母线电缆绝缘子的选择标准

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I gmax应不大于导体长期发热的允许电流I y,即：

I gmax≤ KI y

式中I y——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T max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U lj应大于其最高工作电压U gmax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f x——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=f x l2/10(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l t

由于同相条间距离很近，条间作用力大，为减小σtj，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l lj

所选衬垫跨距应满足l t< l lj，但衬垫过多会影响导体散热，一般l t=30~50cm

③求弯矩M t=f t l t2/12 (N·m)

④求条间应力σtj =M t/W=f t l t2/(2b2h) (Pa)

最后，若σmax=σxj+ σtj<σy，则母线满足动稳定要求。

C:实用方法：

①假设l值，计算σxj，计算σtj.y= σy–σxj，

计算l tmax，取l t值（ l t< l tmax且l t< l lj）。

②假设l t值，计算σtj，计算σxj.y= σy–σtj，

计算l max，取l值（ l

（3）槽形导体应力计算

槽形导体的两槽，类似于双条矩形导体条间（槽间）有衬垫。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σtj的公式。

A：相间截面系数：与布置方式有关

①水平布置：W=2W Y

②垂直布置：W=2W X

③焊成整体：W=W Y0

其中，W Y、W X、W Y0可查。

（2）槽间截面系数：

W=W Y

（3）槽间应力σtj：

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