架空线路对绝缘子的基本要求

２０１４年３月　灯与照明　第３８卷第１期　架空线路对绝缘子的基本要求　薛伟华　，崔岩　（１．国网新源控股有限公司回龙分公司；２．国网南阳供电公司，河南南阳４７３０００）　摘要：绝缘子又名瓷瓶，通常是用来支持、固定载流导体，并使载流导体相与相之间和对地绝缘。因此　绝缘子在输电线路等装置中具有广泛的应用。文章分析了架空线路对各种绝缘子的具体要求等。　关键词：绝缘子；架空线路；输电线；机械强度；恶劣环境　Ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｌｉｎｅ　ｔｏ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ｂａｓｉｃ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ＸＵＥ　Ｗｅｉｈｕａ　．ＣＵＩ　Ｙ　（１．Ｈｕｉｌｏｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ　Ｃｏｍｐａｎｙ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｘｉｎｙｕａｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｎａｎ　Ｎａｎｙａｎｇ　４７３０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ｏｔｈｅｒ　ｎａｍｅ　ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，ｕｓｕａｌｌｙ　ｉｓ　ｕｓｅｓ　ｆｏｒ　ｔｏ　ｓｕｐｐｏ￣，ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｆｉｘｅｄｌｙ　ｆｌｏｗｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ａｎｄ　ｃａｕｓｅｓ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｆｌｏｗｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎｄ　ｉｎｓｕｌａｔｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｃｅ．Ｔｈｅｒｅ．　ｆｏｒｅ　ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ｉｎ　ｉｎｓｔａｌｌｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｉｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｈａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｌｉｎｅ　ｔｏ　ｅａｃｈ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｌｉｎｅ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ａｄｖｅｒｓｅ　ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ．　母线与地绝缘。其型式、规格很多。按用途可分为支　０　引言　输电线路上的绝缘子有两个基本功能。为传输　电能的导线提供机械支持，防止电流对地形成通道接　地。这样才能保证输电线路将巨大的电能从发电厂　输送到各用户。　绝缘子又名瓷瓶，在发电厂和变电站的配电装置　持绝缘子和穿墙套管。按装设地点可分为户内和户　外式。