高压外线电工培训课件KV线路.docx

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1、- 26 - 高压外线电工培训课件 10KV架空线路基础知识一、送电线路的主要设备：送电线路是用绝缘子以及相应金具将导线及架空地线悬空架设在杆塔上，连接发电厂和变电站，以实现输送电能为目的的电力设施。主要由导线、架空地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置等组成。1导线：其功能主要是输送电能。线路导线应具有良好的导电性能，足够的机械强度，耐振动疲劳和抵抗空气中化学杂质腐蚀的能力。线路导线目前常采用钢芯铝绞线或钢芯铝合金绞线。为了提高线路的输送能力，减少电晕、降低对无线电通信的干扰，常采用每相两根或四根导线组成的分裂导线型式。2架空地线：主要作用是防雷。由于架空地线对导线的屏蔽，及导线、架空地线

2、间的藕合作用，从而可以减少雷电直接击于导线的机会。当雷击杆塔时，雷电流可以通过架空地线分流一部分，从而降低塔顶电位，提高耐雷水平。架空地线常采用镀锌钢绞线。目前常采用钢芯铝绞线，铝包钢绞线等良导体，可以降低不对称短路时的工频过电压，减少潜供电流。兼有通信功能的采用光缆复合架空地线。架空线路常用的导线型号及符号的含义： 架空线路常用的导线有裸导线和绝缘导线.按导线的结构可分为单股,多股及空芯导线.按导线使用材料分为铜导线,铝导线.钢芯铝导线,铝合金导线和钢导线等. 送、配电架空电力线路采用多股裸导线,低压配电架空线路可使用单股裸铜导线. 常用的裸导线有以下几种: 1裸铜导线(TJ),2裸铝导线(

3、LJ),3钢芯铝导线(LGJ,LGJQ,LGJJ)4铝合金导线(HLJ)5钢导线(GJ) 导线型号中的拼音字母的含义 T-铜导线 J-绞线 L-铝导线 G-钢芯 Q-轻型 H-合金 常用高压电缆的种类和型号 型号中一字线后的数字表示导线的截面积平方毫米10kv高压电缆型号：额定电压KV 型号 名称 主要用途 10 JKYJ,JKLYJ 铜（铝）芯交联聚乙烯绝缘架空电缆 架空固定敷设，架设时应考虑电缆和树木保持一定距离，电缆运行时允许和树木频繁接触 JKY,JKLY 铜（铝）芯聚乙烯绝缘架空电缆 JKLYJ/B 铝芯本色交联聚乙烯绝缘架空电缆 JKLYJ/Q 铝芯轻型交联聚乙烯薄绝缘架空电缆 架

4、空固定敷设，架设时应考虑电缆和树木保持一定距离，电缆运行时只允许和树木短时接触 JKLY/Q 铝芯轻型聚乙烯薄绝缘架空电缆 额定电压10kv架空电缆绝缘电缆的技术特点：1、适用于交联额定电压U（Um）为10（12）KV的架空电力传输线路。2、电缆敷设温度应不低于-20。3、短路时（5s）导体的最高温度：XLPE绝缘250。4、电缆导体的最高长期允许工作温度为：a.有承载结构电缆：XLPE绝缘为90；b.无承载结构电缆：GB还未规定，鉴于实际情况不应超过“a”规定值。5、电缆的允许弯曲半径应不小于a.单芯电缆为20（D+d）5%mm，TR结构为20Dmm；b.多芯电缆为15（Dd）5%mm10k

5、v高压架空电缆连续负荷载流量如下表（供参考）标称截面m单芯三芯YKLYJYKLYJYKYJYKLYJ10100809072161281001129025168130145115352051601801485025020021517570310245270220953803003302681204453353803001505104004353451855804604903952406855405804683007906256705403绝缘子：是将导线绝缘地固定和悬吊在杆塔上的物件。送电线路常用绝缘子有：盘形瓷质绝缘子、盘形玻璃绝缘子、棒形悬式复合绝缘子。（1）盘形瓷质绝缘子：国产瓷质绝缘子，

6、存在劣化率很高，需检测零值，维护工作量大。遇到雷击及污闪容易发生掉串事故，目前已逐步被淘汰。（2）盘形玻璃绝缘子：具有零值自爆，但自爆率很低（一般为万分之几）。维护不需检测，钢化玻璃件万一发生自爆后其残留机械强度仍达破坏拉力的80%以上，仍能确保线路的安全运行。遇到雷击及污闪不会发生掉串事故。在、级污区已普遍使用。（3）棒形悬式复合绝缘子：具有防污闪性能好、重量轻、机械强度高、少维护等优点，在级及以上污区已普遍使用。4金具送电线路金具，按其主要性能和用途可分为：线夹类、连接金具类、接续金具类、防护金具类、拉线金具类。（1）线夹类：悬式线夹：用于将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子串上，或将架空地线

