母线电缆绝缘子的选择标准.doc

第五节　母线、电缆和绝缘子的选择一.敞露母线及电缆的选择敞露母线一般按下列各项进行选择和校验：①导体材料、类型和敷设方式；②导体截面；③电晕；④热稳定；⑤动稳定：⑥共振频率电缆则按额定电压和上述①、②、④项及允许电压降选择和校验1.敞露母线及电缆的选型常用导体材料有铜和铝铜的电阻率低，抗腐蚀性强，机械强度大，是很好的导体材料但是我国铜的储量不多，价格较贵，因此铜母线只用在持续工作电流大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出线处或污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所铝的电阻率虽为铜的 1.7～2 倍，但密度只有铜的 30％，我国铝的储量丰富，价格较低，因此一般都采用铝质材料工业上常用的硬母线截面为矩形、槽形和管形矩形母线散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大为避免集肤效应系数过大，单条矩形的截面最大不超过 1250mm2当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用 2～4 条矩形母线并列使用但是由于邻近效应的影响，多条母线并列的允许载流量并不成比例增加，故一般避免采用 4 条矩形矩形导体一般只用于35kV 及以下，电流在 4000A 及以下的配电装置中槽型母线机械强度较好，载流量较大，集肤效应系数也较小。

槽型母线一般用于4000～8000A 的配电装置中管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，因此，可用于 8000A以上的大电流母线另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用作 110kV 及以上配电装置母线截面形状不对称母线的散热和机械强度与导体置放方式有关，下图为矩形母线的布置方式：　当三相母线水平布置时，(a)与(b)相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度较低，而后者则相反c)的布置方式兼顾了(a)、(b)的优点，但配电装置高度有所增加，因此，母线的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况确定电缆类型的选择与其用途、敷设方式和使用条件有关例如 35kV 及以下，一般采用三相铝芯电缆；110kV 及以上采用单相充油电缆；直埋地下，一般选用钢带铠装电缆；敷设在高差较大地点，应采用不滴流或塑料电缆2.母线及电缆截面选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择1)按导体长期发热允许电流选择导体所在电路中最大持续工作电流 Igmax应不大于导体长期发热的允许电流 Iy,即：I gmax≤ KI y式中 Iy——相应于导体允许温度和基准环境条件下导体长期允许电流；K——综合修正系数，裸导体的 K 值与海拔和环境温度有关，电缆的 K 值与环境温度、敷设方式和土壤热阻有关， K 值可查《电力工程设计手册》等有关手册(2)按经济电流密度选择。

按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低年计算费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资包括损耗引起的补充装机费)和折旧费以及利息等，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数 Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度——经济电流密度(J)导体的经济截面可由式下式决定：式中 Igmax—正常工作时的最大持续工作电流 应尽量选择接近式计算值的标准截面，当无合适规格的导体时，为节约投资，允许选择小于经济截面的导体按经济电流密度选择的导体截面还必须满足导体长期发热允许电流的要求在负荷电流较大，有多种型式的电缆可供选择时，应考虑采用不同敷设方式(包括并列根数、间距等)电缆载流能力的不同，通过技术经济比较，合理选择电缆截面和型式3.电晕电压校验电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声干扰和金属腐蚀等许多不利现象，对于110～220kV 裸母线，可按晴天不发生全面电晕条件进行校验，即裸母线的临界电压 Ulj应大于其最高工作电压 Ugmax为：对于 330～500kV 超高压配电装置，电晕是选择导线的控制条件，要求在 1.1 倍最高运行的相电压下，晴天夜间不发生可见电晕选择时应综合考虑导体直径、分裂间距和相间距离等条件，经技术经济比较，确定最佳方案4.热稳定校验按正常电流选出导体截面后，还应按热稳定进行校验。

根据短路电流的热效应可知：　如计及集肤效应系数，则按热稳定决定的导体最小截面为：式中 C——热稳定系数，热稳定系数 C 值与材料及发热温度有关母线的 C 值可查电缆的热稳定系数 C 可用下式计算：5.硬母线动稳定校验各种形状的硬母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此，母线应按弯曲情况进行应力计算（1）单条母线的应力计算方法按照母线在支持绝缘子上固定的形式，通常假定母线为自由支承在绝缘子上的多跨距、载荷均匀分布的梁，在电动力的作用下，母线所受的最大弯矩 M 为：式中 fx——单位长度母线上所受相间电动力(N/m)l——支持绝缘子间的跨距(m)当跨距数等于 2 时，母线所受最大弯矩为：母线最大相间计算应力：式中 W 为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数(也称抗弯矩)，可查按上式求出的母线应力 σxj 应不超过母线材料允许应力 σy，即：导体材料的允许应力 σy ，可查为了便于计算，设计中常根据材料最大允许应力来确定绝缘子间最大允许跨距，由式M=fxl2/10(N·m)可得：　当矩形导体水平置放时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选取的跨距一般不超过1.5～2m。

考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔宽度（2）多条矩形导体应力计算①求单位长度导体条间电动力 ft若同相由双条导体组成，若同相由三条导体组成，②按临界跨距确定衬垫间的跨距 lt由于同相条间距离很近，条间作用力大，为减小 σ tj，条间通常设有衬垫（螺栓），衬垫间跨距用 lt 表示为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯曲而相互接触，应计算衬垫间允许的最大跨距——临界跨距 llj所选衬垫跨距应满足 lt< llj，但衬垫过多会影响导体散热，一般 lt=30~50cm　　③求弯矩 Mt=ftlt2/12 (N·m)④求条间应力 σ tj =Mt/W=ftlt2/(2b2h) (Pa)最后，若 σ max=σ xj+ σ tj<σ y，则母线满足动稳定要求C:实用方法：①假设 l 值，计算 σ xj，计算 σ tj.y= σ y –σ xj，计算 ltmax，取 lt值（ l t< ltmax 且 lt< llj ）②假设 lt值，计算 σ tj，计算 σ xj.y= σ y –σ tj，计算 lmax，取 l 值（ l

因此计算方法与矩形导体相同，只需改变相间和槽间截面系数以及计算 σ tj的公式A：相间截面系数：与布置方式有关①水平布置： W=2WY②垂直布置： W=2WX③焊成整体： W=WY0其中， WY 、 WX、 WY0 可查2）槽间截面系数：　 W=WY（3）槽间应力 σ tj：当槽间距离 2b=h 时，形状系数为 1，则6.母线共振的校验当母线的自振频率与电动力交变频率一致或接近时，将会产生共振现象，增加母线的应力因此，对于重要回路(如发电机、变压器及汇流母线等)的母线应进行共振校验母线的一阶自振频率可按下式计算，其中 l 为跨距(m)；Nf 为频率系数，可根据导体连续跨数和支撑方式由手册查得当自振频率无法限制在共振频率范围之外时，母线受力必须乘以动态应力系数 β，β值可由手册查得　已知母线的材料、形状、布置方式和应避开共振的自振频率(一般 f0=200Hz)时，可由上式计算母线不发生共振所容许的。