按结构可分为棒式、针式、胶装式等。　支持绝缘子有内装胶式、外装胶式和联合装胶式　三种。穿墙套管用于母线在室内穿过墙壁和天花板，　以及室内向室外穿墙，６～３５　ｋＶ为瓷绝缘，６０～２２０　ｋＶ　为油浸纸绝缘电容式。　中，用来支持和固定载流导体，并使载流导体的相与　相之间和对地绝缘。因此，要求绝缘子应有足够的绝　缘强度和机械强度，并能在恶劣的环境（高温、潮湿、　户外式绝缘子有较大的伞裙，以增长沿面放电距　离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气　候环境中可靠地工作。户内式绝缘子表面无伞裙。　因此，户内式绝缘子的泄漏比距比户外式绝缘子要大　的多。　１．２电器绝缘子　多尘埃、污垢等）下安全运行。　１　绝缘子的类型和特点　绝缘子可分为电站、电器和线路绝缘子三种。　它用以固定电器的载流部分，如固定熔断器、变　压器出线的套管，断路器的支持瓷套等。　１．３线路绝缘子　它用来固定架空线路的导线和室外配电装置的　１．１电站绝缘子　它用来支持和固定户外配电装置中的母线，并使　收稿Ｅｔ期：２０１３—０９—２７　作者简介：薛伟华（１９７９一），男，主要负责电站机组设备、线路设施运行维护、新技术在电厂实践中应用工作。　・５１・　２０１４年３月　灯与照明　第３８卷第１期　软母线，并使它们与地绝缘，又分为针式和悬式两种。　材质可采用钢化玻璃和瓷质两种，钢化玻璃比瓷质的　机械强度和电气强度均要好，寿命长，但老化或击穿　时不易发现，易造成事故。　２绝缘子的基本要求　绝缘子是一种具有电气绝缘和机械固定作用的　绝缘部件，对它有三个基本要求。有足够的电气绝缘　强度，能承受一定的外力机械负荷，能经受不利的环　境和气候条件变化的考验。　２．１绝缘子的电气性能　绝缘子的电气性能通常用连通两极的沿绝缘子　外部表面空气的放电压——闪络电压来衡量。　根据　【作条件的不同，闪络电压可分为三种：　干闪电压。清洁、干燥绝缘子的闪络电压，它是　户内绝缘子的主要电气性能指标。干闪电压可分为　工频干闪电压、操作冲击干闪电压和雷电冲击干闪　电压。　湿闪电压。洁净的绝缘子在淋雨情况下的闪络　电压，它是户外绝缘子的主要电气性能指标，根据作　用的电压不同，湿闪电压可分为工频湿闪电压、操作　冲击湿闪电压和雷电冲击湿闪电压。在雷电冲击电　压作用下，绝缘子的干、湿闪电压基本相同。在工频　电压下，干、湿闪电压相差较大，而在操作冲击电压　下，绝缘子的干、湿闪电压也有区别，但不如工频电压　下那么显著。　污闪电压。表面脏污的绝缘子在受潮情况下的　闪络电压。污闪电压比干闪电压和湿闪电压都低，一　般用泄漏距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的　绝缘能力。　有些绝缘子，电极问的绝缘可能被击穿，这样会　造成不可恢复的绝缘损坏。在进行绝缘子设计时，一　般要求绝缘子的击穿电压比干闪电压高。通常，电瓷　产品的击穿电压大于其１．２～１．６倍的工频干耐受　电压。　另外，在运行中，绝缘子的电晕造成高频干扰，引　起能量损失，一般要求在正常电压下不出现这种有害　的电晕。　２．２绝缘子的机械性能　绝缘子的机械性能按其在运行中承受的外力可　分为三种：　抗拉强度。绝缘子承受拉伸负荷的能力，如悬挂　输电线的绝缘子要耐受重力和导线拉力造成的拉伸　负荷。　．５２・　抗弯强度。绝缘子耐受弯曲负荷的能力。如支　柱绝缘子需承受导线拉力、风力及短路电流电动力的　作用，这些力的方向与支柱垂直造成弯曲负荷。　热胀冷缩性能和抗老化性能。绝缘子在运行中　遇到日光曝晒、突然降雨等剧烈的天气变化时，温度　会骤然变化，产生内部应力，可能造成绝缘子开裂，所　以要求绝缘子能够耐受一定的温差剧变，而不发生开　裂。另外，构成绝缘子的各种材料的温度膨胀系数不　同，温度变化时也会使它们之间产生应力发生破裂。　