7、悬挂在直线杆塔的架空地线支架上。耐张线夹：是用来将导线或架空地线固定在耐张绝缘子串上，起锚固作用。耐张线夹有三大类，即：螺栓式耐张线夹；压缩型耐张线夹；楔型线夹。螺栓式耐张线夹：是借U型螺丝的垂直压力与线夹的波浪形线槽所产生的摩擦效应来固定导线。压缩型耐张线夹：它是由铝管与钢锚组成。钢锚用来接续和锚固钢芯铝绞线的钢芯、然后套上铝管本体，以压力使金属产生塑性变形，从而使线夹与导线结合为一整体，采用液压时，应用相应规格的钢模以液压机进行压缩。采用爆压时，可采用一次爆压或二次爆压的方式，将线夹和导线（架空地线）压成一个整体。楔型线夹：用来安装钢绞线，紧固架空地线及拉线杆塔的拉线。它利用楔的劈力作用，

8、使钢绞线锁紧在线夹内。（2）连接金具类：连接金具是用来将绝缘子串与杆塔之间，线夹与绝缘子串之间，架空地线线夹与杆塔之间进行连接的金具。常用的连接金具有：球头挂环、碗头挂板、U型挂环、直角挂板等。（3）接续金具类：用于导线的接续及架空地线的接续，耐张杆塔跳线的接续。定型的接续金具有：钳压接续金具、液压接续金具、螺栓接续金具、爆压接续金具。（4）防护金具类：用于防护导线，架空地线振动的防震锤、护线条、阻尼线；用于抑制次档距振动的间隔棒；用于防护绝缘子串产生电晕的屏蔽环及均压环等。（5）拉线金具类：用于调整和稳固杆塔拉线的金具有：可调式UT型线夹；钢线卡子、及双拉线联板等。5杆塔：杆塔是支承架空线路

9、导线和架空地线，并使导线与导线之间，导线和架空地线之间，导线与杆塔之间，以及导线对大地和交叉跨越物之间有足够的安全距离。架空线路的各种电杆，按其作用可分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆、分支杆、跨越杆。1. 直线杆位于线路的直线段上，在正常情况下承受导线重量和水平风力载荷，不考虑承受顺线路方向导线的拉力，稳定性较差。2 .耐张杆位于线路直线段上几个直线杆之间。在正常情况下除承受导线重量和水平风力载荷外，还要承受邻档导线拉力差所引起的顺线路方向的拉力。在断线事故和架线紧线情况下，还能承受一侧导线的拉力，稳定性比直线杆好。3. 转角杆位于线路改变方向的地方，在正常情况下除承受导线的垂直载荷和内角平

10、分线方向风力水平载荷外，还要承受内角平分线方向导线全部拉力的合力，稳定性最好。4.终端杆位于线路的首端和终端，在正常情况下除承受导线的垂直载荷和水平风力外，由于只有一侧有导线，所以顺线路方向要承受全部导线的拉力。5 .分支杆位于线路的分支处，在正常情况下除承受主线路所承受的载荷外，还要承受分支导线的垂直载荷和水平风载荷及顺分支线方向导线的全部拉力。这种电杆在主线路方向上有直线杆和耐张杆两种，在分支方向则为耐张杆。6 .跨越杆位于跨越铁路、通航河道、公路和电力线等大跨度需要特殊考虑的地方。 常规杆塔型号表示方法：（1）按杆塔用途分类代号含义：Z直线杆塔D终端杆塔ZJ直线转角杆塔F分支杆塔N耐张杆

11、塔K跨越杆塔J转角杆塔H换位杆塔（2）按杆塔外形或导线布置型式代号含义：S上字型SZ正伞型C叉骨型（鸟骨型）SD倒伞型M猫头型T田字型VV字型W王字型J三角型AA字型G干字型Me门型Y羊角型Gu鼓型B酒杯型 6基础：基础的作用主要是稳定杆塔，能承受杆塔、导线、架空地线的各种荷载所产生的上拔力、下压力和倾覆力矩。电杆及拉线宜采用预制装配式基础。铁塔宜采用现浇钢筋混凝土基础或混凝土基础。有条件时，应优先采用原状基础。包括有：岩石基础、机扩桩基础、掏挖（半掏挖）基础、爆扩桩基础和钻孔桩基础等。 拉线的作用（1）电杆架设后，发生了受力不平衡的现象，拉线可以平衡导线张力，保持电杆稳固。（2）电杆基础不牢

12、，不能保持电杆稳固，用拉线可进行基础补强。（3）因载荷超过电杆的安全强度，利用拉线减少电杆所受的弯曲力矩。1.7.2 拉线的种类按拉线用途和作用的不同，可分为以下几种。（1）普通拉线，主要用来平衡固定性的不平衡拉力。（2）人字拉线（又叫防风拉线），用于基础不坚固和交叉跨越加高杆或较长耐张段中间的直线杆上，加强防风倾倒。（3）水平拉线（又叫高桩拉线），用于跨越公路、渠道和交通要道处。（4）自身拉线（又叫弓形拉线），用于受地形限制，不能采用一般拉线处。（5）V形拉线，用于电杆较高、横担较多、架空多条线路，因而受力不均匀，可在上、下两处各安装一条拉线。（6）共用拉线、十字拉线、撑杆等7接地装置：主要

