环氧树脂浇注类绝缘管型母线的结构参数核算

　　绝缘管型母线因具有载流能力强、机械强度高、电气绝缘功用优异、环境适应性好、散热条件好以及安排清楚、架构简明、占用空间小等优势而广泛运用于电力系统，尤其在变电站、发电站等复合电流大的场合作为进出线和联络线得到很多运用[1-3]。

　　由于绝缘管型母线在国内运用相对较晚，对其认知程度不高，相关基础性研讨薄弱，加之并没有针对这类电力设备的权威性规范及相关教训文件，使得国内的绝缘管型母线存在产品种类繁复，资料选型、结构规划及生产工艺各异，产品质量与安稳性良莠不齐等突出问题[4-6]。因而有必要针对不同类型的绝缘管型母线进行结构参数核算，以保证其产品质量。

　　国外的绝缘管型母线产品首要为环氧树脂浇注类，其运用最早，技术也较为老练，产品质量的可控性较强；在国内首要呈现出环氧树脂浇注类、聚酯薄膜或聚四氟乙烯绝缘带绕包类、硅橡胶或三元乙丙橡胶挤包类三种型式绝缘管型母线产品共存的局势。

　　浇注式绝缘管型母线本体绝缘首要选用绝缘、半导电（粘性）电工皱纹纸带盘绕，并经环氧树脂真空浸渍，加温固化，构成一体化固体绝缘。

　　在端部，经过半导电皱纹纸分层按必定规范盘绕主绝缘，构成类似套管中的电容屏结构，到达控制电场强度分布、削减电场强度会集的作用。浇注式绝缘管型母线接头一般选用在导体联接外部外罩绝缘屏蔽筒的方式。

　　屏蔽筒也具有类似电容屏结构的绝缘筒装结构，内屏与导体联接等电位，外屏为接地导体。两端与本体密封联接，如图1所示。

　　图1浇注式绝缘管型母线中心接头结构

　　环氧树脂浇注类绝缘管型母线的结构参数核算

　　环氧浸渍纸绝缘选用的是绝缘纸与环氧树脂的复合绝缘，导体、半导体层和绝缘纸经加温固化后，构成细密、紧实的一体化结构，因而既具有绝缘纸和环氧的超卓绝缘和介电功用[7]，又具有超卓力学特性。

　　本文以10kV/4 000A浇注类绝缘管型母线为实例，胪陈其导体截面的核算及选择依据、绝缘管型母线绝缘厚度的供认等核算进程，并剖析了绝缘管型母线的导体内径、外径（壁厚）、屏蔽厚度、绝缘厚度等要害规划量的改动对其导体外表温升、最大电场强度、端部电场强度等要害控制参数的影响。

　　1绝缘管型母线的结构规划准则

　　1.1管型导体的规划准则

　　绝缘管型母线管型导体的管径及壁厚规划应遵循以下各因素的要求：电稳态要求，工程长期承受额外电流；电暂态要求，工程要求能承受的短时过负荷和短路电流；机械强度要求，电动力、机械力冲击下的管型母线结构机械强度；导体在不同绝缘结构下的热阻及已供认条件下的导体及不同绝缘的容许作业温度；结合有关“经济电流密度”的取值要求；针对不同电流等级的趋肤效应的影响以及管型母线刚度及作业进程中机械安稳性的要求[8]。

　　在国家电网公司企业规范Q/GDW11646—2016中规则了绝缘管型母线的电稳态要求，在正常作业下管型导体的安稳温度不该跨越所容许的最高容许作业温度，一般取90℃；关于电暂态要求，在绝缘管型母线承受短时过负荷及短路电流时，其管型导体温度为250℃。

　　关于机械强度要求，管型母线在遭受机械冲击乃至短路电动力时可以满意动安稳性要求，即管型导体承受的最大应力应不跨越最大容许应力；考虑到趋肤效应的要求，依据工程电磁场理论，铜质管型导体的电流透入深度为9.4mm；关于经济性要求，结合经济电流密度的要求，即在满意电稳态要求、电暂态要求等前提下，尽量保证经济性。

　　因而管型导体的核算首要包括：依据额外载流量及管型导体在正常作业情况下相关于周围媒质的容许温升来供认管型导体截面的开始规划计划，其首要触及损耗、热阻计算及热平衡方程的求解等；然后经过短时过负荷和短路电流、机械强度、趋肤效应及经济电流密度等相关理论对管型导体截面进行相应核算[9]。

　　1.2绝缘厚度的规划准则

　　依据与绝缘管型母线产品具有类似结构的电力电缆多年的规划及作业阅历可知，单从最大电场强度公式对绝缘管型母线绝缘厚度进行规划是不够妥善的。绝缘管型母线绝缘厚度的规划[10-12]，必需求归纳考虑其在实践作业中所承受电压类型及巨细、工艺束缚、机械强度要求以及所用绝缘资料的击穿特性。

　　关于电压类型，包括工频电压、操作冲击过电压及雷电冲击过电压；关于工艺束缚，对电压等级很低的绝缘管型母线，由于绝缘层厚度太小，工艺条件所限导致很难满意规划要求；关于机械强度而言，绝缘管型母线在实践制作及运用进程中，不可避免地受到机械力的作用，尤其是弯曲部分绝缘层资猜中存在应力会集的情况，因而绝缘管型母线必须有必定的绝缘厚度以满意机械力的要求；关于绝缘资料的击穿特性，首要包括绝缘资料的长期工频击穿电场强度和冲击击穿电场强度，跟着电压等级的进步，绝缘资料的击穿特性逐步成为决定绝缘层厚度的首要因素。

　　2绝缘管型母线的结构核算实例（略）

　　本文以10kV/4 000A环氧树脂浇注类绝缘管型母线为例，依据有限元法对绝缘管型母线的电场强度分布、温度分布进行仿真剖析，仿真所需资料参数见表1。

　　表1绝缘管型母线资料参数

　　环氧树脂浇注类绝缘管型母线的结构参数核算

　　依据绝缘管型母线的结构特征，其长度与外径比较，可以近似为无限长，故可疏忽端部的电场强度及温度场。仿真研讨中假定绝缘管型母线轴向方向上无温度梯度，即只在径向上存在暖流传递，且疏忽绝缘管型母线各组成部分的接触电阻。

　　3要害规划量对绝缘管型母线结构规划的影响（略）

　　绝缘管型母线的导体内径、外径（壁厚）、屏蔽厚度、绝缘厚度等要害规划量的改动，均将影响绝缘管型母线的规划准则，如对导体外表温升、最大电场强度、端部电场强度等的影响。

　　结论

　　本文首要针对环氧树脂浇注类绝缘管型母线的结构进行核算，并以10kV/4 000A的绝缘管型母线为实例，分别剖析了其直线段、弯管部分及中心联接头的规划准则，并依据有限元法仿真剖析了导体内径、绝缘厚度等规划量对绝缘管型母线结构功用的影响联系。首要得出以下结论：

　　1）绝缘管型母线的弯管处，其内侧电场强度略小于外侧电场强度。

　　2）电场强度最大值随屏蔽层数量的增多几乎呈线性增大，最大电场强度的径向重量也具有相同的改动趋势；而其轴向重量则随屏蔽层数量的增多而逐步减小。