运行中的绝缘子在长期的工作电压、机械负荷和环境　温度变化的作用下，会发生电介质的老化现象，因此　要求绝缘子应具有一定的抗老化性能。　３　对高压绝缘子的运行条件和　要求　运行中的绝缘子要能承受各种不利的影响，甚至　是恶劣的气候条件和机电负荷急剧变化的影响。因　而要求绝缘子能够满足一系列严格的要求。例如，电　气负荷和电气性能、机械负荷和机械性能、热负荷和　热性能、环境作用因素和各种负荷的联合作用对绝缘　子的要求。　电气设备一般包括导体、磁路、绝缘和机械结构　等几个部分。而绝缘部分通常是最薄弱的环节。在　电力系统中绝缘子用量最多。对某些高压电器来说，　能否发展往往决定于高压绝缘子的发展情况。特别　是随着我国电力系统向着超高压、特高压、大容量方　向的迅猛发展，对高压绝缘子合理的机电性能提出了　更高的要求。　３．１　电气负荷和电气性能的要求　在运行中，绝缘子一般会遭受持续的工频电压、　暂时过电压和瞬时过电压的作用。这就要求绝缘子　在干燥和淋雨的条件下，工频耐受电压等各项电气性　能均符合有关标准。　线路绝缘子在运行中还常常会遇到各种污秽和　潮湿等恶劣气象条件的作用，这要求绝缘子要有足够　的耐污秽能力。　在运行中，绝缘子还会因电晕或局部放电产生　电、热和化学的破坏作用，发生电晕腐蚀和电老化过　程。因此，一般要求在正常的工作电压下不能发生这　种有害的电晕和局部放电。　在单相接地故障中，电弧可以在空气间隙中或沿　绝缘子表面出现。电弧的高温可以导致绝缘子表面　烧毁或剥落、伞裙破损或绝缘子炸裂等。这就要求绝　缘子的绝缘材料有耐电弧能力。　２０１４年３月　灯与照明　第３８卷第１期　３．２机械负荷和机械性能的要求　绝缘子在运行中常会受到导线、金具质量、覆冰　重量、风力、导线张力、系统短路时的电动力、绝缘子　的自重、地震以及其他机械力的作用，这就要求绝缘　子的机械强度（如拉伸、压缩、弯曲、扭转等）符合相关　标准。　３．３热负荷和热性能的要求　绝缘子在运行中会受到盛夏酷暑和隆冬严寒作　用，而且会经常受到温度急剧变化的影响。因此，要　求绝缘子耐冷和耐热性能（耐受温度循环能力）符合　相关标准。　３．４环境作用和各种负荷的综合作用　环境作用因素是指空气中的水分含量、各种降水　过程、阳光（特别是紫外线）、各种气体（如氧气、二氧　化碳及其他腐蚀性气体）、空气中的沉降物等对绝缘　子的作用和影响。　实际上，运行中的绝缘子经常受到上述各种因素　的综合作用。一般绝缘子在电气、机械、热负荷、大气　污染、气象温度急变等环境作用因素长期反复地作用　下，其机电强度会缓慢下降，常称为绝缘子老化。因　此高压绝缘子合理的机电性能是线路安全运行的基　础保障。　４绝缘子的额定电压　绝缘子的额定电压是系统最高电压，而不是系统　标称电压。　我国ＧＢ　１５６－－２００３４标准电压》中规定设备最高　电压用于表示：（１）绝缘；（２）相关设备可根据这个　最高电压推荐其他特性。设备的最高电压就是该设　备可以应用的“系统最高电压”的最大值。在这个标　准之前，设备的额定电压一直是采用设备所在系统的　标称电压来表示。标称电压是系统运行电压的平均　值。绝缘子的爬电距离也是依据绝缘子的耐受电压　设计计算和制造的。因此对设备绝缘来说，额定电压　是最高电压，而不是标称电压。　５输电线路的绝缘配合　输电线路的绝缘配合主要是根据大气过电压和　内过电压的要求，确定线路所需要的绝缘子片数和杆　塔头部的空气间隙。　绝缘配合是指系统中可能的各种过电压，在考虑　采用各种限压措施用户，充分研究投资费用并经技术　比较后，确定出的系统必要的绝缘水平，然后按此绝　缘水平选定绝缘物和绝缘间隙。　架空线路的绝缘配合就是要解决带电导线在杆　塔上和档距间的各种放电渠道。其具体内容包括导　线对杆塔、导线对塔头的各部件、导线对避雷线、导线　对拉线、不同相导线之间、导线对地、导线对树木、导　线对建筑物、导线和带电体对等杆塔进行带电作业人　员的最小安全距离。　