13、由连接架空地线的接地引下线及埋入杆塔地里的接地体（极）所组成。接地装置的主要作用是，能迅速将雷电流在大地中扩散泄导，以保持线路有一定的耐雷水平。杆塔接地电阻值愈小，其耐雷水平就愈高。二、送电线路专业术语1档距：相邻两基杆塔之间的水平直线距离，称为档距，一般用L表示。2弧垂：对于水平架设的线路来说，导线相邻两个悬挂点之间的水平连线与导线最低点的垂直距离，称为弧垂或弛度。用f表示。3限距：导线对地面或对被跨越设施的最小距离。一般指导线最低点到地面的最小允许距离，常用h表示。4水平档距：相邻两档距之和的一半，称为水平档距5垂直档距：相邻两档距间导线最低点之间的水平距离，称为垂直档距，6代表档距：一个

14、耐张段里，除弧立档外，往往有多个档距。由于导线跨越的地形、地物不同，各档距的大小不相等，导线的悬挂点标高也不一样，各档距的导线受力情况也不同。而导线的应力和弧垂跟档距的关系非常密切，档距变化，导线的应力和弧垂也变化，如果每个档距一个一个计算，会给导线力学计算带来困难。但一个耐张段里同一相导线，在施工时是一道收紧起来的，因此，导线的水平拉力在整个耐张段里是相等的，即各档距弧垂最低点的导线应力是相等的。我们把大小不等的一个多档距的耐张段，用一个等效的假想档距来代替它，这个能够表达整个耐张力学规律的假想档距，称之为代表档距或称为规律档距，用LO表示。导线悬挂点等高情况： 导线悬挂点不等高情况： 式中

15、：LO规律档距（米） Ln各档档距（米） Qn悬挂点高差角（度）7杆塔高度：杆塔最高点至地面的垂直距离，称为杆塔高度。用H1表示。8杆塔呼称高度：杆塔最下层横担至地面的垂直距离称为杆塔呼称高度，简称呼称高，用H2表示。9悬挂点高度：导线悬挂点至地面的垂直距离，称为导线悬挂点高度，用H3表示。10线间距离：两相导线之间的水平距离，称为线间距离，用D表示。11根开：两电杆根部或塔脚之间的水平距离，称为根开。用A表示。12架空地线保护角：架空地线和边导线的外侧连线与架空地线铅垂线之间的夹角，称为架空地线保护角。13杆塔埋深：电杆（塔基）埋入土壤中的深度称为杆塔埋深。用h0表示。14跳线：连接承力杆塔

16、（耐张、转角和终端杆塔）两侧导线的引线，称为跳线，也称引流线或弓子线。15导线的初伸长：当导线初次受到外加拉力而引起的永久性变形（延着导线轴线伸长），称为导线初伸长。16分裂导线：一相导线由多根（有2根、3根、4根）组成型式，称为分裂导线。它相当于加粗了导线的“等效直径”，改善导线附近的电场强度，减少电晕损失，降低了对无线电的干扰，及提高送电线路的输送能力。17导线换位：送电线路的导线排列方式，除正三角形排列外，三根导线的线间距离是不相等。而导线的电抗取决于线间距离及导线半径，因此，导线如不进行换位，三相阻抗是不平衡的，线路愈长，这种不平衡愈严重。因而，会产生不平衡电压和电流，对发电机的运行及

17、无线电通信产生不良的影响。送电线路设计规程规定“在中性点直接接地的电力网中，长度超过100km的送电线路均应换位”。一般在换位塔进行导线换位。18导（地）线振动：在线路档距中，当架空线受到垂直于线路方向的风力作用时，就会在其背风面形成按一定频率上下交替的稳定涡流（如图2-3示），在涡流升力分量的作用下，使架空线在其垂直面内产生周期性振荡，称为架空线振动。跌落式熔断器常见故障及防范措施 跌落式熔断器是高压配电线路上最常用过负荷及短路保护设备，它具有结构简单、价格便宜、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于10kV配电线路和配电变压器一次侧作为保护用。它安装在10kV配电线路分支线上，可缩

