空线路上。按其帽及脚的连接方式分为球形的和槽形的两种。

悬式绝缘子的结构如图8－15所示，由绝缘件（瓷件或钢化玻璃）、铁帽、铁脚组成。

在实际应用中，悬式绝缘子根据装置电压的高低组成绝缘子串。每串绝缘子的数目：35kV不少于3片，110kV不少于7片，220kV不少于13片，330kV不少于19片，500kV不少于24片。这时，一片绝缘子的脚3的粗头穿入另一片绝缘子的帽2内，并用特制的弹簧锁锁住。对于容易受到严重污染的装置，应选用防污悬式绝缘子。

3.套管绝缘子

套管绝缘子据结构型式可分为带导体型和母线型两种。带导体型套管，其载流导体与绝缘部分制成一个整体，导体材料有铜和铝，导体截面有矩形和圆形；母线型套管本身不带载流导体，安装使用时，将载流母线装于套管的窗口内。按安装地点可分为户内式和户外式两种。

（1）户内式。户内式套管的额定电压从6～35kV，采用纯瓷结构。套管一般由瓷套、接地法兰及载流导体三部分组成。

根据载流导体的特征可分为三种形式：采用矩形截面的载流导体、采用圆形截面的载流导体、母线型。前两种套管载流导体与绝缘部分制作成一个整体，使用时由载流导体两端与母线直接相连。绝缘子的结构如图8－16所示。

母线型套管本身不带载流导体，安装使用时，将原载流母线装于该套管的矩形窗口内，结构如图8－17所示。

（2）户外式。主要用于户内配电装置的载流导体与户外的载流导体进行连接，以及户外电器的载流导体由壳内向壳外引出。因此，户外式套管两端的绝缘分别按户内外两种要求设计，一端为户内式套管安装在户内，另一端为有较多伞裙的户外式套管。户外式套管的额定电压从6～500kV。结构如图8－18所示。

五、绝缘子的安装和维护

1.绝缘子的安装要求

2.绝缘子的维护