输电线路的绝缘配合与以下因素有关：（１）按正　常工频电压、内过电压、外过电压确定绝缘子的型式　和片数；（２）在外部过电压的条件下确定档距中央导　线对避雷线的空气间隙；（３）在内过电压、外过电压的　条件下确定导线对地、建筑物的最小允许距离；（４）在　正常工频电压下，不同相导线间以及导线振荡摇摆　时，确定不同相导线之间的最小距离。　６　输电线路绝缘子串的组装　输电线路串的组装取决于绝缘子的型式、杆塔结　构、导线型号、每相导线的根数和电压等级的不同，有　着不同的组装形式。但归纳起来可分为悬垂绝缘子　串和耐张绝缘子串两大类。　架空线路处于绝缘的空气介质中，由于输电线路　的电压等级较高，为了保证导线对地有必要的绝缘间　隙，需要将悬式绝缘子串接起来，与线路金具配合组　成输电线路架空导线的悬挂体系——绝缘子串。根　据受力特点，在直线杆塔上组成悬垂串，在耐张杆塔　上组成耐张串。　７瓷质绝缘子　瓷质绝缘子伞裙不得破损、瓷质不得有裂纹、瓷　釉不得被烧坏和损伤，瓷质绝缘子大多数是悬式绝缘　子，还有少部分是瓷质绝缘横担。悬式绝缘子是一种　可击穿结构，运行中因老化、锈蚀，击穿和污闪的事故　时有发生，同时运行线路上的零值瓷瓶普遍存在。据　统计，我国瓷质绝缘子年平均劣化高达０．６％。悬式　绝缘子的故障一般有４种：污秽闪络、泥胶膨胀遭到　破坏、电热老化以及金具自身的锈蚀。所以，对于瓷　质绝缘子除加强瓷质材料的强度外（如选用铝质高强　度瓷材），还要注意水泥和瓷釉的质量和加工工艺。　常用的瓷质绝缘子主要分为普通瓷质绝缘子和　半导体釉瓷绝缘子两种。普通瓷质绝缘子的机电负　荷、电气性能、热机性能等都满足各级电压的要求，但　却存在２个致命的弱点：（１）在污秽潮湿条件下，绝　缘子在工频电压的作用时其绝缘性能急剧下降，常产　生局部电弧，严重时会发生污秽闪络；（２）绝缘子串电　压分布不均匀，在电场集中的部位常引起电晕，产生　・５３・　２０１４年３月　灯与照明　第３８卷第１期　无线电干扰，导致瓷体老化。　半导体釉质绝缘子的特点是在瓷质绝缘子外层　覆盖半导体釉。这种半导体釉中的功率损耗使绝缘　子表面温度比环境温度高出几度。从而在雾与严重　污秽环境中可以防止由此凝聚所形成的潮湿，以此提　高污秽绝缘子在潮湿环境下的工频绝缘强度。半导　体釉，以氧化锡与少量的氧化锑高温合成，再添加于　基础釉中而制成，其热稳定较高。　８玻璃绝缘子　玻璃绝缘子是将玻璃元件经过钢化处理后内层　形成张应力，而外层形成压应力。这种预应力状态使　玻璃绝缘子能承受相当大的热冲击及机电负荷。当　其预应力状态受到破坏时就会自爆。引起自爆的主　要原因有２个：（１）绝缘电阻零值时；（２）绝缘子表　面温度发生冷热急变和受到损伤后。玻璃绝缘子表　面强度高，耐弧性能好，其电气强度在整个运行过程　中一般保持不变，电气性能好，老化进程慢，不会发生　钢化玻璃被击穿现象。由于玻璃透明，在外观检查时　容易发现内部损伤。对玻璃绝缘子的运行要求主要　是玻璃钢介质不得有杂质、结瘤等缺陷。　９合成绝缘子　合成绝缘子至少由两种绝缘材料（如芯棒和外　套）复合而成，并装配金属连接件。芯棒是绝缘子的　内绝缘件，通常由树脂浸渍的玻璃纤维构成，用来保　证绝缘子的机械特性。外套是绝缘子的外绝缘件，用　来提供爬电距离和保护芯体不受外界气候的影响。　合成绝缘子的抗振性能、阻尼性能、抗疲劳断裂以及　抗污闪、抗老化性能都比较好。　合成绝缘子有憎水性。水在合成绝缘子表面形　成水珠，那样溶解在水珠内的导电污秽物质就不能形　成连续状态，这就提高了绝缘子干带形成概率，降低　了泄漏电流形成通道的可能性，导致绝缘子有较高的　污秽闪络电压。制造合成绝缘子的聚合物材料具有　较好的闪络抵抗力，这些聚合物材料（如橡胶硅）在憎　水性遭到破坏以后还能自动恢复其憎水性，甚至在老　化时也如此。优良的憎水性大大提高了电能输送的　可靠性。　１Ｏ运行对绝缘子的质量要求　外观检查，绝缘子的钢帽、绝缘件、钢脚应在同一　轴线上，绝缘子浇注水泥不得有裂纹，钢脚、钢帽不得　有裂纹、歪斜或严重锈蚀，钢脚与钢帽槽口间隙不得　・５４・　超标。　