18、小停电范围，因其有一个明显的断开点，具备了隔离开关的功能，给线路检修创造了一个安全作业环境。安装在配电变压器上，可以作为配电变压器的主保护，所以，在10kV配电线路和配电变压器中得到了普及。其工作原理是：将熔丝穿入熔管内,两端拧紧,并使熔丝位于熔管中间偏上方,上动触头由于熔丝拉紧的张力而垂直于熔丝管向上翘起,用绝缘拉杆将上动触头推入上静触头内,成闭合状态(合闸状态)并保持这一状态。当被保护线路发生故障,故障电流使熔丝熔断时,形成电弧,消弧管在电弧高温作用下分解出大量气体,使管内压力急剧增大,气体向外高速喷出,对电弧形成强有力的纵向吹弧,使电弧迅速拉长而熄灭.与此同时,由于熔丝熔断,熔丝的拉力消

19、失,使锁紧机构释放,熔丝管在上静触头的弹力及其自重的作用下,绕下轴翻转跌落,形成明显的断开距离。使电路断开，切除故障段线路或者故障设备 一、跌落式熔断器主要故障1、烧保险管常见熔断器的烧管故障都在熔丝熔断后发生，由于熔丝熔断后不能自动跌落，这时电弧在管子内未被切断形成了连续电弧而将管子烧坏，保险管常因上下转动轴安装不正,被杂物阻塞,以及转轴部分粗糙,因而阻力过大,不灵活等原因,以致当熔丝熔断时,保险管仍短时保持原状态不能很快跌落,灭弧时间延长而造成烧管。2.保险管误跌落故障保险管不正常跌落的主要原因是： 有些开关保险管尺寸与保险器固定接触部分尺寸匹配不合适，极易松动，一旦遇到大风就会被吹落,有

20、时由于操作后未进行检查,稍一振动便自行跌落；熔断器上部触头的弹簧压力过小,且在鸭嘴(保险器上盖)内之直角突起处被烧伤或磨损,不能挡住管子也是造成保险器误跌落的原因；熔断器安装的角度(即保险器轴线与垂直线之间的夹角)不合适时,也会影响管子跌落的时间。有时由于熔丝附件太粗,保险管孔太细,即使熔丝熔断,熔丝元件也不易从管中脱出使管子不能迅速跌落。3.熔断器熔丝误断熔断器额定断开容量小，其下限值小于被保护系统的三相短路容量，保险丝误熔断。如果重复发生，常常是因为熔丝选择得过小或与下一级熔丝容量配合不当,发生越级误断熔断。这类事故,可能是因为换用大容量的变压器后,未随之更换大容量的保险丝所致。保险熔丝质

21、量不良,其焊接处受到温度及机械力的作用后脱开,也会发生误断。另外,锡合金焊接的和带丝弦或弹簧的旧式保险熔丝,因受到温度影响后会改变性能,又易氧化生锈,最易发生误熔断。二、防止跌落式熔断器故障的主要措施1、合理选择跌落式熔断器10kV跌落式熔断器适用于环境空气无导电粉尘、无腐蚀性气体及易燃、易爆等危险性环境，年度温差变比在40以内的户外场所。其选择是按照额定电压和额定电流两项参数进行，也就是熔断器的额定电压必须与被保护设备(线路)的额定电压相匹配。熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。而熔体的额定电流可选为额定负荷电流的1.52倍。此外，应按被保护系统三相短路容量，对所选定的熔断器进行校核

22、。保证被保护系统三相短路容量小于熔断器额定断开容量的上限，但必须大于额定断开容量的下限。若熔断器的额定断开容量(一般是指其上限)过大，很可能使被保护系统三相短路容量小于熔断器额定断开容量的下限，造成在熔体熔断时难以灭弧，最终引起熔管烧毁，爆炸等事故。 2、正确安装跌落式熔断器(1) 10kV跌落式熔断器安装在户外，相间距离应大于70cm。并且牢固可靠地安装在离地面垂直距离不小于4m的横担(构架)上，不能有任何的晃动或摇晃现象。若安装在配电变压器上方，应与配变的最外轮廓边界保持0.5m以上的水平距离，以防熔管掉落引发其他事故。(2)安装时应将熔体拉紧，否则容易引起触头发热，所使用的熔体必须是正规

23、厂家的标准产品，并具有一定的机械强度。(3) 熔管应有向下25（2）的倾角，熔管的长度应调整适中，要求合闸后鸭嘴舌头能扣住触头长度的三分之二以上，以免在运行中发生自行跌落的误动作，熔管亦不可顶死鸭嘴，以防止熔体熔断后熔管不能及时跌落。 3、正常合理操作跌落式熔断器在农网10kV配电线路分支线和额定容量小于200kVA的配电变压器允许按下列要求带负荷操作：(1) 操作时由两人进行(一人监护，一人操作)，但必须戴经试验合格的绝缘手套，穿绝缘靴、戴护目眼镜，使用电压等级相匹配的合格绝缘棒操作，在雷电或者大雨的气候下禁止操作。 (2) 在拉闸操作时，一般规定为先拉断中间相，再拉背风的边相，最后拉断迎风

