裸导体选择及软导体材料类型介绍

裸导体一般包括架空线路和发电厂及变电所内配电装置的母线和主要设备的连接导线。一般按下列各项选择和校验：①导体材料、类型和铺设方式；②导体截面；③热稳定；④动稳定；⑤电晕；⑥共振频率。

（一）软导体的选择

1.材料和类型

常用的架空线路和软导体母线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上的线路中。

2.导体截面的选择

对应于不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax，有一个年计算费用最低的电流密度，称经济电流密度J（A/mm2）。各种铝导体的经济电流密度如表10-3所示。长度在20m以上的导体，截面S一般按经济电流密度选择。

表10-3　导体的经济电流密度

式中　Imax——正常工作时的最大持续工作电流。

尽量选择接近按式（10-11）计算出的标准截面，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的允许电流必须小于导体长期发热允许的电流，即

满足了上述条件，导线的正常发热就不会超过允许值。小于20m的母线截面可直接按导体长期发热允许的电流值选择。

3.热稳定校验

满足下式

导体即满足热稳定要求。其中。

4.电晕校验

110kV及以上的线路，都按当地气象条件下晴天不出现全面电晕为条件校验，即

式中　Ucr——裸导体的临界电压；

UN.m——最高工作电压。

当所选软导线型号和管形导体的外径不小于表10-4表示的数值时，可不进行电晕校验。

表10-4　可不进行电晕校验的最小导体型号和外径

（二）硬导体的选择

1.材料、截面形状和布置方式选择硬导体有管型、槽型和矩形，多见于发电厂和变电所母线以及设备的连接线。母线一般采用导电率高的铝、铜型材制成。由于铝的成本低，现在除对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对铝有较严重腐蚀的场所才采用铜导体外，普遍使用铝母线。

常用的硬母线截面形状为矩形、槽形和管形。矩形截面的优点是散热面大，并且便于固定和连接，但电流的集肤效应强烈。我国最大的单片矩形母线承载的工作电流可达2kA左右。当工作电流较大时。可采用2～4片组成的多条矩形母线。但是受邻近效应的影响，4片矩形母线的载流能力一般不超过6kA。矩形母线常被用于容量为50MW及以下的发电机或容量为60MVA及以下的降压变压器10.5kV侧的引出线及其配电装置。槽形截面母线具有机械强度好、载流量大、集肤效应小的特点。当回路正常工作电流在4～8kA时，一般选用槽形母线。管形母线同样具有机械强度高、集肤效应小的优点，且其电晕放电电压较高，管内可通风或通水进行冷却，从而使载流量增大。管形母线可用于8kA以上的大电流母线和110kV及以上的配电装置母线。

母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。母线按照其布置方式可分为支持式和悬挂式。支持式是用适合母线工作电压的支持绝缘子把母线固定在钢构架或墙板等建筑物上。常见的布置方式有水平布置、垂直布置和三角形布置。悬挂式是用悬垂绝缘子把母线吊挂在建筑物上。常见的布置方式为三相垂直排列、水平排列和等边三角形排列。图10-2为矩形母线的布置方式。图10-2（a）和图10-2（b）相比，前者散热条件好、载流量大，但机械强度差；而后者则相反。图10-2（c）兼顾了图10-2（a）、（b）的优点，但增加了配电装置的高度。因此，母线的布置方式应综合考虑载流量的大小、短路电流的大小和配电装置的具体情况确定。

图10-2　矩形母线的布置方式

2.硬导体线截面的选择

硬导体线截面的选择，热稳定校验和电晕校验与软导线一致。

由于硬导体线都安装在支持绝缘子上，当短路冲击电流通过母线时，电动力将使硬导体产生弯曲应力。因此，硬导体应进行动稳定和共振频率的校验。

3.动稳定校验

本书以矩形导体为例，说明动稳定检验。

（1）单条矩形母线的应力计算。按照母线与绝缘子、金具的连接特点，母线的每个支持点都属于简支。在跨数很多、母线所受载荷是同向均匀分布电动力的情况下，可以把母线作为自由支承在绝缘子上的多跨距、载荷均匀分布的连续梁来考虑。在电动力的作用下，当跨距数大于2时，母线所受的最大弯矩为

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式中　f——单位长度母线上所受最大相间电动力，N/m；

L——母线支持绝缘子之间的跨距，m。

当跨距数等于2时，母线所受最大弯矩为

母线最大相间计算弯曲应力

式中　W——母线对垂直于作用力方向轴的截面系数（或称抗弯矩）。

矩形母线按图10-2（a）布置时，W=Wy=b2h/6（m3）；按图10-2（b）、（c）布置时，W=Wx=bh2/6（m3）。

当三相母线水平布置且相间距离为a时，三相短路的最大电动力为

式中　——三相短路冲击电流值，A。

由式（10-15）、式（10-17）、式（10-18）得到

若按式（10-19）求出的母线最大相间计算应力σxj不超过母线材料的允许应力σy，即

则认为母线的动稳定是满足要求的。母线材料的允许应力σy见表10-5。

表10-5　母线材料的允许应力σy单位：Pa

在设计中，常根据母线材料的最大允许应力σy来决定绝缘子间的最大允许跨距Lmax，由式（10-15）、式（10-17）、式（10-20）可得

计算得到的Lmax可能较大，为了避免水平放置的母线因自重而过分弯曲，所选择的跨距一般不超过1.5～2m。为便于安装绝缘子支座及引下线，最好选取跨距等于配电装置的间隔宽度。

（2）多条矩形母线的应力计算。母线中最大机械应力由相间应力σph和同相条间应力σb叠加而成。即

式中　σph——按单条方法计算。

一般条间距中心为2b，当同相为两条时，每条导体各流50%相电流。条间作用力

当同相为三条时，中间相流20%相电流，两侧各流40%相电流，边相受力最大，为另两条受力之和。条间作用力

式中　k12，k13——条1、2和条1、3的截面系数，见图10-3。

图10-3　矩形导体的截面系数

由于同相条间距离很近，条间作用力很大，为了减少σb，条间通常设有衬垫（螺栓），为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯曲而互相接触，衬垫距离lb应小于衬垫间允许的最大跨距lbmax。其中

若所取的lb＜lbmax，则导体满足动稳定要求。

设计中常根据所给条件，先选定条间衬垫的跨距，算出条间应力，然后按允许相间应力来决定绝缘子间允许最大跨距。

4.母线共振的校验

如果母线的固有振动频率与短路电动力交流分量的频率相近以至发生共振，则母线导体的动态应力将比不发生共振时的应力大得多，这可能使得母线导体以及支持结构的设计和选择发生困难，同时正常运行时会引起过大的噪音，干扰运行。因此，母线选择时要避免共振。对于母线和重要回路（如发电机、变压器和设备之间的连接导体等）的应进行共振校验。