合成绝缘子伞裙、护套不得破损或龟裂，黏结剂　不得老化。　盘型绝缘子的绝缘电阻不小于３００　Ｍｎ，５００　ｋＶ，　线路盘型绝缘子的绝缘电阻不小于５００　ＭＱ，盘型绝　缘子的分布电压不应为零值或低值。造成盘型绝缘　子的绝缘电阻零值的主要原因是瓷件间隙的水泥胶　合剂老化或裂缝吸潮后造成绝缘电阻下降而致。　锁紧销应符合锁紧试验规范的要求。　绝缘子串上的分布电压。绝缘子串由若干片绝　缘子组成，每片绝缘子就相当于一个电容器（钢帽和　钢脚相当于两极，瓷件是介质），因此一个绝缘子串将　相当于由许多电容器组成的链型回路。因为绝缘子　的体积电阻和表面电阻比正常情况下（５０　Ｈｚ）绝缘子　的容抗大得多，所以一般情况下就把它看成一个串联　的电容回路。如果不考虑其他因素，由于每个绝缘子　的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分　部的电压是相同的。但由于每个绝缘子的金属部分　对杆塔（地）和对导线之间均存有杂散电容（寄生电　容）Ｃ　和Ｃ，，因此绝缘子串上每个绝缘子实际所分担　的电压并不相同。　Ｃ为绝缘子本身电容器，Ｃ。为绝缘子金属部分对　杆塔的电容，由于存在这个电容，当有电位差时，就有　一个电流经ｃ．流入接地支路。流经Ｃ　都要分别流　经电容器Ｃ，越靠近导线的电容ｃ所流经的电容电流　就越大。由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗　也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子电容电流较　大，因而越靠近导线的绝缘子电压降就越大。　Ｃ为绝缘子本身电容，Ｃ　为绝缘子金属部分对导　线的电容，由于每个电容器Ｃ　两端均有电位差，因此　就有电容电流流过，而且必须经电容Ｃ构成回路，因　为是绝缘子金属部分对导线的电容，电流就经Ｃ：流　入导线支路。这样就使离导线越远的绝缘子所流经　的电流越多，因而电压降也越大。　由于绝缘子金属部分对导线的电容（为　０．５～１．０　ＰＦ）比对地电容（为３～５　ＰＦ）小得多，网而所　流经的电流也小得多，所以产生的压降也较小。在实　际中绝缘子串上的各个绝缘子的分布电压是在同时　考虑以上这两种电容的同时作用，即沿绝缘子串上的　电压分布应同时考虑绝缘子金属部分对导线的电容　和对地电容在绝缘子串上所得到的电压分布叠加。　因此绝缘子串上的电压分布是极不均匀的，靠近导线　的绝缘子电压降最大，远离导线的绝缘子电压降最　小，当绝缘子靠近横担时，绝缘子叠加电压又升高。　绝缘子串越长，电压分布越不均匀，越不容易导致某　２０１４年３月　灯与照明　第３８卷第１期　（上接第３３页）　褂　丑　臻　０　图９　ＬＥＤ输出功率变化图　４　小结　通过仿真和测试，表明该系统能够比较准确地实　现交通流量控制ＬＥＤ输出功率的功能，解决了传统节　文献：　继红．ＬＥＤ在景观照明中的基本混光方式［Ｊ］．照明工　学报，２００８，１９（３）：２６～２９　磊，李超，等．基于边缘对称性的视频车辆检测算法　［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００８，３４（９）：１１１３～１１１６　［３］　陈雨丝．基于背景差分的光照鲁棒性运动目标检测与跟　踪技术研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１１　［４］　王敏．基于ＢＦ５６１　ＤＳＰ的车流量视频检测技术研究　［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２０１２　［５］　马福昌，霍永涛，等．太阳能大功率ＬＥＤ路灯的设计［Ｊ］．　电子设计工程，２０１０，１８（８）：１４７～１４９　・５５・