24、的边相。这是因为配电变压器由三相运行改为两相运行，拉断中间相时所产生的电弧火花最小，不致造成相间短路。其次是拉断背风边相，因为中间相已被拉开，背风边相与迎风边相的距离增加了一倍，即使有过电压产生，造成相间短路的可能性也很小。最后拉断迎风边相时，仅有对地的电容电流，产生的电火花则已很轻微。(3) 合闸的时候操作顺序拉闸时相反，先合迎风边相，再合背风的边相，最后合上中间相。 (4) 操作熔管是一项频繁的项目，注意不到便会造成触头烧伤引起接触不良，使触头过热，弹簧退火，促使触头接触更为不良，形成恶性循环。所以，拉、合熔管时要用力适度，合好后，要仔细检查鸭嘴舌头能紧紧扣住舌头长度三分之二以上，可用拉闸

25、杆钩住上鸭嘴向下压几下，再轻轻试拉，检查是否合好。合闸时未能到位或未合牢靠，熔断器上静触头压力不足，极易造成触头烧伤或者熔管自行跌落。 4、加强跌落式熔断器的运行维护 为使熔断器能更可靠、安全的运行，除按规程要求严格地选择正规厂家生产的合格产品及配件(包括熔件等)外，在运行维护管理中应特别注意以下事项：（1）熔断器的额定电流与熔体及负荷电流值是否匹配合适，若配合不当必须进行调整。 （2）熔断器的每次操作必须仔细认真，不可粗心大意，特别是合闸操作，必须使动、静触头接触良好。检查熔断器转动部位是否灵活，有否锈蚀、转动不灵等异常，零部件是否损坏、弹簧有否锈蚀。（3）熔管内必须使用标准熔体，禁止用铜丝

26、铝丝代替熔体，更不准用铜丝、铝丝及铁丝将触头绑扎住使用。（4）对新安装或更换的熔断器，要严格验收工序，必须满足规程质量要求，熔管安装角度达到25左右的倾下角。（5）熔体熔断后应更换新的同规格熔体，不可将熔断后的熔体联结起来再装入熔管继续使用。+电力复合绝缘子的力学性能研复合绝缘子重量轻、防污性能好、防人为破坏性能强等优点，日益得到用户的欢迎，在城农网改造工程中成为绝缘子行业的主力军。作为绝缘子主要应具备两项根本的要求，即外绝缘性能和稳定的力学性能，二者同样重要，缺一不可，因而研究复合绝缘子的力学性能是我们进一步拓展复合绝缘子市场的重要一环。复合绝缘子的外绝缘由硅橡胶来提供，其机械负荷主要由内部

27、的玻璃纤维引拔棒提供，同时涉及到金具与玻璃纤维引拔棒的连接。因此对复合绝缘子力学性能的研究分析，是安全运行的关键。 1 端部金具连接结构与芯棒利用率复合绝缘子主要靠单向玻璃纤维增强的树脂引拔棒(俗称芯棒)来承担机械负荷。玻璃钢引拔棒最突出的性能特点即很高的拉伸强度和比强度。引拔棒中的玻璃纤维沿轴向承载方向的顺向排列，使其具有很高的轴向拉伸强度，一般可达1000 MPa以上。因而直径仅18 mm的引拔棒，其拉伸破坏强度即可达到250 kN以上。又由于引拔棒的密度一般只为2.0 g/cm3,因而其比强度(拉伸强度与重量之比)为优质碳素结构钢的56倍。引拔棒的高强度、高比强度的特点，正是复合绝缘子强

28、度高、重量轻、杆径细的基础。虽然复合绝缘子完全依靠玻璃纤维引拔棒来承担机械负荷，然而芯棒的强度并不等于复合绝缘子的强度，这是因为芯棒必须通过绝缘子的端部附件传递负荷，才能与输电线路的杆塔及导线相连接。而端部连接处必然是机械应力最集中的地方，不同的连接结构也会导致不同的应力集中程度，因此复合绝缘子的机械强度实际上更多地不是取决于芯棒的机械强度，而是其端部连接的机械强度，也就是芯棒的利用强度。采用同样芯棒而不同连接结构的复合绝缘子，其机械强度是不同的，因此对芯棒的利用强度是不同的。国内外复合绝缘子按照连接结构划分，主要有楔接式和压接式两类，目前以压接式为主要采用形式。压接式生产自动化程度高，外形尺

29、寸小，简洁美观，无论是金具加工还是压接配合都较简单、清晰。我公司采用该种连接结构已有4年了，从试验效果和运行后的抽检可以看出，连接效果很好。压接式连接区对芯棒和金具的尺寸精度、压接时芯棒损伤程度的探测、金具镀锌层质量等都有很高的要求。压接式属于非自锁性结构，必须完全靠预压力产生的金具塑性变形来抵御运行中可能出现的任何滑移，而且由于芯棒与金具的热膨胀系数有较大差异，低温时芯棒尺寸的收缩比金具大，从而要求在压接生产过程中施加足够的预压缩力，以保证在低温环境下金具中仍有足够的压缩量。高温时芯棒尺寸的膨胀又比金具大，从而加大了内应力，为解决这个问题，我们采用国内外最先进的声发射探测的压接工艺，效果良好

30、。楔接式连接结构有内楔和外楔之分，都是利用自锁原理。外楔式接头由于运行效果不好，在运行中抽查发现了机械负荷明显下降的现象，从而被国内电力部门及生产厂家所遗弃。内楔式是在尾端开口的金具上采用正向打楔的装配工艺，同时控制压楔的位移量与压楔力，可以避免连接区在预拉伸负荷下的位移，实现较好的端部密封。而且内楔式属于自锁紧式结构，在长期的运行中，一旦遇到较大的冲击负荷或严重的低温等意外情况，芯棒产生微小的滑移时，自锁紧式结构可以保证芯棒重新夹紧。国内数十万只复合绝缘子采用这种结构形式，运行效果较好。但是由于该工艺破坏了芯棒，同时人为影响较大，生产成本高，工艺复杂，只有少数厂家采用。2 复合绝缘子的机械强

31、度与蠕变特性瓷绝缘子的机械强度用机械破坏负荷一个参数就可以了，而复合绝缘子仅用额定机械负荷一个参数却不够，还需要加上机械强度的蠕变斜率来共同评价。所谓机械强度的蠕变，就是当对复合绝缘子施加一个低于其短时破坏负荷的机械拉力时，复合绝缘子显然不会立即断开，但经过一定时间后，虽然该拉力一直恒定并未增加，但复合绝缘子却断了。施加的机械负荷越高，复合绝缘子所维持的时间就越短，施加的机械负荷越低，复合绝缘子所维持的时间就越长。比如在100 %的破坏负荷下，复合绝缘子在1 min左右就断了，在60 %的破坏负荷下，复合绝缘子至少能维持96 h以上才断，在40 %的破坏负荷下，复合绝缘子可以维持50年左右才断

32、。这种机械强度随加载时间延长而下降的现象就是蠕变现象。复合绝缘子存在机械强度的蠕变现象，是由于承担机械负荷的芯棒的复合结构造成的。在芯棒中所采用的无碱玻璃纤维直径约520 mm，而玻璃纤维所占体积达50 %70 %甚至更高一些。因而在直径18 mm的芯棒中就有上百万根玻璃纤维，这上百万根玻璃纤维是不可能同时断裂的。首先因为在复合绝缘子的连接结构中，不可避免的存在着应力集中问题，即在芯棒内部各点所受到的机械应力不同，在芯棒内部这上百万根玻璃纤维的状态也不同。有的纤维弯有的纤维直，即使芯棒受到的是宏观上均匀的拉伸负荷，这些纤维的受力状态也必然很不相同。再说这上百万根玻璃纤维本身的破坏强度也不会完全

33、相同，即使受到相同的拉力，这些纤维也不会同时被拉断。基于以上分析，我们可以看到在复合绝缘子上施加一个低于其短时破坏强度的机械负荷时，绝缘子虽没有立即断裂，但芯棒内部的某些纤维由于受到超过其本身强度的负荷已经断了。这些断了的纤维原先承担的负荷只好转移给周围的纤维，从而加大了周围纤维的平均应力。若周围的纤维能够承担这些附加的负荷，则芯棒的内部破坏过程就停止了，若周围的纤维承受不了这些附加的负荷，芯棒的的纤维就继续断裂，需要更大范围内的纤维来承担。从而表现出断裂纤维逐渐增多，剩余纤维平均受力逐渐加大，芯棒的整体强度逐渐下降的蠕变现象。玻璃纤维引拔棒的蠕变现象并不可怕，因为在负荷低于一定的机械负荷之下

34、没有或极少有纤维断裂，蠕变过程就停止了。而设计过程中已经留下了足够多的裕度，芯棒的破坏强度很高，运行中绝缘子的日常机械负荷又很低，一般不足以引起芯棒的蠕变破坏。3 不同连接形式对复合绝缘子机械负荷的影响从目前的研究分析可以发现，复合绝缘子机械负荷的控制关键，是金属附件与芯棒的连接区的控制，我们前面已经分析过存在的连接形式。外楔式连接形式与压接式采用的原理相同，都是给芯棒一个预应力，从而在二者之间产生静摩擦力实现机械负荷的传递。但外楔式的楔片在巨大的压力作用下与金具的内腔产生了较强的分子运动，由于是同一种材料，随着时间的延续，二者就成为了一个整体。又由于芯棒和金具有着不同的膨胀系数，在膨胀系数不

35、一致的情况下，就发生了芯棒与金具的滑移。一旦出现滑移，其机械负荷就会进一步的降低，同时引起端部封口区的护套断裂，密封损坏又引起进水，给芯棒的水解创造了条件，导致芯棒进一步破坏，最后导致绝缘子在连接区的断裂。内楔式连接结构采用自锁原理，其缺点是生产时要先对芯棒锯一个缝，其实也就降低了芯棒本身的机械强度。在锯开的缝中间打入一个楔片，对芯棒产生了一个很大的应力。另外在锯缝的时候其对称性不容易控制，不对称的芯棒所受的应力不均匀，更容易损坏。由于采用自锁式结构，因而一般不会出现抽芯现象，但不对称容易造成一半芯棒断裂。金具的加工要求高，装配的手工工序多而且严格，所以很少采用。压接式是目前国内外共同认可的很

36、受欢迎的连接形式，其原理是金具均匀的周边压力，使金具产生塑性变形，给芯棒一个预应力，从而在芯棒和金具之间产生静摩擦力，实现连接。由于金具内腔与芯棒是无锥度的配合，芯棒受到周围均匀的预压力，应力集中现象得到很好的控制。该工艺操作机械化程度高，金具小巧美观，生产成本低，得到了广泛应用。4 复合绝缘子的芯棒脆断玻璃属于典型的脆性材料，因而玻璃纤维引拔棒在受拉力断裂时与受力方向垂直且光滑平整的断口形态，被描述为脆性断裂或脆性破坏。玻璃纤维引拔棒这种纤维增强类复合材料的正常断裂形态，通常是增强玻璃纤维在芯棒中不同位置的断裂，并同时伴有大量的纤维与基体树脂的分离分层现象，断口粗糙，就好象折断的竹竿或甘蔗那

37、样，被称为分层破坏。但是玻璃纤维引拔棒或复合绝缘子在一定条件下却可发生脆性断裂，断口平整而光滑，就好象没有任何纤维，断面垂直于芯棒轴向的受力方向。复合绝缘子的这种脆性断裂之所以格外受到关注，并不是一种独特的断裂形式，而主要是在完全意外的的情况下发生的。所谓意料之外，一方面是指脆性断裂的负荷远低于正常断裂负荷，比如在正常破坏负荷的30 %以下就可能发生脆性断裂;从另一方面说，脆性断裂的时间有不可预见性。根据运行经验，脆性断裂的时间无规律可寻，长的可以运行数年，短的也就是几个月就断裂了。基于以上两点，对复合绝缘子的脆性断裂，从生产研究人员到广大的电力用户都很重视脆性断裂问题。根据多年的研究发现，基

38、本认定是应力腐蚀造成的，在酸性溶液与机械负荷的共同作用下，酸性溶液腐蚀耐酸性能并不好的玻璃纤维，使纤维产生微小的裂纹。假若纤维已经存在微小的裂纹可以促使微小裂纹进一步加大，在并不高的外在平均机械应力作用下，纤维微小裂纹尖端的机械应力却可以大大增加，使纤维开始断裂，造成纤维裂纹的不断扩展，裂纹前端的应力腐蚀进一步加剧，从而使芯棒在很低的负荷下就发生了断裂。至于酸性溶液普遍认为是由于复合绝缘子的护套或端部密封失效，导致外界水分进入，水分在强电场作用下，或者在局部发生微弱的放电而产生的。从以上的分析可以看出，提高复合绝缘子的耐应力腐蚀性能的途径有两种。其一是提高复合绝缘子的护套性能和端部密封水平，彻

39、底防止水分的侵入;另一途径是提高复合绝缘子用玻璃纤维引拔棒的耐应力腐蚀性能，最好使用耐酸芯棒。绝缘子的断裂会造成导线落地，脆性断裂的严重性不言而喻。但脆性断裂的发生概率极低，在国内运行的上百万只复合绝缘子中仅有几只断裂，因而复合绝缘子是可以值得信赖的产品，特别是目前生产厂家在芯棒的采用、护套的生产和端部的密封上都有了大幅度的提高，只要生产和使用部门协作一致，一定会对脆性断裂事故得到控制。从以上分析可以得出采用先进的有运行经验的连接方式，严格的生产工艺管理，做好对芯棒的保护，采用耐酸性芯棒，复合绝缘子就会有可靠的机械性能+硅橡胶复合绝缘子技术发展趋势探讨绝缘子作为输电线路安全运行的重要设备之一，

40、其技术性能得到电力运行部门及制造业的普遍关注。资料显示，我国复合绝缘子2008年的故障率为万分之一，虽然这个数据表明了国产复合绝缘子质量水平达到了新的高度，但绝缘子核心技术仍需要进一步发展。对此，本报特邀国网电科院专家对我国复合绝缘子的技术发展趋势进行探讨。 电网的高速发展促进了复合绝缘子产业的迅速壮大，使我国硅橡胶复合绝缘子制造技术居世界领先水平。 粗略统计，全国复合绝缘子制造企业已超过100家，但占市场主导的企业仅有10多家。而且，由于硅橡胶复合绝缘子制造水平、质量管理、运行条件等方面存在较大差异以及复合绝缘子使用数量的逐年增多，近年来复合绝缘子发生闪络、损坏事故日趋增多，表现在闪络、机械

41、强度下降、击穿、脆断、劣化及外力破坏等，极大地影响电网的安全可靠运行，这也表明在硅橡胶复合绝缘子制造技术上还存在一些尚待研究的问题。复合绝缘子发展历程 20世纪90年代以前，国内基本上以瓷绝缘子为主，玻璃绝缘子用量较少，而复合绝缘子尚处于研发阶段。 棒形悬式复合绝缘子是在1995年以后开始进入实用化阶段。此后，复合绝缘子入网数量连年翻番。尤其是2001年以后，整体注射成型、压接式连接、多种形式密封措施等关键制造技术不断成熟，并积累了大量的成功运行经验，为复合绝缘子的推广应用提供了契机，使复合绝缘子成为我国解决污秽地区输电线路外绝缘污闪问题最为有效的方法之一。2004年以后，300550千牛产品

42、相继成功研发，国产产品逐渐占据主导地位，引领世界复合绝缘子制造技术的发展。 随着棒形悬式复合绝缘子的广泛应用，输电线路污闪事故逐年下降，安全运行可靠性逐渐提高;而变电站设备用空心瓷绝缘子由于制造难度大，很难满足超高压电力设备的使用要求。为解决这个问题，借鉴复合硅橡胶在线路上的成功运行经验。2004年，国产复合空心绝缘子、复合支柱绝缘子、复合硅橡胶增爬裙等开始在110550千伏变电设备上大量使用，并为遏制污闪事故的发生起到了重要作用。 随着硅橡胶复合绝缘子在变电站推广应用并取得良好的运行效果，变电站设备外绝缘复合化优势和趋势日渐突出。各级变电站母线门型构架进出线上的耐张串、跳线串和悬垂串等逐渐使

43、用棒形悬式复合绝缘子;其次，各类变电设备，包括变压器、断路器、避雷器、互感器、电抗器、隔离开关、组合电器、电缆终端、穿墙套管、母线支柱等大量使用硅橡胶复合绝缘子。 以硅橡胶材料的复合绝缘结构改变了传统瓷为主的外绝缘结构，为高压输变电设备开拓一些新的技术领域。变电设备复合外绝缘的技术优势、经济性、可靠性已广被认同，成为替代瓷空心绝缘子并解决污秽地区变电设备用瓷绝缘子污闪、断裂、爆炸等问题的新一代产品。 绝缘子的作用 绝缘子俗称瓷瓶，它是用来支持导线的绝缘体。绝缘子可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它在运行中能够承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。它还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物质的

44、腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要有足够的机械强度。绝缘子的好坏对线路的安全运行是十分重要的。 绝缘子的分类 绝缘子可按结构形式、功能和使用材料进行分类。 (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、玻璃绝缘子和复合绝缘子(有机硅人工合成)绝缘子。 复合绝缘子 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、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

45、电网和中等以上污秽地区使用。 技术发展趋势 压接强度控制 目前，线路用硅橡胶复合绝缘子的最高机械强度均可达到550千牛强度等级，其机械裕度均可达1.41.5，甚至更高。复合绝缘子的制造技术成熟，工艺简单，芯棒强度、金具强度和压接强度的配合设计已较合理。按照现有的技术认识和运行经验，复合绝缘子的压接强度控制在(1.51.6)额定机构负荷，钢脚破坏强度控制在(1.41.5)额定机构负荷，应是较为合理的。但目前国内企业对压接式结构的复合绝缘子长期承受弯曲、扭转的机械性能研究并不充分，对高吨位压接式复合绝缘子的机械可靠性方面缺乏系统、深入地研究，这也不利于运行管理部门准确、快速掌握输变电设备的运行状态

46、和使用特性。 伞型设计复合绝缘子由于脱模上的困难，其伞裙直径难以同盘形悬式瓷、玻璃绝缘子的盘径大小一致，因此，早期复合绝缘子伞裙盘径和伞间距设计相比进行大量研究后，所确定的伞裙设计原则的盘形悬式瓷、玻璃绝缘子不大合理。当在长期高湿度大气条件下运行时，若复合绝缘子憎水性出现部分丧失或完全丧失时，易发生伞裙间飞弧短接而导致闪络事故，严重地威胁电网安全可靠运行。目前，对于输电线路用复合绝缘子，其伞裙形状较以往有了大幅改进，基本上以“大小伞”、“三伞结构五伞组合”和“两大两中”三种伞型为主，伞径达到200毫米，伞间距达到了140毫米;对于各类空心复合绝缘子，要防止较为密集的伞裙结构设计易在大雨或暴雨下雨水连成链状，引起雨闪。因此，复合绝缘子伞裙形状的优化设计仍是一个需